WO2012081623A1 - 表面検査装置及びその方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a surface inspection apparatus and a surface inspection method for inspecting the surface of a substrate having a predetermined pattern.
  • the present invention also relates to an exposure system including such a surface inspection apparatus and an exposure apparatus, and a semiconductor device manufacturing method using such a surface inspection method.
  • a step-and-scan type exposure apparatus irradiates slit-shaped light through a mask pattern and a projection lens, while a reticle stage (that is, a mask substrate on which the mask pattern is formed) and a wafer stage (that is, a semiconductor pattern).
  • the present invention has been made in view of such a problem, and provides an apparatus and a method capable of measuring a processing condition (for example, a focus state at the time of exposure) performed on a substrate with an actual device pattern.
  • the purpose is to provide.
  • a surface inspection apparatus in an illumination unit that illuminates a predetermined area on the surface of a substrate having a pattern processed under predetermined processing conditions with illumination light, and the predetermined area.
  • a detection unit for detecting a first detection signal corresponding to the first light traveling in the first direction from the pattern and a second detection signal corresponding to the second light traveling in the second direction different from the first direction;
  • First reference data indicating a relationship between the first detection signal detected by the detection unit and the plurality of known processing conditions for at least one substrate having a plurality of patterns processed under a plurality of known processing conditions.
  • Detected first detection Pattern processing on the substrate based on the degree of coincidence between the second reference signal and the second reference signal detected by the detection unit with respect to the substrate And a determination unit for determining the condition.
  • the pattern is a pattern provided by exposure for each predetermined region
  • the processing condition obtained by the determination unit is at least one of a focus state at the time of exposure and an exposure amount.
  • the processing condition determined by the determination unit is the focus state
  • the change in the first detection signal and the second detection signal with respect to the change in the focus state is the exposure amount. Can be greater than change to change.
  • the preparation unit may be a storage unit that stores the first reference data and the second reference data.
  • At least one of the first detection signal and the second detection signal can be based on diffracted light.
  • the first direction and the second direction may be directions in which diffracted lights of different orders generated in a pattern within the predetermined region travel.
  • at least one of the first detection signal and the second detection signal can be based on a predetermined polarization component.
  • the detection unit can detect a third detection signal corresponding to a third light traveling in a third direction different from the first direction and the second direction, and the preparation unit Further stores third reference data indicating the relationship between the third detection signal detected by the detection unit and the plurality of known processing conditions for the substrate having the plurality of patterns, and the determination unit Is the degree of coincidence between the first detection signal detected by the detection unit with respect to the substrate and the first reference data, the second detection signal detected by the detection unit with respect to the substrate, and the second Based on the degree of coincidence with reference data and the degree of coincidence between the third detection signal detected by the detection unit with respect to the substrate and the third reference data, the processing conditions of the pattern on the test substrate are determined. can do.
  • the surface inspection apparatus may further include a stage that supports the substrate, and the stage rotates about an axis that is substantially parallel to the supported surface of the substrate and substantially perpendicular to the direction in which the illumination light travels. Can be movable.
  • the detection unit is provided so as to be freely inserted into and extracted from an optical path of illumination light that illuminates the substrate, and is configured to transmit an s-polarized component of the illumination light, or the first or first illumination filter.
  • a light-receiving side polarizing filter configured to be able to be inserted into and removed from the two optical paths and configured to transmit the s-polarized light component of the first and second lights.
  • an exposure system includes an exposure apparatus that exposes a predetermined pattern on the surface of a substrate, and a surface inspection apparatus that performs surface inspection of the substrate that is exposed by the exposure apparatus and provided with the pattern on the surface.
  • the surface inspection apparatus is a surface inspection apparatus according to the present invention, and outputs the focus state at the time of exposure to the exposure apparatus as the processing condition obtained by the determination unit.
  • the focus setting of the exposure apparatus is corrected according to the focus state at the time of exposure input from the surface inspection apparatus.
  • the above-described exposure system may be an immersion type exposure apparatus that exposes the predetermined pattern to the substrate through a liquid.
  • the surface inspection method illuminates a predetermined area on the surface of the substrate having a pattern processed under a predetermined processing condition with illumination light, and proceeds in a first direction from the pattern in the predetermined area.
  • a first detection signal corresponding to the first light and a second detection signal corresponding to the second light traveling in a second direction different from the first direction, and a plurality of processed by a plurality of known processing conditions For at least one substrate having a pattern, the first reference data indicating the relationship between the first detection signal and the plurality of known processing conditions, and the relationship between the second detection signal and the plurality of known processing conditions.
  • Second reference data to be prepared a degree of coincidence between a first detection signal detected from a substrate whose processing conditions are to be obtained and the first reference data, a second detection signal detected from the substrate to be tested, and the Based on the degree of agreement with the second reference data It is adapted to determine the processing conditions of the pattern on the substrate.
  • the pattern is a pattern provided by exposure for each predetermined area
  • the processing condition to be determined is at least one of a focus state and an exposure amount at the time of exposure
  • the processing condition to be determined is the focus state
  • the change in the first detection signal and the second detection signal with respect to the change in the focus state is a change with respect to the change in the exposure amount.
  • the first reference data and the second reference data are stored, and the preparation can be performed by calling the stored first reference data and second reference data.
  • at least one of the first detection signal and the second detection signal can be based on diffracted light.
  • the first direction and the second direction may be directions in which diffracted lights of different orders generated in a pattern in the predetermined region travel.
  • At least one of the first detection signal and the second detection signal can be based on a predetermined polarization component.
  • the semiconductor device manufacturing method according to the present invention is a semiconductor device manufacturing method having a lithography process for exposing a predetermined pattern on the surface of a substrate, wherein the surface inspection method according to the present invention is used after the exposure.
  • the board is inspected.
  • a processing condition for example, a focus state at the time of exposure
  • (A), (b) is a graph which shows the relationship between a focus curve and the best focus. It is a figure which shows distribution of the focus offset amount in a shot. It is a flowchart which shows the method of calculating
  • the surface inspection apparatus of this embodiment is shown in FIG. 1, and the surface of a semiconductor wafer 10 (hereinafter referred to as wafer 10), which is a substrate, is inspected by this apparatus.
  • the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment includes a stage 5 that supports a substantially disk-shaped wafer 10, and the wafer 10 that is transferred by a transfer device (not shown) is placed on the stage 5. It is placed and fixed and held by vacuum suction.
  • the stage 5 supports the wafer 10 so that the wafer 10 can rotate (rotate within the surface of the wafer 10) with the rotational axis of symmetry of the wafer 10 (the central axis of the stage 5) as the rotation axis.
  • the orientation of the wafer due to this rotation will be referred to as the wafer orientation angle for convenience.
  • the stage 5 can tilt (tilt) the wafer 10 about an axis (tilt axis) passing through a support surface that supports the wafer 10, and can adjust the incident angle of illumination light. Yes.
  • the surface inspection apparatus 1 further includes an illumination system 20 that irradiates illumination light as parallel light on the entire surface of the wafer 10 supported by the stage 5, and reflected light from the entire surface of the wafer 10 when irradiated with illumination light.
  • a light receiving system 30 that collects diffracted light and the like; an imaging device 35 that receives light collected by the light receiving system 30 and detects an image on the surface of the wafer 10; an image processing unit 40; And a storage unit 45.
  • the illumination system 20 includes an illumination unit 21 that emits illumination light, and an illumination-side concave mirror 25 that reflects the illumination light emitted from the illumination unit 21 toward the surface of the wafer 10.
  • the illumination unit 21 includes a light source unit 22 such as a metal halide lamp or a mercury lamp, a light control unit 23 that extracts light having a predetermined wavelength from the light from the light source unit 22 and adjusts the intensity, and a light control unit 23
  • the light guide fiber 24 is configured to guide light to the illumination-side concave mirror 25 as illumination light.
  • the surface inspection apparatus 1 includes a main control unit 50 and a hardware control unit 55 connected to the main control unit 50, and the main control unit 50 and the light source unit 22 are dimmed via the hardware control unit 55.
  • the main controller 50 receives the digital image data from the imaging device 35 and sends it to the image processor 40.
  • the data processed by the image processing unit 40 is sent to the inspection unit 42 by the main control unit 50 and inspected.
  • the inspection result and digital image data are sent to the storage unit 45 by the main control unit 50 and stored therein.
  • the light from the light source unit 22 passes through the light control unit 23, and illumination light having a predetermined wavelength (for example, a wavelength of 248 nm) having a predetermined intensity is emitted from the light guide fiber 24 to the illumination side concave mirror 25 and guided.
  • the illumination light emitted from the optical fiber 24 to the illumination-side concave mirror 25 is converted into a parallel light beam by the illumination-side concave mirror 25 because the emission part of the light guide fiber 24 is disposed on the focal plane of the illumination-side concave mirror 25.
  • the surface of the wafer 10 held on the surface is irradiated. Note that the relationship between the incident angle and the outgoing angle of the illumination light with respect to the wafer 10 can be adjusted by tilting the stage 5 about the tilt axis described above to change the mounting angle of the wafer 10.
  • an illumination-side polarizing filter 26 is provided between the light guide fiber 24 and the illumination-side concave mirror 25 so as to be able to be inserted into and removed from the optical path, and as shown in FIG.
  • An inspection using the diffracted light (hereinafter referred to as a diffraction inspection for the sake of convenience) is performed in the extracted state, and as shown in FIG. 2, polarized light (structural complex) is inserted with the illumination side polarization filter 26 inserted in the optical path.
  • An inspection using a change in polarization state due to refraction hereinafter referred to as a PER inspection for convenience) is performed (details of the illumination-side polarizing filter 26 will be described later).
  • the outgoing light (diffracted light or reflected light) from the surface of the wafer 10 is collected by the light receiving system 30.
  • the light receiving system 30 is mainly composed of a light receiving side concave mirror 31 disposed to face the stage 5, and emitted light (diffracted light or reflected light) collected by the light receiving side concave mirror 31 is imaged by the imaging device 35. An image of the wafer 10 is formed on the surface.
  • a light receiving side polarizing filter 32 is provided between the light receiving side concave mirror 31 and the imaging device 35 so as to be inserted into and extracted from the optical path. As shown in FIG. 1, the light receiving side polarizing filter 32 is removed from the optical path. In this state, the diffraction inspection is performed, and as shown in FIG. 2, the PER inspection is performed with the light receiving side polarizing filter 32 inserted in the optical path (details of the light receiving side polarizing filter 32 will be described later). To do).
  • the imaging device 35 photoelectrically converts the image of the surface of the wafer 10 formed on the imaging surface to generate an image signal (digital image data), and sends it to the main control unit 50.
  • the main control unit 50 outputs the image signal to the image processing unit 40.
  • the image processing unit 40 generates a digital image of the wafer 10 based on the image signal of the wafer 10 input from the imaging device 35.
  • the image data of the non-defective wafer is stored in the storage unit 45 in advance, and the inspection unit 42 receives the image data of the wafer 10 and the image data of the non-defective wafer from the main control unit 50 and compares them. Inspect for defects (abnormality).
  • the inspection result by the inspection unit 42 and the image of the wafer 10 at that time are output and displayed by an image display device (not shown).
  • the inspection unit 42 can obtain a focus state during exposure by the exposure apparatus 101 using an image of the wafer (details will be described later).
  • the illumination-side polarizing filter 26 is arranged in the illumination system 20 so that the illumination light becomes s-polarized light, and the influence of the underlayer is reduced by illuminating with the s-polarized light. Can do.
  • the light-receiving side polarizing filter 32 is removed from the optical path.
  • the wafer 10 is projected and exposed with a predetermined mask pattern onto the uppermost resist film by the exposure device 101, developed by a developing device (not shown), and then a wafer cassette (not shown) by a transport device (not shown). Or it is conveyed on the stage 5 from a developing device. At this time, the wafer 10 is transferred onto the stage 5 in a state where the alignment is performed with reference to the pattern or outer edge (notch, orientation flat, etc.) of the wafer 10. As shown in FIG. 3, a plurality of chip regions 11 are arranged vertically and horizontally (in the XY directions in FIG. 3) on the surface of the wafer 10, and in each chip region 11, a line pattern or a semiconductor pattern is formed.
  • a repeating pattern 12 such as a hole pattern is formed.
  • One shot of exposure often includes a plurality of chip areas, but in FIG. 3, one chip is taken as one shot for easy understanding.
  • the exposure apparatus 101 is the above-described step-and-scan type exposure apparatus, and is electrically connected to the signal output unit 60 of the surface inspection apparatus 1 of the present embodiment via a cable or the like.
  • the exposure control can be adjusted based on the data (signal) from.
  • the illumination side polarizing filter 26 and the light receiving side polarizing filter 32 are removed from the optical path as shown in FIG. Then, the wafer 10 is transferred onto the stage 5 by a transfer device (not shown). In addition, the positional information of the pattern formed on the surface of the wafer 10 is acquired by an alignment mechanism (not shown) during the transfer, and the wafer 10 is placed at a predetermined position on the stage 5 in a predetermined direction. Can do.
  • the stage 5 is rotated so that the illumination direction on the surface of the wafer 10 coincides with the pattern repetition direction (in the case of a line pattern, the illumination direction is orthogonal to the line) and the pattern pitch.
  • Is P ⁇ is the wavelength of the illumination light that irradiates the surface of the wafer 10
  • ⁇ 1 is the incident angle of the illumination light
  • ⁇ 2 is the exit angle of the n-th order diffracted light. Settings are made so that they are satisfied (tilt stage 5).
  • the illumination system 20 irradiates the surface of the wafer 10 with illumination light.
  • the light from the light source unit 22 in the illumination unit 21 passes through the dimming unit 23 and has a predetermined wavelength (for example, a wavelength of 248 nm).
  • Intense illumination light is emitted from the light guide fiber 24 to the illumination-side concave mirror 25, and the illumination light reflected by the illumination-side concave mirror 25 is irradiated onto the surface of the wafer 10 as a parallel light beam.
  • the diffracted light diffracted on the surface of the wafer 10 is collected by the light-receiving-side concave mirror 31 and reaches the image pickup surface of the image pickup device 35 to form an image (diffraction image) of the wafer 10.
  • a condition of diffracted light determined by a combination of a wafer azimuth angle, an illumination wavelength, an illumination angle, an emission angle, a diffraction order, and the like is referred to as a diffraction condition.
  • the imaging device 35 photoelectrically converts the image of the surface of the wafer 10 formed on the imaging surface to generate an image signal, and outputs the image signal to the image processing unit 40.
  • the image processing unit 40 generates a digital image of the wafer 10 (hereinafter, the digital image of the wafer 10 based on diffracted light is referred to as a diffracted image for convenience) based on the image signal of the wafer 10 input from the imaging device 35. To do. Further, when generating the diffraction image of the wafer 10, the image processing unit 40 sends the diffraction image to the inspection unit 42 via the main control unit 50, and the inspection unit 42 outputs the image data of the wafer 10 and the image data of the non-defective wafer.
  • the presence or absence of a defect (abnormality) on the surface of the wafer 10 is inspected. Then, the inspection results by the image processing unit 40 and the inspection unit 42 and the diffraction image of the wafer 10 at that time are output and displayed by an image display device (not shown).
  • the repeated pattern 12 is a resist pattern (line pattern) in which a plurality of line portions 2 ⁇ / b> A are arranged at a constant pitch P along the short direction (X direction). . Further, a space 2B is provided between the adjacent line portions 2A. Further, the arrangement direction (X direction) of the line portions 2A will be referred to as a “repetitive direction of the repeated pattern 12”.
  • the PER inspection performs an abnormality inspection of the repetitive pattern 12 by using a change in the volume ratio between the line portion 2A and the space portion 2B in the repetitive pattern 12 as described above.
  • the ideal volume ratio (design value) is 1: 1.
  • the change in the volume ratio is caused by deviation from the appropriate value of the exposure focus, and appears for each shot area of the wafer 10.
  • the volume ratio can also be referred to as the area ratio of the cross-sectional shape.
  • the illumination side polarizing filter 26 and the light receiving side polarizing filter 32 are inserted on the optical path.
  • the stage 5 tilts the wafer 10 to an inclination angle at which the regular reflection light from the wafer 10 irradiated with the illumination light can be received by the light receiving system 30, and stops at a predetermined rotational position.
  • the repeating direction of the repeating pattern 12 on the wafer 10 is held so as to be inclined by about 45 degrees with respect to the vibration direction of the illumination light (linearly polarized light L) on the surface of the wafer 10.
  • the repeating direction of the repeated pattern 12 on the wafer 10 is inclined by about 45 degrees with respect to the vibration direction of the illumination light (linearly polarized light L) on the surface of the wafer 10
  • the light quantity for the inspection of the repeated pattern 12 can be maximized.
  • the repetitive direction of the repetitive pattern 12 on the wafer 10 is about 22.5 degrees or about 67.5 with respect to the vibration direction of the illumination light (linearly polarized light L) on the surface of the wafer 10. If it is set at a degree, the sensitivity of the inspection can be increased.
  • an angle is not restricted to these, It can set to an arbitrary angle direction.
  • the illumination-side polarizing filter 26 is disposed between the light guide fiber 24 and the illumination-side concave mirror 25, and its transmission axis is set to a predetermined direction, and the light from the illumination unit 21 is linearly set according to the transmission axis. Extract polarized light.
  • the illumination-side concave mirror 25 converts the light transmitted through the illumination-side polarizing filter 26 into a parallel light beam and is a wafer as a substrate. Illuminate 10.
  • the light emitted from the light guide fiber 24 becomes p-polarized linearly polarized light L (see FIG. 5) via the illumination-side polarizing filter 26 and the illumination-side concave mirror 25, and is applied to the entire surface of the wafer 10 as illumination light. Irradiated.
  • the traveling direction of the linearly polarized light L (the direction of the principal ray of the linearly polarized light L reaching an arbitrary point on the surface of the wafer 10) is substantially parallel to the optical axis.
  • the linearly polarized light L incident on the wafer 10 is p-polarized light, as shown in FIG. 5, the repeating direction of the repeated pattern 12 is the incident surface of the linearly polarized light L (the traveling direction of the linearly polarized light L on the surface of the wafer 10).
  • the angle formed by the vibration direction of the linearly polarized light L on the surface of the wafer 10 and the repeating direction of the repeating pattern 12 is also set to 45 degrees.
  • the linearly polarized light L changes into the repeated pattern 12 so as to cross the repeated pattern 12 diagonally with the vibration direction of the linearly polarized light L on the surface of the wafer 10 inclined by 45 degrees with respect to the repeated direction of the repeated pattern 12. It will be incident.
  • the specularly reflected light reflected on the surface of the wafer 10 is collected by the light receiving side concave mirror 31 of the light receiving system 30 and reaches the image pickup surface of the image pickup device 35. At this time, the light is reflected straight by the structural birefringence in the repetitive pattern 12.
  • the polarization state of the polarized light L changes.
  • the light receiving side polarizing filter 32 is disposed between the light receiving side concave mirror 31 and the imaging device 35, and the direction of the transmission axis of the light receiving side polarizing filter 32 is orthogonal to the transmission axis of the illumination side polarizing filter 26 described above. Is set (cross Nicole state).
  • the light receiving side polarizing filter 32 allows the polarized light component (for example, the s-polarized light component) whose vibration direction is substantially perpendicular to the linearly polarized light L of the regular reflected light from the wafer 10 (repeated pattern 12) to pass through, and to capture the image pickup device. 35.
  • a reflected image of the wafer 10 is formed on the imaging surface of the imaging device 35 with a polarized light component whose vibration direction is substantially perpendicular to the linearly polarized light L of the regular reflected light from the wafer 10.
  • the light receiving side polarizing filter 32 can be rotated about the optical axis, and the sensitivity is improved by adjusting the minor axis direction of the elliptically polarized regular reflected light and the transmission axis of the light receiving side polarizing filter 32. Can be made. Also in this case, the adjustment angle is several degrees, which is an orthogonal category.
  • the illumination side polarizing filter 26 and the light receiving side polarizing filter 32 are inserted on the optical path, and the wafer is then transferred by a not-shown transfer apparatus. 10 is conveyed onto the stage 5.
  • the positional information of the pattern formed on the surface of the wafer 10 is acquired by an alignment mechanism (not shown) during the transfer, and the wafer 10 is placed at a predetermined position on the stage 5 in a predetermined direction. Can do.
  • the stage 5 tilts the wafer 10 at an inclination angle at which the regular reflection light from the wafer 10 irradiated with the illumination light can be received by the light receiving system 30, stops at a predetermined rotational position, and repeats on the wafer 10.
  • the repeating direction of the pattern 12 is held so as to be inclined by 45 degrees with respect to the vibration direction of the illumination light (linearly polarized light L) on the surface of the wafer 10.
  • the illumination system 20 irradiates the surface of the wafer 10 with illumination light.
  • the light emitted from the light guide fiber 24 of the illumination unit 21 passes through the illumination-side polarizing filter 26 and the illumination-side concave mirror 25 and is p-polarized linearly polarized light L.
  • the entire surface of the wafer 10 is irradiated as illumination light.
  • the specularly reflected light reflected from the surface of the wafer 10 is collected by the light-receiving-side concave mirror 31 and reaches the image pickup surface of the image pickup device 35 to form an image (reflected image) of the wafer 10.
  • the polarization state of the linearly polarized light L changes due to the structural birefringence in the repeating pattern 12, and the light receiving side polarizing filter 32 causes the linearly polarized light L and the vibration direction of the regular reflected light from the wafer 10 (repeating pattern 12).
  • a reflected image of the wafer 10 is formed on the imaging surface of the imaging device 35 with a polarized light component that is substantially perpendicular to the linearly polarized light L of the regular reflected light from the wafer 10.
  • the imaging device 35 photoelectrically converts an image (reflected image) of the surface of the wafer 10 formed on the imaging surface to generate an image signal (digital image data), and the image signal is transmitted via the main control unit 50.
  • the image is output to the image processing unit 40.
  • the image processing unit 40 generates a digital image of the wafer 10 (hereinafter, the digital image of the wafer 10 based on the polarization is referred to as a polarization image for convenience) based on the image signal of the wafer 10 input from the imaging device 35. .
  • the image processing unit 40 sends the polarization image to the inspection unit 42 via the main control unit 50, and the inspection unit 42 outputs the image data of the wafer 10 and the image data of the non-defective wafer.
  • the presence or absence of a defect (abnormality) on the surface of the wafer 10 is inspected. Since the signal intensity (luminance value) of the reflected image of the non-defective wafer is considered to indicate the highest signal intensity (luminance value), for example, the signal intensity change (luminance change) compared to the non-defective wafer is determined in advance.
  • the inspection results by the image processing unit 40 and the inspection unit 42 and the polarization image of the wafer 10 at that time are output and displayed by an image display device (not shown).
  • the signal intensity is signal intensity corresponding to light detected by the imaging element of the imaging device 35, such as diffraction efficiency, intensity ratio, energy ratio, and the like.
  • specular reflection inspection it is also possible to perform inspection based on specularly reflected light from the surface of the wafer 10 (hereinafter referred to as specular reflection inspection for convenience).
  • specular reflection inspection the image processing unit 40 generates a digital image based on the regular reflection light from the surface of the wafer 10 (hereinafter referred to as a regular reflection image for convenience), and generates the regular reflection image of the wafer 10. Based on this, the presence or absence of defects (abnormalities) on the surface of the wafer 10 is inspected.
  • the inspection unit 42 uses a wafer image that has been exposed and developed under conditions in which the focus offset amount of the exposure apparatus 101 is changed for each shot, and uses a focus curve (focus offset amount and diffracted light of the exposure apparatus 101).
  • a curve indicating the relationship between signal strengths) can be obtained.
  • a method for obtaining the inclination of the image plane of the mask pattern projected and exposed by the exposure apparatus 101 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
  • a wafer on which a repeated pattern is formed by changing the focus offset amount (known) of the exposure apparatus 101 is created (step S101).
  • the focus offset amount is changed for each exposure shot, a plurality of shots having the same focus offset amount are set, and the shots are arranged separately to be exposed and developed.
  • a conditional wafer 10a see FIGS. 7 and 8).
  • the shots having the same focus offset amount are arranged separately to cancel the influence of, for example, a difference in resist conditions generated between the center side and the outer peripheral side of the wafer and a so-called left-right difference at the time of scan exposure. Do it for the purpose.
  • the resist film (photoresist) formed on the wafer is often formed by coating by spin coating, and as the resist stock solution spreads by spin, the solvent component volatilizes and the viscosity tends to increase and the film tends to become thicker.
  • a difference in resist conditions occurs between the center side and the outer peripheral side of the wafer.
  • the so-called left / right difference means that, for example, when the scanning direction is the X direction, the reticle moves in the X + direction (the wafer moves in the X ⁇ direction) and the reticle moves in the X ⁇ direction ( This is the difference in exposure while the wafer is moving in the X + direction.
  • the condition-wafer 10a swings the focus offset amount in 16 steps from -175 nm to +200 nm in increments of 25 nm.
  • Each of the shots in FIG. 7 is indicated by a number (1 to 16) of the stage of the focus offset amount that is shaken in increments of 25 nm, and “′” is attached when the stage is the same and the scanning direction is the reverse direction. is doing.
  • exposure with the same focus offset amount as in the shot of the focus offset amount represented by the number 12 is performed by the reticle movement X + direction / center side, one shot / reticle movement X + direction / outer periphery side, one shot / reticle movement X.
  • X-Four positions can be set like one shot in the-direction / outer periphery side. Further, for example, exposure with the same focus offset amount as in the shot of the focus offset amount represented by number 15 is performed by two shots / reticle movement in the reticle movement X + direction / outer peripheral side with the center of the conditionally adjusted wafer 10a as the axis of symmetry. Four positions can be set like 2 shots in the X-direction / outer peripheral side. In the example of FIG. 7, the focus offset amount is 16 stages, and each focus offset amount is a total of 64 shots, for a total of 64 shots.
  • a plurality of conditioned wafers may be made to obtain the focus curve.
  • the shot arrangement for each focus offset amount of each conditionally adjusted wafer is set so as to cancel the influence due to conditions other than the focus offset.
  • the conditioned wafer 10a is transferred onto the stage 5 in the same manner as in the diffraction inspection (step S102).
  • the illumination system 20 irradiates illumination light onto the surface of the conditioned wafer 10a, and the imaging device 35 photoelectrically converts the diffracted image of the conditioned wafer 10a to generate an image signal,
  • the image signal is output to the image processing unit 40 (step S103).
  • the diffraction conditions are obtained by using the information of the exposed mask pattern or the diffraction condition search, and the same setting as in the diffraction inspection is performed so that diffracted light is obtained.
  • the tilt angle of the stage 5 is changed stepwise in an angle range other than specular reflection to acquire images at the respective tilt angles, and the image is brightened, that is, the tilt angle at which diffracted light is obtained is obtained. Refers to the function.
  • the image processing unit 40 generates a diffracted image of the conditionally adjusted wafer 10a based on the image signal of the conditionally adjusted wafer 10a input from the imaging device 35, and performs a pixel unit for each shot with the same focus offset amount (respectively).
  • the signal intensities are averaged between the corresponding pixels of the shots (step S104). Note that a portion determined to be a defect by the diffraction inspection is excluded from the above-described averaging target.
  • the image processing unit 40 surrounds all shots obtained by averaging (that is, different focus offset amounts) with a plurality of setting areas (small rectangles) set in the shot as shown in FIG.
  • the average values of the signal intensities A) (hereinafter referred to as average luminance for convenience) are respectively obtained (step S105). With the processing so far, the average luminance is obtained for each of the plurality of setting areas A provided in the exposure shot when the focus offset is changed in 16 steps from -175 nm to +200 nm in increments of 25 nm.
  • the image processing unit 40 sends the averaged data to the inspection unit 42 via the main control unit 50, and the inspection unit 42, as shown in FIG. ,
  • a graph showing the relationship between the average luminance in the setting area A at the same position in each shot (with different focus offset amounts) and the corresponding focus offset amount, that is, a focus curve is obtained (step S106).
  • the inspection unit 42 obtains approximate curves of the focus curve, respectively (step S107).
  • the focus curve obtained here is appropriately referred to as a reference focus curve.
  • other arbitrary function forms for example, a cubic expression, etc.
  • the inspection unit 42 obtains a focus offset amount at which the average luminance is maximum in the approximate curve of the focus curve (that is, the maximum focus offset amount is in the range of ⁇ 175 nm to +200 nm) (step S108).
  • the focus offset amount at which the average luminance is maximized is 2.5 nm.
  • the focus offset amount at which the average luminance is maximized is ⁇ 14.5 nm.
  • a focus offset amount that maximizes the average luminance is obtained for each setting area A (step S109). In this way, as shown in FIG. 11, it is possible to obtain the distribution of the focus offset amount that maximizes the average brightness of the diffracted light in the shot.
  • the inclination of the focus offset amount in the long side direction of the slit (light) exposed by the exposure apparatus 101 that is, the image) Surface inclination
  • the inclination of the focus offset amount in the scanning direction of the reticle stage and wafer stage of the exposure apparatus 101 can be obtained (approximately), respectively.
  • the inclination of the image plane is a relative positional relationship between the respective image forming points, the inclination of the image plane can be obtained by obtaining the maximum value of the average luminance.
  • the image plane inclination obtained in this way is converted into a parameter that can be accepted by the exposure apparatus 101, such as the curvature of field, maximum / minimum value, or diagonal inclination, and then output from the main controller 50 as a signal output.
  • the data is output to the exposure apparatus 101 via the unit 60 and reflected in the exposure by the exposure apparatus 101.
  • the image plane inclination in the present embodiment is the total image plane with respect to the photoresist layer on the wafer due to the image plane inclination of the projection image by the projection lens in the exposure apparatus 101 and the running error of the reticle stage and wafer stage. It is a slope.
  • the inspection unit 42 also has a determination function.
  • the inspection unit 42 obtains the focus state at the time of exposure by the exposure apparatus 101, more specifically, the fluctuation state of the focus of the exposure apparatus 101 with respect to the entire surface of the wafer 10, from the diffraction image of the wafer 10 to be inspected. Be able to.
  • a method for obtaining the focus state during exposure by the exposure apparatus 101 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. First, a conditioned wafer 10b (see FIG. 13) in which a repetitive pattern is formed by changing the focus offset amount and the dose amount (exposure amount) of the exposure apparatus 101 in a matrix is created (step S201).
  • the exposure shot at the center of the conditioned wafer 10b is set to the best focus and the best dose, the focus offset amount is changed for each exposure shot arranged in the horizontal direction, and the dose amount is changed for each exposure shot arranged in the vertical direction. To expose and develop.
  • a diffraction image of the conditioned wafer 10b is captured and acquired (step S202).
  • the conditioned wafer 10b is first transported onto the stage 5 as in the case of diffraction inspection.
  • the illumination system 20 irradiates illumination light onto the surface of the conditioned wafer 10b, and the imaging device 35 photoelectrically converts the diffraction image of the conditioned wafer 10b to generate an image signal, and the image signal is sent to the image processing unit 40. Output.
  • the image processing unit 40 generates a diffraction image of the conditioned wafer 10b based on the image signal of the conditioned wafer 10b input from the imaging device 35.
  • the diffraction images of the conditionally adjusted wafer 10b are captured and acquired for a plurality of conditions determined by a combination of the azimuth angle, illumination wavelength, incident angle, and emission angle of the wafer, that is, for a plurality of diffraction conditions.
  • the repetitive pattern of the conditioned wafer 10b has a base layer or base unevenness
  • use of illumination light with a short wavelength for example, 248 nm, 313 nm, etc.
  • a short wavelength for example, 248 nm, 313 nm, etc.
  • the illumination side polarizing filter 26 with the transmission axis set in a predetermined direction is inserted on the optical path so that s-polarized light can be obtained as illumination light, it can be made less susceptible to the influence of the ground.
  • the light-receiving side polarizing filter 32 having the transmission axis set in a predetermined direction so as to receive only diffracted light by s-polarized light is inserted on the optical path, it is possible to make it less susceptible to the influence of the ground.
  • the image processing unit 40 obtains the signal intensity of each shot for each diffraction image captured and acquired under a plurality of diffraction conditions (step S203). At this time, the average signal intensity in the same shot is defined as the signal intensity of each shot. Thereby, the influence of the inclination of the image plane can be removed.
  • the image processing unit 40 sends the averaged diffraction image to the inspection unit 42 via the main control unit 50, and the inspection unit 42 obtains each of the diffraction images captured and acquired under a plurality of diffraction conditions for each different dose amount.
  • a graph showing the relationship between the signal intensity of each shot (with the same dose amount and different focus offset amount) and the corresponding focus offset amount, that is, a focus curve (obtained when measuring the inclination of the image plane) In order to distinguish it from the reference focus curve, it is hereinafter referred to as a sample focus curve as appropriate) (step S204).
  • a plurality of sample focus curves respectively corresponding to a plurality of diffraction conditions can be obtained for each different dose amount.
  • the inspection unit 42 selects at least two types of sample focus curves used for obtaining the focus state at the time of exposure from a plurality of sample focus curves (step S205).
  • three types of sample focus curves hereinafter referred to as reference sample focus curves as appropriate to distinguish them from other sample focus curves
  • reference sample focus curves as appropriate to distinguish them from other sample focus curves
  • a plurality of sample focus curves that are sensitive to changes in focus are extracted from the plurality of sample focus curves.
  • a plurality of sample focus curves that are less sensitive to changes in dose are extracted from sample focus curves that are sensitive to changes in focus.
  • sample focus curves that are sensitive to changes in focus and less sensitive to changes in dose
  • three types of sample focus curves with different peak or bottom positions are used as reference sample focus. Select and determine as a curve.
  • the sample focus curve has a plurality of sample focus curves with different doses for each of the three types of diffraction conditions, but in the subsequent calculations, the same dose amount as when the wafer whose focus state is to be measured was exposed. Or use the closest dose amount.
  • FIG. 13 shows a diffraction image G1 from which a first reference sample focus curve D1 is obtained, a diffraction image G2 from which a second reference sample focus curve D2 is obtained, and a third reference sample focus, along with three types of reference sample focus curves D1 to D3.
  • the diffraction images G3 from which the curve D3 is obtained are respectively shown. Note that each of the diffraction images G1 to G3 shown in FIG.
  • each diffraction image may be captured and acquired by changing only the order of the diffracted light.
  • the image processing unit 40 When the three types of reference sample focus curves are selected and determined, the image processing unit 40 outputs and stores the data related to the approximate curve equation of the determined reference sample focus curve in the storage unit 45 as reference data (step S206).
  • the image processing unit 40 outputs a data map indicating the relationship between the focus offset amount obtained from the approximate curve equation and the signal intensity to the storage unit 45 as reference data, not limited to the approximate curve equation of the reference sample focus curve. And may be stored.
  • the NA number of aperture
  • the reference data is obtained for each illumination condition and stored in the storage unit 45.
  • a diffraction image of the wafer 10 to be inspected is captured and acquired (step S207). At this time, a diffraction image of the wafer 10 is captured and acquired for each of the same three types of diffraction conditions as the diffraction image from which the reference sample focus curve is obtained.
  • the image processing unit 40 determines from the signal intensity for each pixel of the diffraction image whether the region corresponding to each pixel is a measurement region in the shot (step S208). ), Pixels corresponding to streets and the like are excluded from the measurement target.
  • the image processing unit 40 sends the diffraction image to the inspection unit 42 via the main control unit 50, and the inspection unit 42 inspects the wafer 10 to be inspected.
  • the focus fluctuation state of the exposure apparatus 101 with respect to the surface of the wafer 10 is obtained (step S209).
  • the exposure apparatus for the surface of the wafer 10 from the signal intensity of the diffraction image of the wafer 10 A focus offset amount 101 is obtained for each predetermined pixel (in units of one or more pixels).
  • the area for obtaining the focus offset amount be an area smaller than one shot (for example, 1/10).
  • the storage unit 45 stores approximate curve formulas (or data maps) of the reference sample focus curve respectively corresponding to the three types of diffraction conditions. From the signal intensity of the diffraction image of the wafer 10, the focus offset amount can be obtained for each predetermined pixel. Since the focus curve is a curve, a plurality of focus offset amount candidates may be calculated from the signal intensity of one diffraction image (only one candidate may be calculated depending on conditions). On the other hand, by using three types of reference sample focus curves D1 to D3 having different peak or bottom positions (focus offset amounts), one calculated focus offset amount is obtained as shown in FIG. It is decided.
  • the focus offset amount that minimizes the sum of squared differences between the signal intensity under each diffraction condition and the approximate curve corresponding to this condition is obtained.
  • three types of reference sample focus curves D1 to D3 are prepared for each different dose amount for each of the three types of diffraction conditions, and a focus offset amount at a dose amount that minimizes the sum of squared differences is employed. You may do it.
  • the signal intensity may be weighted under the condition that the slope of the curve is relatively large (that is, the sensitivity to the focus change is relatively high).
  • the result may not be adopted as an abnormal value.
  • the focus offset amount can be calculated for each pixel on the entire surface of the wafer 10, and the focus fluctuation state of the exposure apparatus 101 with respect to the surface of the wafer 10 can be determined.
  • the diffraction image H1 and the second reference sample focus curve D2 of the wafer 10 imaged under the diffraction conditions for obtaining the first reference sample focus curve D1 are obtained together with the three types of reference sample focus curves D1 to D3.
  • a diffraction image H2 of the wafer 10 imaged under the diffraction condition and a diffraction image H3 of the wafer 10 imaged under the diffraction condition for obtaining the third reference sample focus curve D3 are shown.
  • the degree of coincidence with the first reference sample focus curve D1), the second detection signal (second signal intensity K2) corresponding to the diffracted light based on the second diffraction condition from the repeated pattern 12, and the second reference data corresponding to the diffraction condition ( The degree of coincidence with the second reference sample focus curve D2), the third detection signal (third signal intensity K3) corresponding to the diffracted light from the repetitive pattern 12 under the third diffraction condition, and the third corresponding to this diffraction condition It can be seen that the degree of coincidence with the reference data (third reference sample focus curve D3) is high.
  • the inspection unit 42 inspects whether the obtained focus offset amount is abnormal (step S210). At this time, for example, if the obtained focus offset amount is within a predetermined threshold range, the inspection unit 42 determines that the normal state is normal, and if the obtained focus offset amount is out of the predetermined threshold range, an abnormality occurs. Is determined.
  • the storage unit may be prepared outside the surface inspection apparatus 1 (for example, a control room of a semiconductor manufacturing line) and read out an approximate curve formula (or data map) of the reference sample focus curve through the line. it can.
  • the image processing unit 40 When the presence / absence of the focus offset amount is inspected, the image processing unit 40 generates an image of the wafer 10 in which the focus offset amount obtained for each pixel is converted into the signal intensity at the pixel, and the focus offset amount inspection result is obtained. And the like are displayed on an image display device (not shown) (step S211).
  • the image display device is not limited to the surface inspection device 1 of the present embodiment, and an image display device provided and connected to the outside of the inspection device (for example, a management room of a semiconductor production line) may be used.
  • FIG. 16 shows an example of an image of the wafer 10 obtained by converting the focus offset amount into the signal intensity. Note that the image shown in FIG. 16 is not limited to a black and white image, and may be displayed as a color image.
  • the inspection unit 42 includes the first detection signal (first signal intensity K1) detected by the imaging device 35 and the first reference data (first reference sample focus).
  • the degree of coincidence between the third reference data (third reference sample focus curve D3) and the focus state (processing condition) at the time of exposure for the repetitive pattern 12 on the wafer 10 is determined.
  • the focus state at the time of exposure can be calculated
  • reference sample focus curves D1 to D3 Three types of reference data (reference sample focus curves D1 to D3) that are sensitive to changes in focus and less sensitive to changes in dose (exposure amount) are used, and the sensitivity (detection signal) to changes in focus Change) is greater than the sensitivity to the change in dose (change in detection signal). Therefore, it is possible to eliminate the influence due to the change in the dose amount, and it is possible to measure the focus state at the time of exposure more accurately.
  • the stage 5 can be tilted around a tilt axis that passes through a support surface that supports the wafer 10, that is, rotates about an axis that is substantially parallel to the supported surface of the wafer 10 and substantially orthogonal to the direction in which illumination light travels. It is configured to be movable.
  • the diffraction conditions incident angle of illumination light, etc.
  • the focus state during exposure can be changed. It can be measured in a shorter time.
  • three types of reference data are used to determine the focus state (processing conditions) at the time of exposure for the repetitive pattern 12 on the wafer 10.
  • two types of reference data or five types of reference data may be used.
  • the focus state at the time of exposure can be determined using at least two types of reference data that differ in how the detection signal changes with respect to the change in focus.
  • the inspection of the repeated pattern 12 exposed and formed on the resist film on the wafer 10 is performed.
  • the present invention is not limited to this, and the pattern after etching may be inspected. Good. Thereby, not only the focus state at the time of exposure but also a defect (abnormality) at the time of etching can be detected.
  • the polarization image (PER image) of the conditioned wafer 10b is used for each different dose amount in the same manner as described above.
  • a plurality of sample focus curves based on the polarization determined by the azimuth angle and the illumination wavelength may be obtained, and a plurality of reference sample focus curves based on the polarization may be selected and determined from these.
  • the reference sample focus curve (reference data) based on the polarization the fluctuation state of the focus of the exposure apparatus 101 with respect to the surface of the wafer 10 is obtained from the signal intensity of the polarization image captured and acquired by the imaging apparatus 35.
  • the focus state at the time of exposure can be measured with higher accuracy. Further, in measurement using polarized light, the focus offset amount at which the signal intensity is maximized in the focus curve is considered as the best focus, so that the focus offset amount that is the best focus can be easily known.
  • the diffraction image and the polarization image may be used in combination such that the first detection signal is a diffraction image and the second detection signal is a polarization image.
  • the repetitive pattern 12 on the wafer 10 is used by using three types of reference data (reference sample focus curves D1 to D3) that are sensitive to a change in focus and less sensitive to a change in dose.
  • the focus state at the time of exposure is determined, but by extracting multiple sample focus curves from multiple sample focus curves that are sensitive to changes in dose and less sensitive to changes in focus,
  • the dose amount at the time of exposure of the repetitive pattern 12 on the wafer 10 can also be determined using the sample dose curve obtained by replacing the focus of the sample focus curve with the dose.
  • the exposure system 100 includes an exposure apparatus 101 that projects and exposes a predetermined mask pattern (repeated pattern) on the surface of a wafer 10 coated with a resist, an exposure process by the exposure apparatus 101, and a development process by a developing apparatus (not shown). And the like, and a surface inspection apparatus 1 for inspecting the wafer 10 having the repeated pattern 12 formed on the surface.
  • the exposure apparatus 101 includes an illumination system 110, a reticle stage 120, a projection unit 130, a local immersion apparatus 140, a stage apparatus 150, and a main controller 200 (see FIG. 18). It is configured with.
  • the directions of arrows X, Y, and Z shown in FIG. 17 will be described as the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction, respectively.
  • the illumination system 110 includes a light source, an illuminance equalizing optical system including an optical integrator, and an illumination optical system including a reticle blind.
  • the reticle is defined by the reticle blind.
  • the slit-shaped illumination area on R is illuminated with illumination light (exposure light) with substantially uniform illuminance.
  • illumination light for example, ArF excimer laser light (wavelength 193 nm) is used.
  • a reticle (photomask) R having a predetermined pattern (for example, a line pattern) formed on the pattern surface (the lower surface in FIG. 17) is fixedly held by, for example, vacuum suction.
  • the reticle stage 120 can be moved in the XY plane by a reticle stage driving device 121 (see FIG. 18) including a linear motor, for example, and at a predetermined scanning speed in the scanning direction (here, the Y-axis direction). It is configured to be movable.
  • Position information of the reticle stage 120 in the XY plane (including rotation information about the rotation direction around the Z axis) is reflected on the first reflecting mirror 123 having a reflecting surface orthogonal to the Y axis provided on the reticle stage 120 and the X axis.
  • Detection is performed by the reticle interferometer 125 via a second reflecting mirror (not shown) having an orthogonal reflecting surface.
  • the position information detected by the reticle interferometer 125 is sent to the main controller 200, and the main controller 200 moves the position (and moving speed) of the reticle stage 120 via the reticle stage driving device 121 based on the position information. To control.
  • the projection unit 130 is disposed below the reticle stage 120 and includes a lens barrel 131 and a projection optical system 135 held in the lens barrel 131.
  • the projection optical system 135 has a plurality of optical elements (lens elements) arranged along the optical axis AX of illumination light, is telecentric on both sides, and has a predetermined projection magnification (for example, 1/4 times, 1/5 times or 1/8 times, etc.). For this reason, when the illumination area on the reticle R is illuminated by the illumination light emitted from the illumination system 110, the illumination light transmitted through the reticle R arranged so that the object plane and the pattern plane of the projection optical system 135 substantially coincide with each other.
  • a reduced image of the pattern of the reticle R in the illumination area via the projection optical system 135 is conjugated to the exposure area on the wafer 10 arranged on the image plane side of the projection optical system 135 (the illumination area on the reticle R).
  • a region The reticle R is moved in the scanning direction (Y-axis direction) with respect to the illumination area by the synchronous driving of the reticle stage 120 and the stage apparatus 150 that holds the wafer 10, and the wafer 10 is moved in the scanning direction with respect to the exposure area.
  • scanning exposure of one shot area on the wafer 10 is performed, and the pattern (mask pattern) of the reticle R is transferred to the shot area.
  • the exposure apparatus 101 is provided with a local immersion apparatus 140 for performing immersion type exposure.
  • the local liquid immersion device 140 includes a liquid supply device 141, a liquid recovery device 142, a liquid supply tube 143A, a liquid recovery tube 143B, and a nozzle unit 145. Is done.
  • the nozzle unit 145 holds the projection unit 130 so as to surround the periphery of the lower end portion of the lens barrel 131 that holds the optical element on the most image plane side (wafer side) constituting the projection optical system 135, here the tip lens 136. It is supported by a frame member (not shown) (a frame member constituting the exposure apparatus 101). Further, as shown in FIG. 17, the nozzle unit 145 is set so that its lower end surface is substantially flush with the lower end surface of the front lens 136.
  • the liquid supply device 141 includes a tank that stores liquid, a pressurizing pump, a temperature control device, and a valve that controls the flow rate of the liquid. It is connected to the nozzle unit 145 via a pipe 143A.
  • the liquid recovery apparatus 142 includes a tank for storing the recovered liquid, a suction pump, and a valve for controlling the flow rate of the liquid, and is provided via a liquid recovery pipe 143B. Are connected to the nozzle unit 145.
  • the main control device 200 controls the operation of the liquid supply device 141 to supply liquid (for example, pure water) between the tip lens 136 and the wafer 10 via the liquid supply tube 143A.
  • the operation of the liquid recovery device 142 is controlled to recover the liquid from between the front lens 136 and the wafer 10 via the liquid recovery tube 143B.
  • the main controller 200 controls the operation of the liquid supply device 141 and the liquid recovery device 142 so that the amount of supplied liquid and the amount of recovered liquid are always equal. Therefore, a fixed amount of liquid is always exchanged and held between the front lens 136 and the wafer 10, thereby forming an immersion area (immersion space).
  • the wafer 10 is exposed by irradiating the wafer 10 with illumination light through the liquid forming the liquid immersion area.
  • the stage device 150 includes a wafer stage 151 disposed below the projection unit 130, and a stage driving device 155 (see FIG. 18) for driving the wafer stage 151.
  • Wafer stage 151 has a clearance of about several ⁇ m by an air slider (not shown) and is supported to float above base member 105, and is configured to hold wafer 10 on the upper surface of wafer stage 151 by vacuum suction. .
  • the wafer stage 151 can be moved in the XY plane along the upper surface of the base member 105 by a motor constituting the stage driving device 155.
  • the position information of the wafer stage 151 in the XY plane is detected by the encoder device 156 (see FIG. 18).
  • the position information detected by the encoder device 156 is sent to the main control device 200, and the main control device 200 controls the position (and moving speed) of the wafer stage 151 via the stage driving device 155 based on the position information. To do.
  • the object plane and the pattern plane of the projection optical system 135 are substantially aligned.
  • the reduced image of the pattern of the reticle R in the illumination area is supported on the wafer stage 151 and arranged on the image plane side of the projection optical system 135 through the projection optical system 135 by the illumination light transmitted through the reticle R. Is formed in an exposed region on the wafer 10 (region conjugate to the illumination region on the reticle R).
  • the reticle R is moved in the scanning direction (Y-axis direction) with respect to the illumination area, and the wafer 10 is moved in the scanning direction with respect to the exposure area.
  • scanning exposure of one shot area on the wafer 10 is performed, and the pattern of the reticle R is transferred to the shot area.
  • the pattern 12 is repeatedly formed on the surface by the surface inspection apparatus 1 according to the above-described embodiment after the development process by the development apparatus (not shown).
  • the surface of the wafer 10 is inspected.
  • the inspection unit 42 of the surface inspection apparatus 1 obtains the fluctuation state of the focus of the exposure apparatus 101 with respect to the surface of the wafer 10 as described above, and the signal output unit 60 and the connection cable (see FIG.
  • the information about the obtained focus fluctuation state (focus offset amount) is output to the exposure apparatus 101 via a not-shown).
  • the correction processing unit 210 provided in the main controller 200 of the exposure apparatus 101 focuses the exposure apparatus 101 on the surface of the wafer 10 based on the focus fluctuation state of the exposure apparatus 101 input from the surface inspection apparatus 1.
  • Various setting parameters related to the focus of the exposure apparatus 101 and the arrangement state of the optical elements are corrected so that the state becomes constant.
  • the exposure setting is corrected in order to correct the focus setting of the exposure apparatus 101 according to the focus state at the time of exposure input from the surface inspection apparatus 1 according to the above-described embodiment. Since the focus state at the time can be accurately measured in a short time, correction based on the focus state with higher accuracy can be performed, and the focus of the exposure apparatus 101 can be set more appropriately.
  • a semiconductor device includes a design process (step S301) for designing the function and performance of the device, a reticle production process (step S302) for producing a reticle based on the design process, and a wafer for producing a wafer from a silicon material.
  • Manufacturing process step S303), reticle pattern transferred to wafer by exposure or the like (including exposure process, development process, etc.) lithography process (step S304), device assembly (dicing process, bonding process, package process, etc.) And an assembly process (step S305), an inspection process for inspecting a device (step S306), and the like.
  • a wafer is prepared (step S401), and a resist is applied to the wafer surface to have a predetermined thickness using a coating apparatus such as a spin coater (not shown) (step S402).
  • a coating apparatus such as a spin coater (not shown)
  • the solvent component of the resist is evaporated by a drying device in the coating device, and film formation is performed on the coated wafer.
  • the wafer on which the resist is formed is transferred to the exposure apparatus 101 by a transfer device (not shown) (step S403).
  • the wafer carried into the exposure apparatus 101 is aligned by the alignment apparatus provided in the exposure apparatus 101 (step S404).
  • the reticle pattern is subjected to reduced exposure on the aligned wafer (step S405).
  • the exposed wafer is transferred from the exposure apparatus 101 to a developing device (not shown) and developed (step S406).
  • the developed wafer is set by the surface inspection apparatus 1, the focus state of the exposure apparatus 101 is obtained as described above, and the pattern produced on the wafer is inspected by performing diffraction inspection and polarization inspection (S407).
  • a wafer in which a defect (abnormality) occurs more than a reference predetermined in the inspection is sent to rework (regeneration processing), and a wafer in which the defect (abnormality) is less than the reference is subjected to post-processing such as an etching process.
  • the focus state of the exposure apparatus 101 obtained in step S407 is fed back to the exposure apparatus 101 for correction of focus setting (step S408).
  • pattern exposure is performed using the exposure system 100 according to the above-described embodiment in a lithography process. That is, as described above, when the exposure process by the exposure apparatus 101 is performed, the wafer 10 on which the repeated pattern 12 is formed on the surface by the surface inspection apparatus 1 after the development process by the developing apparatus (not shown) and the like. Perform surface inspection. At this time, the surface inspection apparatus 1 determines the focus state at the time of exposure, and the exposure apparatus 101 corrects the focus setting of the exposure apparatus 101 according to the focus state at the time of exposure input from the surface inspection apparatus 1. . As described above, according to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the focus state at the time of exposure can be accurately measured in a short time, so that the focus of the exposure apparatus 101 can be set more appropriately. Highly integrated semiconductor devices can be manufactured with high productivity.
  • the immersion type exposure apparatus 101 provided with the local immersion apparatus 140 has been described as an example of the exposure apparatus.
  • the present teaching is not limited to this, and the exposure system according to the present teaching and The semiconductor device manufacturing method can also be applied to an exposure apparatus that is not an immersion type exposure apparatus.
  • the present invention can be applied to an inspection apparatus used in an inspection process after development in the manufacture of a semiconductor device. Thereby, the inspection accuracy of the inspection apparatus can be improved, and the manufacturing efficiency of the semiconductor device can be improved.

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Abstract

【課題】露光時のフォーカス状態を短時間で精度よく計測可能な装置を提供する。 【解決手段】所定のパターンを有するウェハ１０の表面を照明系２０により照明し、ウェハ１０からの光による画像を撮像する撮像装置３５と、画像の信号強度とフォーカスオフセット量との関係を示すフォーカスカーブに関する情報（基準データ）を記憶する記憶部４５と、記憶部４５に記憶された基準データを利用して、撮像装置３５により撮像された画像の信号強度から、ウェハ１０上のパターンに対する露光時のフォーカス状態を判定する画像処理部４０とを有して表面検査装置１が構成される。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　表面検査装置及びその方法
　本発明は、所定のパターンを有した基板の表面を検査する表面検査装置および表面検査方法に関する。また、このような表面検査装置および露光装置を備えた露光システム、並びにこのような表面検査方法を用いた半導体デバイス製造方法に関する。
　ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置は、マスクパターンおよび投影レンズを介してスリット状の光を照射しながら、レチクルステージ（すなわち、マスクパターンが形成されたマスク基板）とウェハステージ（すなわち、半導体パターンを形成するウェハ）とを相対移動させて１ショット分だけ走査（＝スキャン）することにより、半導体ウェハに対して１ショット分の露光を行うようになっている。このようにすれば、スリット（光）の長辺とレチクルステージの相対スキャン距離で露光ショットの大きさが決まるため、露光ショットを大きくすることができる。
　このような露光装置においては、フォーカス（ウェハ面上でのパターンの合焦状態）の管理が非常に重要である。そこで、露光装置のウェハ面上でのフォーカスの状態をモニター（監視）している（ここでフォーカス管理とは、デフォーカス（非合焦）による不具合に限らず、ショット内若しくはウェハ全面においてフォーカス状態の変動を管理することをいう）。露光装置のフォーカスの状態を計測するには、例えば、専用のマスク基板を用いてテストパターンを露光・現像し、得られたテストパターンの位置ずれからフォーカスオフセット量を計測する方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２００２－２８９５０３号公報
　しかしながら、このような方法で露光装置のフォーカスの状態を計測する場合、マスクパターンの種類や露光装置の照明条件に制約があり、実際のデバイスとは異なるパターンでフォーカスの状態を計測することしかできない。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基板に対して行われた加工の条件（例えば、露光時のフォーカス状態）を実際のデバイスのパターンで計測可能な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、所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明する照明部と、前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出する検出部と、複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記検出部により検出される第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記検出部により検出される第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備する準備部と、加工条件を求めるべき基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定する判定部とを有している。
　なお、上述の表面検査装置において、前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定部で求められる前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反することができる。
　また、上述の表面検査装置において、前記判定部で判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいことができる。また、前記準備部は、前記第1基準データと前記第２基準データを記憶する記憶部であることができる。
　また、上述の表面検査装置において、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づくことができる。そして、前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることができる。また、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づくことができる。
　また、上述の表面検査装置において、前記検出部は前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、前記準備部には、前記複数のパターンを有する基板に対して、前記検出部により検出される第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データがさらに記憶されており、前記判定部は、前記基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記被検基板上のパターンの加工条件を判定することができる。
　また、上述の表面検査装置において、前記基板を支持するステージをさらに有し、該ステージが前記基板の前記支持された面と略平行で前記照明光の進む方向に略直交する軸を中心に回動可能であることができる。また、前記検出部は、前記基板を照明する照明光の光路に挿抜自在に設けられ、前記照明光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された照明側偏光フィルタ、又は、第１又は第２の光路に挿抜自在に設けられ、前記第１、第２の光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された受光側偏光フィルタを備えることができる。
　また、本発明に係る露光システムは、基板の表面に所定のパターンを露光する露光装置と、前記露光装置により露光されて表面に前記パターンが設けられた基板の表面検査を行う表面検査装置とを備え、前記表面検査装置は、本発明に係る表面検査装置であって、前記判定部で求められた前記加工条件として前記露光時のフォーカス状態を前記露光装置へ出力し、前記露光装置は、前記表面検査装置から入力された前記露光時のフォーカス状態に応じて、前記露光装置のフォーカスの設定を補正するようになっている。上述の露光システムは、前記基板に対して液体を介して前記所定のパターンを露光する液浸型の露光装置であることができる。
　また、本発明に係る表面検査方法は、所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明し、前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備し、加工条件を求めるべき基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記被検基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定するようになっている。
　なお、上述の表面検査方法において、前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定される前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反することができる。
　また、上述の表面検査方法において、前記判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいとすることができる。また、前記第１基準データと前記第２基準データとを記憶し、該記憶された前記第１基準データと前記第２基準データとを呼び出すことにより前記準備を行うことができる。また、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づくことができる。さらに、前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることができる。
　また、上述の表面検査方法において、前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づくことができる。
　また、上述の表面検査方法において、前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、前記複数のパターンを有する基板に対して、前記第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データをさらに記憶し、前記基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記基板から検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定することができる。
　また、本発明に係る半導体デバイス製造方法は、基板の表面に所定のパターンを露光するリソグラフィー工程を有した半導体デバイス製造方法であって、前記露光の後に本発明に係る表面検査方法を用いて前記基板の検査を行うようになっている。
　本発明によれば、基板に対して行われた加工の条件（例えば、露光時のフォーカス状態）を実際のデバイスのパターンで計測可能となる。
表面検査装置の概要構成図である。 表面検査装置の光路上に偏光フィルタが挿入された状態を示す図である。 半導体ウェハの表面の外観図である。 繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。 直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。 露光装置の像面の傾きを求める方法を示すフローチャートである。 条件振りウェハで設定したフォーカスオフセット量を示す表である。 条件振りウェハの一例を示す図である。 フォーカスカーブの一例を示す図である。 （ａ）、（ｂ）はフォーカスカーブとベストフォーカスとの関係を示すグラフである。 ショット内におけるフォーカスオフセット量の分布を示す図である。 露光装置による露光時のフォーカス状態を求める方法を示すフローチャートである。 異なる条件で撮像取得した条件振りウェハの回折画像およびフォーカスカーブを示す図である。 異なる条件で撮像取得したウェハの回折画像からフォーカスオフセット量を求める様子を示す図である。 フォーカスカーブと信号強度測定値との関係を示すグラフである。 ウェハの表面に対するフォーカスの変動状態を示す図である。 露光システムの概要構成図である。 露光装置の制御ブロック図である。 半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。 リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置を図１に示しており、この装置により基板である半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）の表面を検査する。本実施形態の表面検査装置１は、図１に示すように、略円盤形のウェハ１０を支持するステージ５を備え、不図示の搬送装置によって搬送されてくるウェハ１０は、ステージ５の上に載置されるとともに真空吸着によって固定保持される。ステージ５は、ウェハ１０の回転対称軸（ステージ５の中心軸）を回転軸として、ウェハ１０を回転（ウェハ１０の表面内での回転）可能に支持する。この回転によるウェハの向きを、便宜的にウェハ方位角度と称することにする。また、ステージ５は、ウェハ１０を支持する支持面を通る軸（チルト軸）を中心に、ウェハ１０をチルト（傾動）させることが可能であり、照明光の入射角を調整できるようになっている。
　表面検査装置１はさらに、ステージ５に支持されたウェハ１０の表面全面に照明光を平行光として照射する照明系２０と、照明光の照射を受けたときのウェハ１０の全面からの反射光や回折光等を集光する受光系３０と、受光系３０により集光された光を受けてウェハ１０の表面の像を検出し撮像する撮像装置３５と、画像処理部４０と、検査部４２と、記憶部４５とを備えて構成される。照明系２０は、照明光を射出する照明ユニット２１と、照明ユニット２１から射出された照明光をウェハ１０の表面に向けて反射させる照明側凹面鏡２５とを有して構成される。照明ユニット２１は、メタルハライドランプや水銀ランプ等の光源部２２と、光源部２２からの光のうち所定の波長を有する光を抽出し強度を調節する調光部２３と、調光部２３からの光を照明光として照明側凹面鏡２５へ導く導光ファイバ２４とを有して構成される。なお、表面検査装置１は主制御部５０と主制御部５０に接続されたハードウェア制御部５５とを備えており、主制御部５０はハードウェア制御部５５を介して光源部２２と調光部２３を制御し、また、主制御部５０は撮像装置３５からデジタル画像データを受け、画像処理部４０に送る。画像処理部４０で処理されたデータは主制御部５０により検査部４２に送られ検査を行う。検査結果及びデジタル画像データは主制御部５０により記憶部４５に送られ記憶される。
　そして、光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する所定の強度の照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出された照明光は、導光ファイバ２４の射出部が照明側凹面鏡２５の焦点面に配置されているため、照明側凹面鏡２５により平行光束となってステージ５に保持されたウェハ１０の表面に照射される。なお、ウェハ１０に対する照明光の入射角と出射角との関係は、ステージ５を前述のチルト軸の周りにチルト（傾動）させてウェハ１０の載置角度を変化させることにより調整可能である。
　また、導光ファイバ２４と照明側凹面鏡２５との間には、照明側偏光フィルタ２６が光路上へ挿抜可能に設けられており、図１に示すように、照明側偏光フィルタ２６を光路上から抜去した状態で回折光を利用した検査（以下、便宜的に回折検査と称する）が行われ、図２に示すように、照明側偏光フィルタ２６を光路上に挿入した状態で偏光（構造性複屈折による偏光状態の変化）を利用した検査（以下、便宜的にＰＥＲ検査と称する）が行われるようになっている（照明側偏光フィルタ２６の詳細については後述する）。
　ウェハ１０の表面からの出射光（回折光もしくは反射光）は受光系３０により集光される。受光系３０は、ステージ５に対向して配設された受光側凹面鏡３１を主体に構成され、受光側凹面鏡３１により集光された出射光（回折光もしくは反射光）は、撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハ１０の像が結像される。
　また、受光側凹面鏡３１と撮像装置３５との間には、受光側偏光フィルタ３２が光路上へ挿抜可能に設けられており、図１に示すように、受光側偏光フィルタ３２を光路上から抜去した状態で回折検査が行われ、図２に示すように、受光側偏光フィルタ３２を光路上に挿入した状態でＰＥＲ検査が行われるようになっている（受光側偏光フィルタ３２の詳細については後述する）。
　撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の像を光電変換して画像信号（デジタル画像データ）を生成し、主制御部５０に送る。主制御部５０は、画像信号を画像処理部４０に出力する。画像処理部４０は、撮像装置３５から入力されたウェハ１０の画像信号に基づいて、ウェハ１０のデジタル画像を生成する。記憶部４５には、良品ウェハの画像データが予め記憶されており、検査部４２は、主制御部５０からウェハ１０の画像データと良品ウェハの画像データとを受け取り比較して、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。そして、検査部４２による検査結果およびそのときのウェハ１０の画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。また、検査部４２は、ウェハの画像を利用して露光装置１０１による露光時のフォーカス状態を求めることができるようになっている（詳細は後述する）。なお、下地層の影響を受けやすい場合は、照明系２０に照明側偏光フィルタ２６を照明光がｓ偏光となるように配置し、ｓ偏光で照明することにより、下地層の影響を低減することができる。なお、この場合も受光側偏光フィルタ３２は光路から抜去しておく。
　ところで、ウェハ１０は、露光装置１０１により最上層のレジスト膜に対して所定のマスクパターンが投影露光され、現像装置（図示せず）による現像後、不図示の搬送装置により、不図示のウェハカセットまたは現像装置からステージ５上に搬送される。なおこのとき、ウェハ１０は、ウェハ１０のパターンもしくは外縁部（ノッチやオリエンテーションフラット等）を基準としてアライメントが行われた状態で、ステージ５上に搬送される。なお、ウェハ１０の表面には、図３に示すように、複数のチップ領域１１が縦横に（図３におけるＸＹ方向に）配列され、各チップ領域１１の中には、半導体パターンとしてラインパターンまたはホールパターン等の繰り返しパターン１２が形成されている。露光の１ショットには、複数のチップ領域が含まれることが多いが、図３では分かりやすさのために１チップが１ショットとしている。なお、照明及び受光は全面一括で行われることにより処理速度が向上するが、１ショット若しくはそれよりも小さい範囲対象として照明及び受光を行うこともできる。また、露光装置１０１は、前述のステップ・アンド・スキャン方式の露光装置であり、ケーブル等を介して本実施形態の表面検査装置１の信号出力部６０と電気的に接続され、表面検査装置１からのデータ（信号）に基づいて露光制御の調整を可能に構成されている。
　以上のように構成される表面検査装置１を用いて、ウェハ１０表面の回折検査を行うには、まず、図１に示すように照明側偏光フィルタ２６および受光側偏光フィルタ３２を光路上から抜去し、不図示の搬送装置により、ウェハ１０をステージ５上に搬送する。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハ１０の表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハ１０をステージ５上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。
　次に、ウェハ１０の表面上における照明方向とパターンの繰り返し方向とが一致するように（ラインパターンの場合、照明方向がラインに対して直交するように）ステージ５を回転させるとともに、パターンのピッチをＰとし、ウェハ１０の表面に照射する照明光の波長をλとし、照明光の入射角をθ１とし、ｎ次回折光の出射角をθ２としたとき、ホイヘンスの原理より、次の数式１を満足するように設定を行う（ステージ５をチルトさせる）。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　次に、照明系２０により照明光をウェハ１０の表面に照射する。このような条件で照明光をウェハ１０の表面に照射する際、照明ユニット２１における光源部２２からの光は調光部２３を通過し、所定の波長（例えば、２４８ｎｍの波長）を有する所定の強度の照明光が導光ファイバ２４から照明側凹面鏡２５へ射出され、照明側凹面鏡２５で反射した照明光が平行光束となってウェハ１０の表面に照射される。ウェハ１０の表面で回折した回折光は、受光側凹面鏡３１により集光されて撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハ１０の像（回折像）が結像される。ウェハ方位角度、照明波長、照明角度、射出角度、回折次数などの組み合わせで決まる回折光の条件を回折条件と称する。
　そこで、撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４０に出力する。画像処理部４０は、撮像装置３５から入力されたウェハ１０の画像信号に基づいて、ウェハ１０のデジタル画像（以下、回折光に基づくウェハ１０のデジタル画像を便宜的に回折画像と称する）を生成する。また、画像処理部４０は、ウェハ１０の回折画像を生成すると主制御部５０を介して回折画像を検査部４２へ送り、検査部４２は、ウェハ１０の画像データと良品ウェハの画像データとを比較して、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。そして、画像処理部４０及び検査部４２による検査結果およびそのときのウェハ１０の回折画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
　次に、表面検査装置１によりウェハ１０表面のＰＥＲ検査を行う場合について説明する。なお、繰り返しパターン１２は、図４に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定のピッチＰで配列されたレジストパターン（ラインパターン）であるものとする。また、隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。また、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称することにする。
　ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅ＤAの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光フォーカスが適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅ＤAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅ＤBとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。
　ＰＥＲ検査は、上記のような繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の異常検査を行うものである。なお、説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１：１とする。体積比の変化は、露光フォーカスの適正値からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。
　ＰＥＲ検査では、図２に示すように、照明側偏光フィルタ２６および受光側偏光フィルタ３２が光路上に挿入される。また、ＰＥＲ検査を行うとき、ステージ５は、照明光が照射されたウェハ１０からの正反射光を受光系３０で受光できる傾斜角度にウェハ１０をチルトさせるとともに、所定の回転位置で停止し、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、図５に示すように、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して、約４５度だけ斜めになるように保持する。発明者らの知見によれば、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して、約４５度だけ斜めになるようにした場合、繰り返しパターン１２の検査の光量を最も高くすることができる。また、発明者らの知見によれば、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して約２２．５度又は約６７．５度に設定すれば検査の感度を高くすることができる。なお、角度はこれらに限らず、任意角度方向に設定可能である。
　照明側偏光フィルタ２６は、導光ファイバ２４と照明側凹面鏡２５との間に配設されるとともに、その透過軸が所定の方位に設定され、透過軸に応じて照明ユニット２１からの光から直線偏光を抽出する。このとき、導光ファイバ２４の射出部が照明側凹面鏡２５の焦点位置に配置されているため、照明側凹面鏡２５は、照明側偏光フィルタ２６を透過した光を平行光束にして、基板であるウェハ１０を照明する。このように、導光ファイバ２４から射出された光は、照明側偏光フィルタ２６および照明側凹面鏡２５を介しｐ偏光の直線偏光Ｌ（図５を参照）となり、照明光としてウェハ１０の表面全体に照射される。
　このとき、直線偏光Ｌの進行方向（ウェハ１０表面上の任意の点に到達する直線偏光Ｌの主光線の方向）は光軸に略平行であることから、ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌの入射角度は、平行光束のため互いに同じとなる。また、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌがｐ偏光であるため、図５に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向が直線偏光Ｌの入射面（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌの進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌの振動方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向とのなす角度も、４５度に設定される。言い換えると、直線偏光Ｌは、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌの振動方向が繰り返しパターン１２の繰り返し方向に対して４５度傾いた状態で、繰り返しパターン１２を斜めに横切るようにして繰り返しパターン１２に入射することになる。
　ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、受光系３０の受光側凹面鏡３１により集光されて撮像装置３５の撮像面上に達するが、このとき、繰り返しパターン１２での構造性複屈折により直線偏光Ｌの偏光状態が変化する。受光側偏光フィルタ３２は、受光側凹面鏡３１と撮像装置３５との間に配設され、受光側偏光フィルタ３２の透過軸の方位は、上述した照明側偏光フィルタ２６の透過軸に対して直交するように設定されている（クロスニコルの状態）。したがって、受光側偏光フィルタ３２により、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの正反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分（例えば、ｓ偏光の成分）を通過させて、撮像装置３５に導くことができる。その結果、撮像装置３５の撮像面には、ウェハ１０からの正反射光のうち直線偏光Ｌに対して振動方向が略直角な偏光成分によるウェハ１０の反射像が形成される。なお、受光側偏光フィルタ３２を光軸を中心に回動可能とし、楕円偏光化した正反射光の短軸方向と受光側偏光フィルタ３２の透過軸を合わせるように調整することで、感度を向上させることができる。この場合も調整角度は数度であり、直交の範疇である。
　表面検査装置１によりウェハ１０表面のＰＥＲ検査を行うには、まず、図２に示すように照明側偏光フィルタ２６および受光側偏光フィルタ３２を光路上に挿入し、不図示の搬送装置により、ウェハ１０をステージ５上に搬送する。なお、搬送の途中で不図示のアライメント機構によりウェハ１０の表面に形成されているパターンの位置情報を取得しており、ウェハ１０をステージ５上の所定の位置に所定の方向で載置することができる。またこのとき、ステージ５は、照明光が照射されたウェハ１０からの正反射光を受光系３０で受光できる傾斜角度にウェハ１０をチルトさせるとともに、所定の回転位置で停止し、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向を、ウェハ１０の表面における照明光（直線偏光Ｌ）の振動方向に対して、４５度だけ斜めになるように保持する。
　次に、照明系２０により照明光をウェハ１０の表面に照射する。このような条件で照明光をウェハ１０の表面に照射する際、照明ユニット２１の導光ファイバ２４から射出された光は、照明側偏光フィルタ２６および照明側凹面鏡２５を介しｐ偏光の直線偏光Ｌとなり、照明光としてウェハ１０の表面全体に照射される。ウェハ１０の表面で反射した正反射光は、受光側凹面鏡３１により集光されて撮像装置３５の撮像面上に達し、ウェハ１０の像（反射像）が結像される。
　このとき、繰り返しパターン１２での構造性複屈折により直線偏光Ｌの偏光状態が変化し、受光側偏光フィルタ３２は、ウェハ１０（繰り返しパターン１２）からの正反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分を通過させて（すなわち、直線偏光Ｌの偏光状態の変化を抽出して）、撮像装置３５に導くことができる。その結果、撮像装置３５の撮像面には、ウェハ１０からの正反射光のうち直線偏光Ｌと振動方向が略直角な偏光成分によるウェハ１０の反射像が形成される。
　そこで、撮像装置３５は、撮像面上に形成されたウェハ１０の表面の像（反射像）を光電変換して画像信号（デジタル画像データ）を生成し、画像信号を主制御部５０を介して画像処理部４０に出力する。画像処理部４０は、撮像装置３５から入力されたウェハ１０の画像信号に基づいて、ウェハ１０のデジタル画像（以下、偏光に基づくウェハ１０のデジタル画像を便宜的に偏光画像と称する）を生成する。また、画像処理部４０は、ウェハ１０の偏光画像を生成すると主制御部５０を介して偏光画像を検査部４２に送り、検査部４２は、ウェハ１０の画像データと良品ウェハの画像データとを比較して、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。なお、良品ウェハの反射画像の信号強度（輝度値）は、最も高い信号強度（輝度値）を示すものと考えられるため、例えば、良品ウェハと比較した信号強度変化（輝度変化）が予め定められた閾値（許容値）より大きければ「異常」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判断する。そして、画像処理部４０及び検査部４２による検査結果およびそのときのウェハ１０の偏光画像が図示しない画像表示装置で出力表示される。
　なお、信号強度とは、回折効率、強度比、エネルギー比等、撮像装置３５の撮像素子で検出される光に応じた信号強度である。また、上述した回折検査およびＰＥＲ検査に限らず、ウェハ１０表面からの正反射光に基づく検査（以下、便宜的に正反射検査と称する）を行うことも可能である。正反射検査を行う場合、画像処理部４０は、ウェハ１０表面からの正反射光に基づくデジタル画像（以下、便宜的に正反射画像と称する）を生成し、生成したウェハ１０の正反射画像に基づいて、ウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。
　また、検査部４２は、露光装置１０１のフォーカスオフセット量をショット毎に変化させた条件で露光して現像したウェハの画像を利用して、露光装置１０１の回折光によるフォーカスカーブ（フォーカスオフセット量と信号強度の関係を示すカーブ）を求めることができる。このフォーカスカーブを利用して、１つのショット内の微小領域毎に回折光の信号強度が極大となるフォーカスオフセット量を求めるようにすれば、露光装置１０１により投影露光されるマスクパターンの像面の傾きを求めることができる。なお、発明者らの知見によれば、回折光の場合、ラインアンドスペースのデューティー比をラインが１に対してスペースが１０以上とすれば、信号強度が極大となるフォーカスオフセット量がベストフォーカスとなる。
　そこで、露光装置１０１により投影露光されるマスクパターンの像面の傾きを求める方法について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、露光装置１０１のフォーカスオフセット量（既知）を変化させて繰り返しパターンを形成したウェハを作成する（ステップＳ１０１）。このとき、露光ショット毎にフォーカスオフセット量を変化させて、同じフォーカスオフセット量のショットを複数設定してそれらをばらばらに配置して、露光し現像する。以下、このようなウェハを条件振りウェハ１０ａ（図７および図８を参照）と称することにする。
　ここで、同じフォーカスオフセット量のショットをばらばらに配置するのは、例えば、ウェハの中央側と外周側の間に発生するレジスト条件の相違や、スキャン露光時のいわゆる左右差などの影響を相殺する目的で行う。なお、ウェハ上に形成されるレジスト膜（フォトレジスト）はスピンコートで塗布形成される場合が多く、レジスト原液がスピンにより広がるに連れ溶剤成分が揮発し粘度が上がり膜が厚くなる傾向があり、ウェハの中央側と外周側の間にレジスト条件の相違が発生する。また、いわゆる左右差とは、例えば、スキャン方向をＸ方向とした場合に、レチクルがＸ＋方向に移動（ウェハはＸ－方向に移動）しながら露光するときと、レチクルがＸ－方向に移動（ウェハはＸ＋方向に移動）しながら露光するときの差である。
　条件振りウェハ１０ａは、例えば図７に示すように、フォーカスオフセット量を２５ｎｍ刻みで－１７５ｎｍ～＋２００ｎｍの１６段階に振っている。なお、図７の各ショットには、２５ｎｍ刻みで振ったフォーカスオフセット量の段階を番号（１～１６）で示しており、段階が同じでスキャン方向が逆方向の場合には「´」を付している。例えば、番号１２で表したフォーカスオフセット量のショットのように、同じフォーカスオフセット量で行う露光を、レチクル移動Ｘ＋方向／中央側で１ショット・レチクル移動Ｘ＋方向／外周側で１ショット・レチクル移動Ｘ－方向／中央側で１ショット・レチクル移動Ｘ－方向／外周側で１ショットのように４箇所設定することができる。また例えば、番号１５で表したフォーカスオフセット量のショットのように、同じフォーカスオフセット量で行う露光を、条件振りウェハ１０ａの中心を対称軸として、レチクル移動Ｘ＋方向／外周側で２ショット・レチクル移動Ｘ－方向／外周側で２ショットのように４箇所設定することができる。図７の例では、このようにフォーカスオフセット量を１６段階、各フォーカスオフセット量で４ショットの合計６４ショットで、それらをばらばらに配置して条件振りウェハ１０ａを作っている。
　なお、条件振りウェハを複数枚作り、フォーカスカーブを求めてもよい。その場合、各条件振りウェハのフォーカスオフセット量毎のショット配置は、フォーカスオフセット以外の条件による影響を相殺するように設定することが好ましい。
　条件振りウェハ１０ａを作成すると、回折検査の場合と同様にして、条件振りウェハ１０ａをステージ５上に搬送する（ステップＳ１０２）。次に、回折検査の場合と同様に、照明系２０により照明光を条件振りウェハ１０ａの表面に照射し、撮像装置３５が条件振りウェハ１０ａの回折像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４０に出力する（ステップＳ１０３）。このとき、条件振りウェハ１０ａについて、露光したマスクパターンの情報または回折条件サーチを利用して回折条件を求め、回折光が得られるように回折検査の場合と同様の設定を行う。回折条件サーチとは、正反射以外の角度範囲でステージ５のチルト角度を段階的に変化させてそれぞれのチルト角度で画像を取得し、画像が明るくなる、すなわち回折光が得られるチルト角度を求める機能のことを指す。
　次に、画像処理部４０は、撮像装置３５から入力された条件振りウェハ１０ａの画像信号に基づいて、条件振りウェハ１０ａの回折画像を生成し、フォーカスオフセット量が同じショット毎に画素単位（それぞれのショットの対応する部分の画素同士）で信号強度の平均化を行う（ステップＳ１０４）。なお、回折検査で欠陥と判断された部分については、前述の平均化の対象から除外する。次に、画像処理部４０は、平均化によって得られた（すなわち、互いにフォーカスオフセット量の異なる）全てのショットについて、図８に示すようにショット内に設定した複数の設定領域（小さな長方形で囲んだ領域）Ａでの信号強度の平均値（以下、便宜的に平均輝度と称する）をそれぞれ求める（ステップＳ１０５）。ここまでの処理で、露光ショット内に複数設けられた設定領域Ａ毎に、フォーカスオフセットを２５ｎｍ刻みで－１７５ｎｍ～＋２００ｎｍの１６段階に振った時のそれぞれに対して平均輝度が得られる。
　次に、画像処理部４０は平均化されたデータを主制御部５０を介して検査部４２に送り、検査部４２は、図９に示すように、平均輝度を求めた各設定領域Ａごとに、（互いにフォーカスオフセット量の異なる）各ショットにおける同位置の設定領域Ａでの平均輝度と、これに対応するフォーカスオフセット量との関係を示すグラフ、すなわちフォーカスカーブを求める（ステップＳ１０６）。フォーカスカーブを求めると、検査部４２は、フォーカスカーブの近似曲線をそれぞれ求める（ステップＳ１０７）。なお、発明者の知見によれば、近似曲線の式には、４次式を用いるのが好ましい。また、ここで求めたフォーカスカーブを適宜基準フォーカスカーブと称する。但し、近似曲線の式として、必要に応じて他の任意の関数形（例えば３次式など）を採用してもよい。
　次に、検査部４２は、フォーカスカーブの近似曲線において平均輝度が極大（すなわち、フォーカスオフセット量が－１７５ｎｍ～＋２００ｎｍの範囲で最大）となるフォーカスオフセット量を求める（ステップＳ１０８）。例えば、図１０（ａ）に示すフォーカスカーブの場合、平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量は２．５ｎｍとなる。また例えば、図１０（ｂ）に示すフォーカスカーブの場合、平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量は－１４．５ｎｍとなる。このとき、平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量を各設定領域Ａごとに求める（ステップＳ１０９）。このようにすれば、図１１に示すように、ショット内における、回折光の平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量の分布を求めることができる。
　これにより、ショット内における、回折光の平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量の分布に基づいて、露光装置１０１により露光されるスリット（光）の長辺方向におけるフォーカスオフセット量の傾き（すなわち、像面の傾斜量）および、露光装置１０１のレチクルステージとウェハステージとのスキャン方向におけるフォーカスオフセット量の傾きがそれぞれ（近似的に）求まる。なお、回折光の平均輝度が極大となるフォーカスオフセット量がベストフォーカスでなくても、ショット内のパターンはそれぞれ近似しているためフォーカスオフセット量と回折光の平均輝度との関係は同様であり、像面の傾きは各結像点の相対位置関係であるので、平均輝度の極大値を求めることで像面の傾きが求まる。このようにして求めた像面の傾きは、例えば、像面湾曲率や最大最小値・対角方向の傾斜など露光装置１０１が受け入れ可能なパラメータに変換された後に、主制御部５０から信号出力部６０を介して露光装置１０１に出力されて、露光装置１０１による露光に反映される。なお、本実施形態における像面の傾きとは、露光装置１０１における投影レンズによる投影像の像面傾斜とレチクルステージおよびウェハステージの走り誤差とによるウェハ上のフォトレジスト層に対する総合的な像面の傾きである。このように、検査部４２は判定機能も有している。
　さらに、検査部４２は、検査対象となるウェハ１０の回折画像から、露光装置１０１による露光時のフォーカス状態、より具体的には、ウェハ１０の表面全体に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求めることができるようになっている。そこで、露光装置１０１による露光時のフォーカス状態を求める方法について、図１２に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、露光装置１０１のフォーカスオフセット量およびドーズ量（露光量）をマトリックス状に変化させて繰り返しパターンを形成した条件振りウェハ１０ｂ（図１３を参照）を作成する（ステップＳ２０１）。このとき例えば、条件振りウェハ１０ｂの中心の露光ショットをベストフォーカスおよびベストドーズとし、横方向に並ぶ露光ショットごとにフォーカスオフセット量を変化させるとともに、縦方向に並ぶ露光ショットごとにドーズ量を変化させて露光し現像する。
　条件振りウェハ１０ｂを作成すると、条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得する（ステップＳ２０２）。条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得するには、回折検査の場合と同様に、まず、条件振りウェハ１０ｂをステージ５上に搬送する。次に、照明系２０により照明光を条件振りウェハ１０ｂの表面に照射し、撮像装置３５が条件振りウェハ１０ｂの回折像を光電変換して画像信号を生成し、画像信号を画像処理部４０に出力する。そして、画像処理部４０は、撮像装置３５から入力された条件振りウェハ１０ｂの画像信号に基づいて、条件振りウェハ１０ｂの回折画像を生成する。このとき、ウェハの方位角度、照明波長、入射角および出射角などの組み合わせで決まる複数の条件について、すなわち、複数の回折条件についてそれぞれ、条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得する。
　なお、条件振りウェハ１０ｂの繰り返しパターンに、下地層がある場合や下地ムラがある場合、短波長（例えば、２４８ｎｍや３１３ｎｍ等）の照明光を使用すると、下地の影響を受け難くすることができる。また、照明光としてｓ偏光が得られるように、透過軸を所定の方位に設定した照明側偏光フィルタ２６を光路上に挿入しても、下地の影響を受け難くすることができる。また、ｓ偏光による回折光のみを受光できるように、透過軸を所定の方位に設定した受光側偏光フィルタ３２を光路上に挿入しても、下地の影響を受け難くすることができる。
　条件振りウェハ１０ｂの回折画像を撮像取得すると、画像処理部４０は、複数の回折条件でそれぞれ撮像取得した回折画像ごとに、各ショットの信号強度をそれぞれ求める（ステップＳ２０３）。なおこのとき、同一ショット内での信号強度の平均を各ショットの信号強度とする。これにより、像面の傾きの影響を除去することができる。
　次に、画像処理部４０は平均化された回折画像を主制御部５０を介して検査部４２へ送り、検査部４２は、複数の回折条件でそれぞれ撮像取得した回折画像について、異なるドーズ量ごとに、（互いにドーズ量が同じでフォーカスオフセット量の異なる）各ショットの信号強度と、これに対応するフォーカスオフセット量との関係を示すグラフ、すなわちフォーカスカーブ（像面の傾きを計測する際に求めた基準フォーカスカーブと区別するため、以降適宜サンプルフォーカスカーブと称する）を求める（ステップＳ２０４）。これにより、異なるドーズ量ごとに、複数の回折条件にそれぞれ対応した複数のサンプルフォーカスカーブを求めることができる。またこのとき、基準フォーカスカーブの場合と同様に、サンプルフォーカスカーブの近似曲線をそれぞれ求める。なお、発明者の知見によれば、この場合にも、近似曲線の式には、４次式を用いるのが好ましい。但し、近似曲線の式として、必要に応じて他の任意の関数形（例えば３次式など）を採用してもよい。
　次に、検査部４２は、複数のサンプルフォーカスカーブの中から、露光時のフォーカス状態を求めるのに使用する少なくとも２種類のサンプルフォーカスカーブを選択する（ステップＳ２０５）。このとき例えば、ドーズ量変化や下地変化の影響の少ない回折条件に対応した３種類のサンプルフォーカスカーブ（他のサンプルフォーカスカーブと区別するため、以降適宜、基準サンプルフォーカスカーブと称する）を選択決定する。３種類の基準サンプルフォーカスカーブを選択決定するには、まず、複数のサンプルフォーカスカーブの中から、フォーカスの変化に感度がある複数のサンプルフォーカスカーブを抽出する。次に、フォーカスの変化に感度があるサンプルフォーカスカーブの中から、ドーズ量の変化に対する感度が少ない複数のサンプルフォーカスカーブを抽出する。そして、フォーカスの変化に感度があってドーズ量の変化に対する感度が少ないサンプルフォーカスカーブの中から、カーブのピークもしくはボトムの位置（フォーカスオフセット量）が互いに異なる３種類のサンプルフォーカスカーブを基準サンプルフォーカスカーブとして選択決定する。なお、サンプルフォーカスカーブは、３種類の回折条件のそれぞれに対してドーズの異なる複数のサンプルフォーカスカーブがあるが、以降の計算では、フォーカス状態を計測しようとするウェハを露光したのと同じドーズ量、もしくはそれに最も近いドーズ量のものを使用する。
　これにより、ドーズ量変化や下地変化の影響の少ない回折条件および、当該回折条件に対応した３種類の基準サンプルフォーカスカーブを求めることができる。このようにして求めた基準サンプルフォーカスカーブの一例を図１３に示す。図１３は、３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３とともに、第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１が得られる回折画像Ｇ１、第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２が得られる回折画像Ｇ２、および第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３が得られる回折画像Ｇ３をそれぞれ示している。なお、図１３に示す各回折画像Ｇ１～Ｇ３は、回折条件を変化させて撮像取得した条件振りウェハ１０ｂの回折画像である。また、パターンピッチや照明波長等は同じで、回折光の次数のみを変化させて各回折画像を撮像取得するようにしてもよい。
　３種類の基準サンプルフォーカスカーブを選択決定すると、画像処理部４０は、決定した基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式に関するデータを基準データとして記憶部４５に出力し記憶させる（ステップＳ２０６）。なお、画像処理部４０は、基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式に限らず、近似曲線の式から求めたフォーカスオフセット量と信号強度の関係を示すデータマップを、基準データとして記憶部４５に出力し記憶させるようにしてもよい。
　なお、露光装置１０１が複数ある場合、同種の露光装置１０１であっても装置ごと、及び複数の照明条件を切り替え可能な場合にＮＡ（開口数）が異なることがあるため、複数の露光装置ごと及び照明条件ごとに基準データを求め、記憶部４５に記憶させておくことが好ましい。
　３種類の基準サンプルフォーカスカーブに関する基準データを記憶部４５に記憶させると、検査対象となるウェハ１０の回折画像を撮像取得する（ステップＳ２０７）。このとき、基準サンプルフォーカスカーブが得られる回折画像と同じ３種類の回折条件についてそれぞれ、ウェハ１０の回折画像を撮像取得する。
　検査対象となるウェハ１０の回折画像を撮像取得すると、画像処理部４０は、回折画像の画素毎の信号強度から、各画素に対応する領域がショット内の計測領域か否か判定し（ステップＳ２０８）、ストリート等に該当する画素を計測対象から除外する。
　各画素に対応する領域がショット内の計測領域か否か判定すると、画像処理部４０は回折画像を主制御部５０を介して検査部４２へ送り、検査部４２は、検査対象となるウェハ１０の回折画像から、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求める（ステップＳ２０９）。このとき、記憶部４５に記憶された基準データ（すなわち、基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式もしくはデータマップ）を利用して、ウェハ１０の回折画像の信号強度から、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスオフセット量を、所定の画素ごとに（単数もしくは複数の画素単位で）求める。なお、複数の画素単位でフォーカスオフセット量を求める場合も、ショット性デフォーカスと異物によるデフォーカスとを区別する必要がある。そのために、フォーカスオフセット量を求める領域は、１ショットよりも小さい（例えば１／１０の）領域とすることが望ましい。
　フォーカスオフセット量を求める際、記憶部４５には、３種類の回折条件にそれぞれ対応した基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式（もしくはデータマップ）が記憶されているため、同じ条件でそれぞれ撮像取得されたウェハ１０の回折画像の信号強度から、所定の画素ごとに、それぞれフォーカスオフセット量を求めることができる。なお、フォーカスカーブは曲線であるため、１つの回折画像の信号強度から、複数のフォーカスオフセット量の候補が算出されることがある（条件によっては１つの候補のみが算出される場合もある）。これに対し、カーブのピークもしくはボトムの位置（フォーカスオフセット量）が互いに異なる３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３を用いることで、図１４に示すように、算出されるフォーカスオフセット量が１つに決まる。例えば、各回折条件での信号強度とこの条件に対応する近似曲線との差分二乗和が最小になるフォーカスオフセット量を求める。なお、３種類の回折条件のそれぞれに対して異なるドーズ量ごとに３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３をそれぞれ用意して、差分二乗和が最小になるドーズ量でのフォーカスオフセット量を採用するようにしてもよい。また、カーブの傾きが相対的に大きい（すなわち、フォーカスの変化に対する感度が相対的に高い）条件での信号強度に対して重み付けを行うようにしてもよい。また、差分二乗和の最小値が所定の値を超える画素については、異常値としてその結果を採用しないようにしてもよい。
　これにより、ウェハ１０の全面について画素ごとにフォーカスオフセット量を算出することができ、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を判定することが可能になる。なお、図１４は、３種類の基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３とともに、第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１が得られる回折条件で撮像したウェハ１０の回折画像Ｈ１、第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２が得られる回折条件で撮像したウェハ１０の回折画像Ｈ２、および第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３が得られる回折条件で撮像したウェハ１０の回折画像Ｈ３をそれぞれ示している。
　また、差分二乗和が最小になるフォーカスオフセット量における各信号強度（第１信号強度Ｋ１、第２信号強度Ｋ２、および第３信号強度Ｋ３）の測定値と基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３との関係を図１５に示す。図１５より、撮像装置３５によって検出される繰り返しパターン１２から第１の回折条件による回折光に応じた第１検出信号（第１信号強度Ｋ１）とこの回折条件に対応する第１基準データ（第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１）との一致度、繰り返しパターン１２から第２の回折条件による回折光に応じた第２検出信号（第２信号強度Ｋ２）とこの回折条件に対応する第２基準データ（第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２）との一致度、および、繰り返しパターン１２から第３の回折条件による回折光に応じた第３検出信号（第３信号強度Ｋ３）とこの回折条件に対応する第３基準データ（第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３）との一致度がそれぞれ高いことがわかる。
　ウェハ１０の全面について画素ごとにフォーカスオフセット量を求めると、検査部４２は、求めたフォーカスオフセット量が異常でないか検査する（ステップＳ２１０）。このとき、検査部４２は、例えば、求めたフォーカスオフセット量が所定の閾値の範囲内であるならば、正常と判定し、求めたフォーカスオフセット量が所定の閾値の範囲外であるならば、異常と判定する。なお、記憶部は、表面検査装置１の外部（例えば、半導体製造ラインの管理室等）に用意し、回線を通じて基準サンプルフォーカスカーブの近似曲線の式（もしくはデータマップ）を読み出すよう構成することもできる。
　フォーカスオフセット量の異常の有無を検査すると、画像処理部４０は、画素ごとに求めたフォーカスオフセット量をそれぞれ当該画素での信号強度に変換したウェハ１０の画像を生成し、フォーカスオフセット量の検査結果等とともに図示しない画像表示装置に表示させる（ステップＳ２１１）。なお、画像表示装置は、本実施形態の表面検査装置１に限らず、検査装置の外部（例えば、半導体製造ラインの管理室等）に設けられて接続されたものを使用してもよい。ここで、フォーカスオフセット量を信号強度に変換したウェハ１０の画像の一例を図１６に示す。なお、図１６に示す画像は、白黒画像に限らず、カラー画像で表示するようにしてもよい。
　このように、本実施形態の表面検査装置１によれば、検査部４２は、撮像装置３５によって検出される第１検出信号（第１信号強度Ｋ１）と第１基準データ（第１基準サンプルフォーカスカーブＤ１）との一致度と、第２検出信号（第２信号強度Ｋ２）と第２基準データ（第２基準サンプルフォーカスカーブＤ２）との一致度と、第３検出信号（第３信号強度Ｋ３）と第３基準データ（第３基準サンプルフォーカスカーブＤ３）との一致度とに基づいて、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のフォーカス状態（加工条件）を判定する。これにより、実際の露光に用いるマスクパターンで露光したウェハ１０の画像に基づいて露光時のフォーカス状態を求めることができる。そのため、専用のマスク基板を用いる場合のように、計測に必要なパラメータの条件出し作業に時間を要さないため、露光時のフォーカス状態を短時間で計測することが可能になる。また、専用のマスクパターンではなく、実際のデバイスに用いるパターンを使用することができ、また、露光装置１０１の照明条件も制約されないため、露光時のフォーカス状態を精度よく計測することが可能になる。
　またこのとき、カーブのピークもしくはボトムの位置（フォーカスオフセット量）が互いに異なる（すなわち、フォーカスの変化に対する検出信号の変化の仕方が異なる）３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３）を用いることで、前述したように、算出されるフォーカスオフセット量が１つに決まる。そのため、露光時のフォーカス状態をより精度よく計測することができる。
　また、フォーカスの変化に感度があってドーズ量（露光量）の変化に対する感度が少ない３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３）を使用しており、フォーカスの変化に対する感度（検出信号の変化）は、ドーズ量の変化に対する感度（検出信号の変化）よりも大きくなっている。そのため、ドーズ量の変化による影響を除くことができ、露光時のフォーカス状態をより精度よく計測することができる。
　また、ステージ５は、ウェハ１０を支持する支持面を通るチルト軸を中心にチルト可能、すなわち、ウェハ１０の支持された面と略平行で照明光の進む方向に略直交する軸を中心に回動可能に構成されている。これにより、短時間で回折条件（照明光の入射角等）を変更することができるため、異なる回折条件の複数の回折画像を短時間で撮像取得することが可能となり、露光時のフォーカス状態をより短時間で計測することができる。
　なお、上述の実施形態において、３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３）を使用して、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のフォーカス状態（加工条件）を判定しているが、これに限られるものではなく、例えば、２種類の基準データや５種類の基準データであってもよい。フォーカスの変化に対する検出信号の変化の仕方が異なる少なくとも２種類の基準データを使用して、露光時のフォーカス状態を判定することができる。
　また、上述の実施形態において、ウェハ１０上のレジスト膜に露光形成された繰り返しパターン１２の検査を行っているが、これに限られるものではなく、エッチング後のパターンの検査を行うようにしてもよい。これにより、露光時のフォーカス状態だけでなく、エッチング時の不具合（異常）を検出することができる。
　また、上述の実施形態において、条件振りウェハ１０ｂの回折画像に加え、条件振りウェハ１０ｂの偏光画像（ＰＥＲ画像）を利用して、前述の場合と同様の方法により、異なるドーズ量ごとに、ウェハ方位角度、照明波長などで決まる偏光による複数のサンプルフォーカスカーブを求め、これらの中から、偏光による複数の基準サンプルフォーカスカーブを選択決定するようにしてもよい。これにより、偏光による基準サンプルフォーカスカーブ（基準データ）を用いて、撮像装置３５により撮像取得した偏光画像の信号強度から、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求めるようにすれば、回折画像だけの場合と比べて検出条件が増えるため、露光時のフォーカス状態をより精度よく計測することができる。また、偏光を用いた測定では、フォーカスカーブで信号強度が極大となるフォーカスオフセット量がベストフォーカスと考えられるため、ベストフォーカスとなるフォーカスオフセット量を容易に知ることができる。例えば、第１検出信号が回折画像、第２検出信号が偏光画像、というように、回折画像と偏光画像を合わせて使用してもよい。
　また、上述の実施形態において、フォーカスの変化に感度があってドーズ量の変化に対する感度が少ない３種類の基準データ（基準サンプルフォーカスカーブＤ１～Ｄ３）を使用して、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のフォーカス状態を判定しているが、複数のサンプルフォーカスカーブの中から、ドーズ量の変化に感度があってフォーカスの変化に対する感度が少ない複数のサンプルフォーカスカーブを抽出することで、これらのサンプルフォーカスカーブのフォーカスをドーズで置き換えて同様にして得られるサンプルドーズカーブを利用して、ウェハ１０上の繰り返しパターン１２に対する露光時のドーズ量を判定することもできる。
　また、上述の実施形態において、検査部４２で求められたウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態（フォーカスオフセット量）を、主制御部５０から信号出力部６０を介して露光装置１０１に出力し、露光装置１０１の設定にフィードバックすることができる。そこで、前述の表面検査装置１を備えた露光システムについて、図１７および図１８を参照しながら説明する。この露光システム１００は、レジストが塗布されたウェハ１０の表面に所定のマスクパターン（繰り返しパターン）を投影露光する露光装置１０１と、露光装置１０１による露光工程および現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の検査を行う表面検査装置１とを備えて構成される。
　露光装置１０１は、図１７に示すように、照明系１１０と、レチクルステージ１２０と、投影ユニット１３０と、局所液浸装置１４０と、ステージ装置１５０と、主制御装置２００（図１８を参照）とを備えて構成される。なお、以下においては、図１７に示した矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向として説明する。
　照明系１１０は、詳細な図示を省略するが、光源と、オプティカルインテグレータ等を備えた照度均一化光学系と、レチクルブラインド等を備えた照明光学系とを有し、レチクルブラインドで規定されたレチクルＲ上のスリット状の照明領域を照明光（露光光）により略均一な照度で照明するように構成されている。照明光としては、例えば、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）が用いられる。
　レチクルステージ１２０上には、所定のパターン（例えば、ラインパターン）がそのパターン面（図１７における下面）に形成されたレチクル（フォトマスク）Ｒが、例えば真空吸着により固定保持されている。レチクルステージ１２０は、例えばリニアモータ等を備えるレチクルステージ駆動装置１２１（図１８を参照）によってＸＹ平面内で移動可能であるとともに、走査方向（ここではＹ軸方向とする）に所定の走査速度で移動可能に構成されている。
　レチクルステージ１２０のＸＹ平面内の位置情報（Ｚ軸回りの回転方向の回転情報を含む）は、レチクルステージ１２０に設けられたＹ軸に直交する反射面を有する第１反射鏡１２３およびＸ軸に直交する反射面を有する第２反射鏡（図示せず）を介して、レチクル干渉計１２５によって検出される。レチクル干渉計１２５により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてレチクルステージ駆動装置１２１を介してレチクルステージ１２０の位置（および移動速度）を制御する。
　投影ユニット１３０は、レチクルステージ１２０の下方に配置され、鏡筒１３１と、鏡筒１３１内に保持された投影光学系１３５とを有して構成される。投影光学系１３５は、照明光の光軸ＡＸに沿って配列された複数の光学素子（レンズエレメント）を有し、両側テレセントリックで、所定の投影倍率（例えば１／４倍、１／５倍または１／８倍など）を有するように構成されている。このため、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハ１０上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハ１０を保持するステージ装置１５０との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハ１０を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ１０上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターン（マスクパターン）が転写される。
　露光装置１０１には、液浸方式の露光を行うために局所液浸装置１４０が設けられている。局所液浸装置１４０は、図１７および図１８に示すように、液体供給装置１４１と、液体回収装置１４２と、液体供給管１４３Ａと、液体回収管１４３Ｂと、ノズルユニット１４５とを有して構成される。ノズルユニット１４５は、投影光学系１３５を構成する最も像面側（ウェハ側）の光学素子、ここでは先端レンズ１３６を保持する鏡筒１３１の下端部周囲を取り囲むように、投影ユニット１３０を保持する不図示のフレーム部材（露光装置１０１を構成するフレーム部材）に支持されている。また、ノズルユニット１４５は、図１７に示すように、その下端面が先端レンズ１３６の下端面と略同一面になるように設定されている。
　液体供給装置１４１は、詳細な図示を省略するが、液体を貯蔵するタンクと、加圧ポンプと、温度制御装置と、液体の流量を制御するためのバルブとを有して構成され、液体供給管１４３Ａを介してノズルユニット１４５に接続されている。液体回収装置１４２は、詳細な図示を省略するが、回収した液体を貯蔵するタンクと、吸引ポンプと、液体の流量を制御するためのバルブとを有して構成され、液体回収管１４３Ｂを介してノズルユニット１４５に接続されている。
　主制御装置２００は、図１８に示すように、液体供給装置１４１の作動を制御して液体供給管１４３Ａを介して先端レンズ１３６とウェハ１０との間に液体（例えば、純水）を供給するとともに、液体回収装置１４２の作動を制御して液体回収管１４３Ｂを介して先端レンズ１３６とウェハ１０との間から液体を回収する。このとき、主制御装置２００は、供給される液体の量と回収される液体の量とが常に等しくなるように、液体供給装置１４１および液体回収装置１４２の作動を制御する。したがって、先端レンズ１３６とウェハ１０との間には、一定量の液体が常に入れ替わって保持され、これにより液浸領域（液浸空間）が形成される。このように、露光装置１０１では、照明光を、液浸領域を形成する液体を介してウェハ１０に照射することによって、ウェハ１０に対する露光が行われる。
　ステージ装置１５０は、投影ユニット１３０の下方に配置されたウェハステージ１５１と、ウェハステージ１５１を駆動するステージ駆動装置１５５（図１８を参照）とを有して構成される。ウェハステージ１５１は、不図示のエアスライダにより数μｍ程度のクリアランスを有してベース部材１０５の上方に浮上支持され、ウェハステージ１５１の上面においてウェハ１０を真空吸着によって保持するように構成されている。そして、ウェハステージ１５１は、ステージ駆動装置１５５を構成するモータにより、ベース部材１０５の上面に沿ってＸＹ平面内で移動可能になっている。
　ウェハステージ１５１のＸＹ平面内の位置情報はエンコーダ装置１５６（図１８を参照）によって検出される。エンコーダ装置１５６により検出された当該位置情報は主制御装置２００に送られ、主制御装置２００は、その位置情報に基づいてステージ駆動装置１５５を介してウェハステージ１５１の位置（および移動速度）を制御する。
　以上のように構成される露光装置１０１において、照明系１１０から射出された照明光によってレチクルＲ上の照明領域が照明されると、投影光学系１３５の物体面とパターン面が略一致して配置されるレチクルＲを透過した照明光により、投影光学系１３５を介してその照明領域内のレチクルＲのパターンの縮小像が、ウェハステージ１５１上に支持されて投影光学系１３５の像面側に配置されたウェハ１０上の露光領域（レチクルＲ上の照明領域に共役な領域）に形成される。そして、レチクルステージ１２０とウェハ１０を支持するウェハステージ１５１との同期駆動によって、照明領域に対してレチクルＲを走査方向（Ｙ軸方向）に移動させるとともに、露光領域に対してウェハ１０を走査方向（Ｙ軸方向）に移動させることで、ウェハ１０上の１つのショット領域の走査露光が行われ、そのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。
　このようにして露光装置１０１による露光工程が実施されると、現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、前述の実施形態に係る表面検査装置１により、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面検査を行う。またこのとき、表面検査装置１の検査部４２は、前述のようにして、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカスの変動状態を求め、主制御部５０から信号出力部６０および接続ケーブル（図示せず）等を介して、求めたフォーカスの変動状態（フォーカスオフセット量）に関する情報を露光装置１０１に出力する。そして、露光装置１０１の主制御装置２００に設けられた補正処理部２１０は、表面検査装置１から入力された露光装置１０１のフォーカスの変動状態に基づいて、ウェハ１０の表面に対する露光装置１０１のフォーカス状態が一定となるように、露光装置１０１のフォーカスに関する各種設定パラメータ及び光学素子の配置状態を補正する。
　これにより、本実施形態の露光システム１００によれば、前述の実施形態に係る表面検査装置１から入力された露光時のフォーカス状態に応じて、露光装置１０１のフォーカスの設定を補正するため、露光時のフォーカス状態を短時間で精度よく計測することができので、より精度の高いフォーカス状態に基づいた補正が可能となり、露光装置１０１のフォーカスの設定をより適切に行うことができる。
　続いて、このような露光システム１００を用いた半導体デバイス製造方法について、図１９を参照しながら説明する。半導体デバイス（図示せず）は、デバイスの機能・性能設計を行う設計工程（ステップＳ３０１）、この設計工程に基づいたレチクルを製作するレチクル製作工程（ステップＳ３０２）、シリコン材料からウェハを製作するウェハ製作工程（ステップＳ３０３）、露光等によりレチクルのパターンをウェハに転写する（露光工程、現像工程等を含む）リソグラフィー工程（ステップＳ３０４）、デバイスの組み立てを行う（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等を含む）組立工程（ステップＳ３０５）、デバイスの検査を行う検査工程（ステップＳ３０６）等を経て製造される。
　ここで、リソグラフィー工程の詳細について、図２０を参照しながら説明する。まず、ウェハを用意（ステップＳ４０１）し、不図示のスピンコータ等の塗布装置を用いて、ウェハ表面にレジストを所定の厚さとなるように塗布する（ステップＳ４０２）。このとき、塗布の終了したウェハに対し、塗布装置内の乾燥装置でレジストの溶剤成分を蒸発させ、成膜を行う。レジストが成膜されたウェハを不図示の搬送装置により露光装置１０１に搬送する（ステップＳ４０３）。露光装置１０１に搬入されたウェハは、露光装置１０１に備わっているアライメント装置によりアライメントされる（ステップＳ４０４）。アライメントの終了したウェハに、レチクルのパターンを縮小露光する（ステップＳ４０５）。露光の終了したウェハを露光装置１０１から不図示の現像装置に移送し、現像を行う（ステップＳ４０６）。現像の終了したウェハを表面検査装置１でセットし、前述のように露光装置１０１のフォーカス状態を求めるとともに、回折検査・偏光検査を行いウェハ上に作製されたパターンの検査を行う（Ｓ４０７）。検査で予め決められた基準以上に不良（異常）が発生しているウェハはリワーク（再生処理）に回され、不良（異常）が基準未満のウェハは、エッチング処理等の後処理をされる。なお、ステップＳ４０７で求められた露光装置１０１のフォーカス状態は、露光装置１０１にフォーカスの設定の補正のためにフィードバックされる（ステップＳ４０８）。
　本実施形態の半導体デバイス製造方法では、リソグラフィー工程において、前述の実施形態に係る露光システム１００を用いてパターンの露光を行う。すなわち、前述したように、露光装置１０１による露光工程が実施されると、現像装置（図示せず）による現像工程等を経て、表面検査装置１により、表面に繰り返しパターン１２が形成されたウェハ１０の表面検査を行う。このとき、表面検査装置１によって露光時のフォーカス状態が判定され、露光装置１０１では、表面検査装置１から入力された露光時のフォーカス状態に応じて、露光装置１０１のフォーカスの設定が補正される。このように、本実施形態の半導体デバイス製造方法によれば、露光時のフォーカス状態を短時間で精度よく計測することができるので、露光装置１０１のフォーカスの設定をより適切に行うことが可能となり、高集積度の半導体デバイスを生産性良く製造することができる。
　なお、上記実施形態において、露光装置として局所液浸装置１４０を備えた液浸方式の露光装置１０１を例に挙げて説明したが、本教示はこれには限られず、本教示に係る露光システム及び半導体デバイスの製造方法は、液浸方式の露光装置でない露光装置にも適用することができる。
　本発明は、半導体デバイスの製造において、現像後の検査工程で用いられる検査装置に適用することができる。これにより、検査装置の検査精度の向上させることができ、半導体デバイスの製造効率を向上させることができる。
　　１　表面検査装置　　　　　　　　　　　　５　ステージ
　１０　ウェハ（１０ａ，１０ｂ　条件振りウェハ）
　２０　照明系
　３０　受光系（検出部）　　　　　　　　　３５　撮像装置（検出部）
　４０　画像処理部　　　　　　　　　　　　４２　検査部（判定部）
　４５　記憶部　　　　　　　　　　　　　　５０　主制御部
１００　露光システム　　　　　　　　　　１０１　露光装置

Claims (21)

  1. 　所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明する照明部と、
    　前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出する検出部と、
    　複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記検出部により検出される第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記検出部により検出される第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備する準備部と、
    　加工条件を求めるべき基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定する判定部とを有することを特徴とする表面検査装置。
  2. 　前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定部で求められる前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、
    　前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反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. 　前記判定部で判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
  4. 　前記準備部は、前記第１基準データと前記第２基準データを記憶する記憶部であ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. 　前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づく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. 　前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることを特徴とする請求項５に記載の表面検査装置。
  7. 　前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づく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。
  8. 　前記検出部は前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、
    　前記準備部には、前記複数のパターンを有する基板に対して、前記検出部により検出される第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データがさらに記憶されており、
    　前記判定部は、前記被検基板に対して前記検出部によって検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記被検基板に対して前記検出部によって検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記被検基板に対して前記検出部によって検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記被検基板上のパターンの加工条件を判定することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  9. 　前記基板を支持するステージをさらに有し、該ステージが前記基板の前記支持された面と略平行で前記照明光の進む方向に略直交する軸を中心に回動可能であ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. 　前記検出部は、前記基板を照明する照明光の光路に挿抜自在に設けられ、前記照明光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された照明側偏光フィルタ、又は、第１又は第２の光路に挿抜自在に設けられ、前記第１、第２の光のうちｓ偏光成分を透過させるように構成された受光側偏光フィルタを備える請求項１から８のいずれか一項に記載の表面検査装置。
  11. 　基板の表面に所定のパターンを露光する露光装置と、前記露光装置により露光されて表面に前記パターンが設けられた基板の表面検査を行う表面検査装置とを備え、
    　前記表面検査装置は、請求項１から１０のいずれか一項に記載の表面検査装置であって、前記判定部で求められた前記加工条件として前記露光時のフォーカス状態を前記露光装置へ出力し、
    　前記露光装置は、前記表面検査装置から入力された前記露光時のフォーカス状態に応じて、前記露光装置のフォーカスの設定を補正することを特徴とする露光システム。
  12. 　前記露光装置は、前記基板に対して液体を介して前記所定のパターンを露光する液浸型の露光装置である請求項１１に記載の露光システム。
  13. 　所定の加工条件で加工されたパターンを有する基板の表面の所定領域を照明光で照明し、前記所定領域内にあるパターンから第１方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１方向と異なる第２方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、
    　複数の既知の加工条件で加工された複数のパターンを有する少なくとも１つの基板に対して、前記第１検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第１基準データと、前記第２検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第２基準データとを準備し、
    　加工条件を求めるべき基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度とに基づいて前記基板上のパターンの加工条件を判定することを特徴とする表面検査方法。
  14. 　前記パターンは前記所定領域毎の露光により設けられるパターンであり、前記判定される前記加工条件は、前記露光時のフォーカス状態と露光量の少なくとも一方であり、
    　前記加工条件の変化に対する前記第１検出信号の変化と、前記加工条件の変化に対する前記第２検出信号の変化とが相反することを特徴とする請求項１３に記載の表面検査方法。
  15. 　前記判定される前記加工条件は前記フォーカス状態であり、前記フォーカス状態の変化に対する前記第１検出信号及び第２検出信号の変化は、前記露光量の変化に対する変化よりも大きいことを特徴とする請求項１４に記載の表面検査方法。
  16. 　前記第１基準データと前記第２基準データとを記憶し、該記憶された前記第１基準データと前記第２基準データとを呼び出すことにより前記準備を行うことを特徴とする請求項１３から１５のいずれか一項に記載の表面検査方法。
  17. 　前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、回折光に基づくことを特徴とする請求項１３から１６の何れか一項に記載の表面検査方法。
  18. 　前記第１方向と前記第２方向は、前記所定領域内にあるパターンで発生する異なる次数の回折光の進む方向であることを特徴とする請求項１７に記載の表面方法。
  19. 　前記第１検出信号と前記第２検出信号の少なくとも一方は、所定の偏光成分に基づくことを特徴とする請求項１３から１６のいずれか一項に記載の表面検査方法。
  20. 　前記第１方向とも前記第２方向とも異なる第３方向に進む第３の光に応じた第３検出信号を検出可能であり、
    　前記複数のパターンを有する基板に対して、前記第３検出信号と前記既知の複数の加工条件の関係を示す第３基準データをさらに記憶し、
    　前記被検基板から検出される第１検出信号と前記第１基準データとの一致度と、前記被検基板から検出される第２検出信号と前記第２基準データとの一致度と、前記被検基板から検出される第３検出信号と前記第３基準データとの一致度とに基づいて前記被検基板上のパターンの加工条件を判定することを特徴とする請求項１３から１９のいずれか一項に記載の表面検査方法。
  21. 　基板の表面に所定のパターンを露光するリソグラフィー工程を有した半導体デバイス製造方法であって、
    　前記露光の後に請求項１３から２０のいずれか一項に記載の表面検査方法を用いて前記基板の検査を行うことを特徴とする半導体デバイス製造方法。
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