特許 5924267 検査方法、検査装置、露光管理方法、露光システムおよび半導体デバイスの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5924267

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】検査方法、検査装置、露光管理方法、露光システムおよび半導体デバイスの製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20160516BHJP

【ＦＩ】

   G03F7/20 501

【請求項の数】18

【全頁数】28

(21)【出願番号】特願2012-548796(P2012-548796)

(86)(22)【出願日】2011年12月13日

(86)【国際出願番号】JP2011078819

(87)【国際公開番号】WO2012081587

(87)【国際公開日】20120621

【審査請求日】2014年7月4日

(31)【優先権主張番号】特願2010-278308(P2010-278308)

(32)【優先日】2010年12月14日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-4306(P2011-4306)

(32)【優先日】2011年1月12日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004112

【氏名又は名称】株式会社ニコン

(74)【代理人】

【識別番号】100099793

【弁理士】

【氏名又は名称】川北 喜十郎

(72)【発明者】

【氏名】深澤 和彦

【審査官】 赤尾 隼人

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／１２５８０５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００９−２７７８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８０４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０５９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９４１９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１５３４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−０９０１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１６８７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０１６８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３５２０７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０１Ｂ １１／００

Ｇ０１Ｎ ２１／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

露光装置の露光時に基板を支持する基板支持部を検査する検査方法であって、
露光された基板の表面を照明光で照射することと、
前記照射された表面にあるパターンからの反射光を検出することと、
前記検出された反射光から、前記基板のパターンを露光したときのフォーカス状態を求めることと、
前記フォーカス状態から、前記基板支持部の状態を検査することとを含み、
前記パターンからの反射光を検出する際に、前記パターンから第１の方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、
前記基板支持部の状態を検査する際に、
複数の既知の加工条件により形成された複数のパターンから前記第１の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第１基準データと前記第１検出信号との比較結果、及び、
前記複数の既知の加工条件により形成された前記複数のパターンから前記第２の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第２の基準データと前記第２の検出信号との比較結果に基づき、前記基板支持部の状態を検査することを特徴とする検査方法。

【請求項2】

少なくとも前記基板の周縁部の複数の位置で、前記フォーカス状態を求めることを特徴とする請求項１に記載の検査方法。

【請求項3】

前記パターンは前記基板の異なる領域に繰り返し露光することで設けられており、前記フォーカス状態は前記繰り返し露光の１露光領域よりも小さい範囲ごとに求めることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の検査方法。

【請求項4】

前記基板支持部の凸状態または前記基板支持部と前記基板との間の間隔を検査することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の検査方法。

【請求項5】

複数の領域のパターンのフォーカス状態からフォーカス状態のマッピングを行うことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の検査方法。

【請求項6】

表面検査を行う基板のパターンからの前記第１検出信号と前記第１基準データとの一致度、および該パターンからの前記第２検出信号と前記第２基準データとの一致度に基づいてフォーカス状態を求めることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の検査方法。

【請求項7】

請求項６に記載の検査方法であって、
前記第１の光と前記第２の光の少なくとも一方は回折光である検査方法。

【請求項8】

請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の検査方法により得られた検査結果を、前記露光装置に伝達することを特徴とする露光管理方法。

【請求項9】

半導体デバイスの製造方法であって、
前記半導体デバイスの設計を行うことと、
前記設計に基づいたレチクルを製作することと、
シリコン材料からウェハを製作することと、
露光により前記レチクルのパターンを前記ウェハに転写することと、
前記ウェハから所定の領域を切り出して半導体デバイスの組立を行うことと、
請求項１〜７のいずれか一項に記載の検査方法を用いて前記半導体デバイスの検査を行うこととを含むことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

【請求項10】

露光装置の露光時に基板を支持する基板支持部を検査する検査装置であって、
前記露光装置で露光された基板の表面を照明光で照射し、照射された表面にあるパターンからの反射光を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記反射光の検出結果から、前記基板のパターンを露光したときのフォーカス状態を求めるフォーカス状態演算部と、
前記フォーカス状態演算部で求められたフォーカス状態から、前記基板支持部を検査する検査部とを備え、
前記検出部は、前記パターンから第１の方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、
前記検査部は、
複数の既知の加工条件により形成された複数のパターンから前記第１の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第１基準データと前記第１検出信号との比較結果、及び、
前記複数の既知の加工条件により形成された前記複数のパターンから前記第２の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第２の基準データと前記第２の検出信号との比較結果に基づき、前記基板支持部の状態を検査することを特徴とする検査装置。

【請求項11】

前記検査部は、前記基板支持部の凸状態または前記支持部と前記基板との間の間隔を検査することを特徴とする請求項１０に記載の検査装置。

【請求項12】

前記フォーカス状態演算部は、複数の領域のパターンのフォーカス状態からフォーカス状態のマッピングを行うことを特徴とする請求項１０または請求項１１に記載の検査装置。

【請求項13】

前記第１基準データ、および前記第２基準データを記憶する記憶部をさらに備え、
前記フォーカス状態演算部は、表面検査を行う基板のパターンからの前記第１検出信号と前記第１基準データとの一致度、および該パターンからの前記第２検出信号と前記第２基準データとの一致度に基づいてフォーカス状態を求めることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか１項に記載の検査装置。

【請求項14】

請求項１０に記載の検査装置であって、
前記第１の光と前記第２の光の少なくとも一方は回折光である検査装置。

【請求項15】

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、前記第１の光と前記第２の光の少なくとも一方である前記回折光の光路に挿抜自在に設けられ、前記回折光のうち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１４に記載の表面検査装置。

【請求項16】

請求項１０から請求項１５のいずれか１項に記載の検査装置と、前記露光装置と、前記検査部による検査結果を前記検査装置から前記露光装置に伝達する伝達部を備える露光システム。

【請求項17】

前記露光装置は、前記基板に対して液体を介して前記パターンを露光する液浸型の露光装置である請求項１６に記載の露光システム。

【請求項18】

前記露光装置は、前記基板支持部を清掃する清掃部材を備え、前記検査部による前記検査結果に基づいて前記基板支持部を清掃するように構成されている請求項１６又は１７に記載の露光システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、露光装置の露光時に基板を支持する基板支持部を検査する検査方法、検査装置、露光管理方法および露光システムに関する。また、このような露光システムを用いて検査することを含む半導体デバイスの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体素子や液晶表示素子等をフォトリソグラフィー工程で製造する場合に、投影光学系を介してレチクル（フォトマスク）のパターンをステージ上の半導体ウェハ（又はガラスプレート等）に露光する投影露光装置が使用されている。このような投影露光装置の一例として、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置が知られており、この露光装置は、レチクル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）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（以下、ウェハと称する）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。

【0003】

このような露光装置では、ウェハを平坦な状態で動かないように保持するために、ウェハステージ上に取り付けられたウェハホルダによりウェハを吸着して保持している。露光装置において露光を継続すると、ウェハに塗布されたフォトレジストから剥落したレジスト残滓等の異物がウェハホルダ上に付着し、この状態でウェハホルダ上にウェハを吸着保持すると、当該異物によりウェハの露光面の平面度が悪化する。この露光面の平面度の悪化は、ウェハの各ショット領域の位置ずれ誤差やフォーカス誤差の要因となり、半導体素子を製造する際の歩留まりを悪化させる大きな要因となっていた。そのため、このような場合に、ウェハホルダを清掃する清掃装置を備えた露光装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この清掃装置によれば、ウェハホルダ上に清掃部材を接触させて、ウェハステージを介してウェハホルダを移動させることで、ウェハホルダのウェハ支持面を清掃できるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０‐１５３４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来の清掃装置では、ウェハホルダのウェハ支持面の画像を撮像する撮像装置と、撮像装置で撮像された画像を処理してウェハホルダのウェハ支持面における異物の分布および量等を解析する画像処理部とを備え、ウェハ支持面を観察した結果に基づいてウェハ支持面の清掃を行うか否かを判定し、ウェハ支持面を自動的に清掃することができるなっている。しかしながら、このような清掃装置では、どの程度の異物の付着がウェハのフォーカス誤差等の要因になるか否かを判断することができないため、必要以上に露光工程を停止してウェハホルダの清掃を行い、製造時の歩留まりを悪化させるという問題があった。

【0006】

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、露光ステージの基板支持面に付着した異物が基板における露光結果に影響するか否かを判断することができる検査方法、検査装置、露光管理方法および露光システム、並びにこの露光システムを用いて製造された半導体デバイスを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

このような目的達成のため、本発明に係る検査方法は、露光装置の露光時に基板を支持する基板支持部を検査する検査方法であって、露光された基板の表面を照明光で照射することと、前記照射された表面にあるパターンからの反射光を検出することと、前記検出された反射光から、前記基板のパターンを露光したときのフォーカス状態を求めることと、前記フォーカス状態から、前記基板支持部の状態を検査することを含み、前記パターンからの反射光を検出する際に、前記パターンから第１の方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、前記基板支持部の状態を検査する際に、複数の既知の加工条件により形成された複数のパターンから前記第１の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第１基準データと前記第１検出信号との比較結果、及び、前記複数の既知の加工条件により形成された前記複数のパターンから前記第２の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第２の基準データと前記第２の検出信号との比較結果に基づき、前記基板支持部の状態を検査することを特徴とする。

【0008】

なお、上記検査方法において、少なくとも前記基板の周縁部の複数の位置で、前記フォーカス状態を求めることができる。

【0009】

また、上記検査方法において、前記パターンは前記基板の異なる領域に繰り返し露光することで設けられており、前記フォーカス状態は前記繰り返し露光の１露光領域よりも小さい範囲ごとに求めることができる。

【0010】

また、上記検査方法において、前記基板支持部の凸状態または前記基板支持部と前記基板との間の間隔を検査することができる。

【0011】

また、上記検査方法において、複数の領域のパターンのフォーカス状態からフォーカス状態のマッピングを行うことができる。

【0012】

また、上記検査方法において、表面検査を行う基板のパターンからの前記第１検出信号と前記第１基準データとの一致度、および該パターンからの前記第２検出信号と前記第２基準データとの一致度に基づいてフォーカス状態を求めることが好ましい。

【0013】

また、本発明に係る露光管理方法は、上記検査方法により得られた検査結果を、前記露光装置に伝達することを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る半導体デバイスの製造方法は、前記半導体デバイスの設計を行うことと、前記設計に基づいたレチクルを製作することと、シリコン材料からウェハを製作することと、露光により前記レチクルのパターンを前記ウェハに転写することと、前記ウェハから所定の領域を切り出して半導体デバイスの組立を行うことと、上記検査方法を用いて前記半導体デバイスの検査を行うこととを含むことを特徴とする。

【0015】

また、本発明に係る検査装置は、露光装置の露光時に基板を支持する基板支持部を検査する検査装置であって、前記露光装置で露光された基板の表面を照明光で照射し、照射された表面にあるパターンからの反射光を検出する検出部と、前記検出部で検出された前記反射光の検出結果から、前記基板のパターンを露光したときのフォーカス状態を求めるフォーカス状態演算部と、前記フォーカス状態演算部で求められたフォーカス状態から、前記基板支持部を検査する検査部とを備えて構成される。前記検出部は、前記パターンから第１の方向に進む第１の光に応じた第１検出信号と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に進む第２の光に応じた第２検出信号とを検出し、前記検査部は、複数の既知の加工条件により形成された複数のパターンから前記第１の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第１基準データと前記第１検出信号との比較結果、及び、前記複数の既知の加工条件により形成された前記複数のパターンから前記第２の方向に進む光の検出結果と、前記複数の既知の加工条件との相関を示す第２の基準データと前記第２の検出信号との比較結果に基づき、前記基板支持部の状態を検査する。

【0016】

なお、上記構成の検査装置において、前記検査部は、前記基板支持部の凸状態または前記支持部と前記基板との間の間隔を検査するように構成されることができる。

【0017】

また、上記構成の検査装置において、前記フォーカス状態演算部は、複数の領域のパターンのフォーカス状態からフォーカス状態のマッピングを行うように構成されることができる。

【0018】

また、上記構成の検査装置において、前記検出部は、所定領域内にある前記パターンから第１の方向に進む第１回折光に応じた第１検出信号と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に進む第２回折光に応じた第２検出信号とを検出可能であり、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基板に対して、前記検出部により検出される前記第１検出信号と前記既知の複数の加工条件との関係を示す第１基準データ、および前記検出部により検出される前記第２検出信号と前記既知の複数の加工条件との関係を示す第２基準データを記憶する記憶部をさらに備え、前記フォーカス状態演算部は、表面検査を行う基板のパターンからの前記第１検出信号と前記第１基準データとの一致度、および該パターンからの前記第２検出信号と前記第２基準データとの一致度に基づいてフォーカス状態を求めるように構成されることができる。なお、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回折光の光路に挿抜自在に設けられ、前記第１、第２回折光のうち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。

【0019】

また、本発明に係る露光システムは、上記構成の検査装置と、前記露光装置と、前記検査部による検査結果を前記検査装置から前記露光装置に伝達する伝達部を備えて構成される。なお、前記露光装置は、前記基板に対して液体を介して前記パターンを露光する液浸型の露光装置であってもよい。また、前記露光装置は、前記基板支持部を清掃する清掃部材を備えてもよく、前記検査部による前記検査結果に基づいて前記基板支持部を清掃するように構成されていてもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、露光装置における基板支持部（基板支持面）に付着した異物が基板における露光結果に影響するか否かを判断することができるため、従来よりも適切なタイミングで基板支持部の清掃を行うことができ、製造時の歩留まりを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】露光装置の全体構成を示す図である。

【図2】表面検査装置の全体構成を示す図である。

【図3】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。

【図4】半導体ウェハの表面の外観平面図である。

【図5】繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。

【図6】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。

【図7】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。

【図8】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図である。

【図9】条件振りウェハの一例を示す図である。

【図10】フォーカスカーブの一例を示す図である。

【図11】（ａ）（ｂ）はフォーカスカーブとベストフォーカスの関係を示すグラフである。

【図12】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。

【図13】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。

【図14】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。

【図15】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方を説明する図である。

【図16】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。

【図17】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。

【図18】ウェハ支持面上に露光結果に影響する程度の異物が付着しているか否かを判定する方法を示すフローチャートである。

【図19】（ａ）はウェハ支持面上に付着した異物の影響によりウェハの表面に対して局所的にデフォーカスとなった状態（回折光による像）の一例を示す図であり、（ｂ）は（ａ）におけるデフォーカス部分の拡大図である。

【図20】半導体デバイス製造方法を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。本実施形態に係る露光ステージ検査システムは、レジストが塗布されたウェハ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１００と、露光装置１００による露光工程および現像装置による現像工程等を経て、表面に繰り返しパターンが形成されたウェハの検査を行う表面検査装置１とを備えて構成される。

【0023】

まず、露光装置１００の構成について図１を参照して説明する。露光装置１００は、照明系１１０、レチクルステージ１２０、投影ユニット１３０、局所液浸装置１４０、ウェハステージ１５０、清掃装置１６０および主制御装置２００を有して構成される。なお、以下においては、図１に示した矢印Ｘ，Ｙ，Ｚの方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向として説明する。

【0024】

照明系１１０は、詳細な図示を省略するが、光源、オプティカルインテグレータ等を備える照度均一化光学系と、レチクルブラインド等を備える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。

【0025】

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１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、リニアモータ等を備えるレチクルステージ駆動装置１２１によってＸＹ平面内で移動可能およびＺ軸周りに微小回転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。

【0026】

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、レーザ干渉計１２５によって検出される。レーザ干渉計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。

【0027】

投影ユニット１３０は、レチクルステージ１２０の下方に配置された鏡筒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基板である半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）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。

【0028】

露光装置１００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、液体供給装置１４１、液体回収装置１４２、液体供給管１４３、液体回収管１４４、およびノズルユニット１４５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１００を構成するフレーム部材）に支持されている。本実施形態では、ノズルユニット１４５は、図１に示されるように、その下端面が先端レンズ１３６の下端面と略同一面に設定されている。

【0029】

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、加圧ポンプ、温度制御装置、および液体の流量を制御するためのバルブを有して構成され、液体供給管１４３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、吸引ポンプ、および液体の流量を制御するためのバルブを有して構成され、液体回収管１４４を介してノズルユニット１４５に接続されている。

【0030】

液体供給装置１４１および液体回収装置１４２は主制御装置２００により駆動制御される。主制御装置２００は、液体供給装置１４１を制御して液体供給管１４３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を制御して液体回収管１４４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。露光装置１００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。

【0031】

ウェハステージ１５０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、リニアモータ等を備えるウェハステージ駆動装置１５１によってベース部材１０５の上面に沿ってＸＹ平面内で移動可能に構成されている。

【0032】

ウェハステージ１５０の上部にはウェハテーブル１５２が設けられており、このウェハテーブル１５２上に、ウェハ１０を真空吸着によって保持するウェハホルダ１５３が固定されている。ウェハホルダ１５３の上面であるウェハ支持面には、詳細な図示を省略するが、複数の円形状の吸着溝が形成され、これらの吸着溝が吸気管を介して外部の真空ポンプ等からなる吸引装置に接続されており、この吸引装置によりウェハ支持面とウェハ１０の裏面との間の空間を負圧にすることで、ウェハ１０がウェハホルダ１５３のウェハ支持面上に保持される。なお、投影ユニット１３０の側方には、ウェハ１０のアライメントマークの位置を検出するアライメント装置（図示せず）が設けられており、このアライメント装置によってウェハ１０のアライメントが行われる。

【0033】

ウェハステージ１５０のＸＹ平面内の位置情報は、ウェハテーブル１５２の側面に設けられた反射面（反射鏡）介して、レーザ干渉計１５５によって検出される。レーザ干渉計１５５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ウェハステージ駆動装置１５１を介してウェハステージ１５０の位置（および移動速度）を制御する。

【0034】

以上のように構成された露光装置１００では、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、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および局所液浸装置１４０により形成された液浸領域の液体を介して、ウェハステージ１５０上に保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とウェハステージ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のパターン像が転写される。

【0035】

このようにして多数のウェハ１０に対して露光を行うと、ウェハ１０に塗布されたフォトレジストから剥落したレジスト残滓等の異物がウェハホルダ１５３のウェハ支持面上に付着してその異物が次第に巨大化し、その上にウェハ１０を載置保持すると、当該異物によりウェハ１０の露光面の平面度が局所的に悪化し、ウェハの各ショット領域の位置ずれ誤差やフォーカス誤差の要因となる。そこで、露光装置１００は、ウェハホルダ１５３上の異物を除去するための清掃装置１６０を備えている。

【0036】

清掃装置１６０は、投影ユニット１３０の側方であってウェハホルダ１５３のウェハ支持面と対向するように配置された清掃部材１６１と、清掃部材１６１をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向にそれぞれ移動させる移動機構１６２と、吸引管１６３を介して吸引を行う吸引装置１６４と、清掃装置１６０全体の作動を制御する清掃制御装置１６５を備えて構成される。清掃部材１６１の下面であるホルダ清掃面には、吸引口１６１ａが形成され、この吸引口１６１ａが吸引管１６３を介して真空ポンプや異物除去フィルタ等からなる吸引装置１６４に接続されている。移動機構１６２は、露光装置１００を構成するフレーム部材（図示せず）に支持されている。

【0037】

移動機構１６２および吸引装置１６４は清掃制御装置１６５によって駆動制御される。清掃制御装置１６５は、主制御装置２００からの制御情報に基づいて、移動機構１６２の作動を制御して、清掃部材１６１の下方に位置されたウェハホルダ１５３のウェハ支持面に清掃部材１６１のホルダ清掃面を接触させる（Ｚ軸方向に移動させる）とともに、清掃部材１６１をＸＹ平面内でウェハホルダ１５３に対して相対移動させる。またこのとき、清掃制御装置１６５は、吸引装置１６４の作動を制御して吸引管１６３を介して清掃部材１６１の吸引口１６１ａの近傍空間を負圧にすることで、ウェハホルダ１５３上の異物を吸引除去する。

【0038】

このような露光装置１００において、清掃装置１６０によるウェハホルダ１５３のウェハ支持面の清掃作動は、露光装置１００により露光工程が実施され、現像装置（図示せず）による現像工程等を経た後に、実施される当該ウェハ１０の表面検査結果に基づいて行われる。以下、ウェハ１０の表面検査を行う表面検査装置１について説明する。

【0039】

表面検査装置１は、図２に示すように、略円盤形のウェハ１０を支持する検査ステージ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、検査ステージ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。検査ステージ５は、ウェハ１０の回転対称軸（検査ステージ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。また、検査ステージ５は、ウェハ１０の表面を通る軸（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。

【0040】

表面検査装置１はさらに、検査ステージ５に支持されたウェハ１０の表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の表面の像を検出する撮像装置３５と、画像処理部４０と検査部５０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。

【0041】

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検査ステージ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、検査ステージ５を上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。

【0042】

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２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３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）。

【0043】

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、検査ステージ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。

【0044】

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２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３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）。

【0045】

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のデジタル画像を生成する。画像処理部４０の内部メモリ（図示せず）には、良品ウェハの画像データが予め記憶されており、画像処理部４０は、ウェハ１０の画像（デジタル画像）を生成すると、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、検査部５０がウェハ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および検査部５０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、画像処理部４０は、ウェハの画像を利用して露光装置１００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（詳細は後述する）。

【0046】

ところで、ウェハ１０は、露光装置１００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検査ステージ５上に搬送される。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、検査ステージ５上に搬送される。なお、ウェハ１０の表面には、図４に示すように、複数のチップ領域１１（ショット）が縦横に（図４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。また、露光装置１００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（図示せず）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。

【0047】

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を光路上から抜去し、不図示の搬送装置により、ウェハ１０を検査ステージ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を検査ステージ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。

【0048】

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（ラインパターンの場合、ラインに対して直交）するように検査ステージ５を回転させるとともに、パターンのピッチをＰ、ウェハ１０の表面に照射する照明光の波長をλ、照明光の入射角をθ１、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（検査ステージ５をチルトさせる）。

【0049】

【数1】

【0050】

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（回折光による像）が結像される。

【0051】

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、その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、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比較結果を検査部５０に送り、検査部５０はウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無、およびフォーカス状態（パターンを露光する際の合焦状態）を検査する。そして、画像処理部４０および検査部５０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。なお、下地層の影響を受けやすい場合は、照明系２０の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。

【0052】

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５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。

【0053】

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

【0054】

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。

【0055】

ＰＥＲ検査では、図３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、検査ステージ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６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。

【0056】

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。

【0057】

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６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。

【0058】

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の透過軸を合うよう調整することで、感度を向上させることができる。この場合も調整は数度であり、直交の範疇である。

【0059】

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３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を検査ステージ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を検査ステージ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、検査ステージ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。

【0060】

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を介して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。

【0061】

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。

【0062】

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、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、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比較結果を検査部５０に送り、検査部５０はウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無、およびパターンを露光した際のフォーカス状態を検査する。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」（デフォーカスが大きい）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および検査部５０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。

【0063】

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、検査部５０がウェハ１０の表面における欠陥（異常）の有無を検査する。

【0064】

また、画像処理部４０は、露光装置１００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１００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最大となるフォーカスオフセット量（パターンを露光したときのフォーカス状態）を求めるようにすれば、露光装置１００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、信号強度が最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。

【0065】

そこで、露光装置１００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７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１００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マトリックス状に変化させて露光し現像する。以下、このようなウェハを条件振りウェハ１０ａ（図８および図９を参照）と称することにする。

【0066】

ここで、フォーカスオフセット量をマトリックス状に変化させるのは、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って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。

【0067】

条件振りウェハ１０ａは、例えば図８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８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（１が−１７５ｎｍ、数字が１増える毎に＋２５ｎｍずつ増え、１６が＋２００ｎｍ）を示しており、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、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、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８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ショットで条件振りウェハ１０ａを作っている。

【0068】

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マトリックスは、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。

【0069】

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を検査ステージ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（正反射条件以外の角度範囲で検査ステージ５をチルトさせ、回折光の強度を測る）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。

【0070】

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、平均化を行った（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９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）。なお、条件振りウェハ１０ａは、露光装置１００のフォーカスオフセット量をショット毎に変化させているため、ショットの位置からフォーカスオフセット量を求めることができ、異なるフォーカスオフセット量で露光されたそれぞれのショット内の同位置の設定領域Ａにおいて、フォーカスオフセット量に応じて平均輝度が変化することになる。

【0071】

そこで、画像処理部４０は、図１０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、画像処理部４０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、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。

【0072】

次に、画像処理部４０は、フォーカスカーブの近似曲線において平均輝度が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１１（ａ）に示すフォーカスカーブの場合、平均輝度が最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１１（ｂ）に示すフォーカスカーブの場合、平均輝度が最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、平均輝度が最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１２に示すように、ショット内における、回折光の平均輝度が最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。

【0073】

これにより、ショット内における、回折光の平均輝度が最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１００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１００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最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にあるので、平均輝度の最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１００が受け入れ可能なパラメータに変換された後に、画像処理部４０から信号出力部（図示せず）を介して露光装置１００に出力されて、露光装置１００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１００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。

【0074】

さらに、画像処理部４０は、検査対象となるウェハ１０の回折画像から、露光装置１００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の表面に対する露光装置１００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１００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１３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１００のフォーカスオフセット量およびドーズ量（露光量）を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１４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。

【0075】

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を検査ステージ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、複数のパターンピッチ、複数の照明波長、複数の光の入射角および出射角について、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。

【0076】

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。

【0077】

条件振りウェハ１０ｂの回折画像等を撮像取得すると、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。

【0078】

次に、画像処理部４０は、複数の回折条件（異なる回折次数または異なる波長）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、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。

【0079】

次に、画像処理部４０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（フォーカス変化に対する信号強度の変化が大きい）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、下地の影響が少ない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。

【0080】

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１４に示す。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１４に示す各回折画像Ｇ１〜Ｇ３は、回折光の次数は同じ（１次の回折光）で、パターンピッチまたは照明波長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。

【0081】

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。

【0082】

なお、露光装置１００が複数ある場合、同種の露光装置１００であっても装置ごと、および複数の照明条件を切り替え可能な場合はＮＡ（開口数）が異なるため、複数の露光装置ごと、およ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。

【0083】

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。

【0084】

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。

【0085】

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、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１００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１００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、後述の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）領域とすることが望ましい。

【0086】

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つのフォーカスオフセットの量の候補が算出されることもある）。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１５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、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。

【0087】

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の表面の各位置における露光装置１００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１５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。

【0088】

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１６に示す。図１６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の方向に進む回折光に応じた第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の方向に進む回折光に応じた第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の方向に進む回折光に応じた第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。

【0089】

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５０は、求めたフォーカスオフセット量（フォーカス状態）が異常でないか検査する（ステップＳ２１０）。このとき、検査部５０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。

【0090】

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１７に示す。なお、図１７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。

【0091】

このように表面検査装置１によれば、画像処理部４０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。

【0092】

上記のようにして表面検査装置１によりウェハ１０の表面検査が行われると、表面検査装置１の画像処理部４０は、求めたウェハ１０の表面に対する露光装置１００の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１００（主制御装置２００）に出力する。そして、露光装置１００の主制御装置２００は、表面検査装置１から入力された露光装置１００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１００のフォーカス状態が一定となるように、露光装置１００のフォーカスに関する各種設定パラメータを補正する。

【0093】

このような露光システムによれば、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１００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１００のフォーカスの設定をより適切に行うことができる。

【0094】

また、露光装置１００の主制御装置２００は、表面検査装置１から入力された露光装置１００のフォーカス値の異常の有無の検査結果に基づいて、清掃装置１６０によりウェハホルダ１５３のウェハ支持面を清掃するか否かを判定する。そこで、表面検査装置１による検査結果に基づいて、ウェハ支持面を清掃するか否かを判定する方法（露光ステージ検査方法）について、図１８に示すフローチャートを参照して説明する。

【0095】

まず、上述したように表面検査装置１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（ステップＳ４０１）、そのフォーカス状態からフォーカス値の異常の有無を検査する（ステップＳ４０２）。ここで、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面上にレジスト残滓等の微小な異物が付着している場合、その上にウェハ１０を載置保持して露光を行うと、例えば図１９に示すように、フォーカス値は当該異物が存在する箇所だけ異物の影響によりウェハ１０が持ち上がる方向にデフォーカスとなる。

【0096】

そして、フォーカス値の検査結果に基づいて、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面上に欠陥、すなわち異物が付着しているか否かを判定する（ステップＳ４０３）。上述したように、異物が存在する箇所だけ異物の影響によりウェハ１０が持ち上がる方向にデフォーカスとなるため、ウェハ１０の表面で局所的に（例えば、１ショットの１／１０に相当する数画素だけ）フォーカス値が異常である（フォーカス値が所定の閾値の範囲外である）と判定された場合に、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面上に異物が付着していると判定することができ、さらにウェハホルダ１５３のウェハ支持面における異物が付着している位置（以下、異物付着位置と称する）を特定することもできる。なお、ウェハ１０の１ショット全体でフォーカス値が異常であると判定された場合には、異物の付着による影響ではなく他の原因（例えばＡＦエラー等によるショット性デフォーカス）であると判断し、後述の清掃装置１６０によるウェハホルダ１５３のウェハ支持面の清掃は行わないようになっている。

【0097】

表面検査装置１によりウェハ１０の表面で局所的にフォーカス値が異常であると判定され、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面に異物が付着していると判定すると、露光装置１００は、ウェハ支持面の清掃作動を行う（ステップＳ４０４）。主制御装置２００は、ウェハステージ駆動装置１５１を制御してウェハステージ１５０を清掃装置１６０の下方に移動させる。このとき、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面における異物付着位置が清掃装置１６０の下方に位置するようにウェハステージ１５０を移動させる。そして、主制御装置２００は、清掃制御装置１６５を介して移動機構１６２を制御し清掃部材１６１の清掃面をウェハホルダ１５３のウェハ支持面に接触させるとともに、清掃部材１６１をＸＹ平面内でウェハホルダ１５３に対して相対移動させる。またこのとき、主制御装置２００は、清掃制御装置１６５を介して吸引装置１６４を制御しウェハホルダ１５３上の異物を吸引除去する。

【0098】

なお、清掃装置１６０による清掃範囲は、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面全体を清掃するようにしてもよい。または、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面全体ではなく、ウェハ支持面の異物付着位置を含む所定範囲のみを清掃するようにしてもよく、このようにすれば、ウェハ支持面の必要な箇所だけを効率良く清掃することができ、露光工程に復帰するまでの時間を短縮させることができる。

【0099】

このように露光装置１００では、表面検査装置１による検査結果に基づいて、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面に付着した異物がウェハ１０の露光結果に影響するか否か、すなわち当該異物がフォーカス誤差の要因になっているか否かを判断することができる。そして、当該異物がフォーカス誤差の要因になっていると判断した場合に、清掃装置１６０によりウェハホルダ１５３のウェハ支持面の清掃を行うため、従来のように必要以上に露光工程を停止させることなく、適切なタイミングでウェハ支持面の清掃を行うことができ、半導体素子を製造する際の歩留まりを向上させることができる。

【0100】

なお、表面検査装置１により複数のウェハ１０において同じ箇所で局所的にフォーカス値が異常であると判定された場合に、主制御装置２００は、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面上に異物が付着していると判定するようにしてもよく、このようにすれば、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面における異物の付着をより正確に判定することができる。

【0101】

また、表面検査装置１によりウェハ１０の周縁部で局所的にフォーカス値が異常であると判定された場合に、主制御装置２００は、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面に異物が付着していると判定するようにしてもよい。すなわち、主制御装置２００により異物の有無を判定する範囲を、ウェハの周縁部（例えば、ウェハ１０の周縁から数ミリメートルの範囲）に限定してもよい。本実施形態の露光装置１００のような液浸露光装置では、露光時にウェハの周縁部近傍の異物が液体の影響でウェハ裏面に回り込み、当該異物がウェハの周縁部とウェハホルダ１５３との間に存在する場合が多い（図１９を参照）。そのため、異物の有無を判定する範囲をウェハの周縁部に限定することで、ウェハホルダ１５３のウェハ支持面における異物の付着をより効率的に判定することができる。また、異物の有無を判定するために、ウェハ全面のフォーカス状態（フォーカスオフセット量）を求めなくとも、例えば図１９に示す回折光によるウェハ全体の像から所定の信号よりも小さい若しくは大きいところのフォーカス状態（フォーカスオフセット量）を求めることで、より効率的な判定をすることができる。

【0102】

続いて、このような露光ステージ検査システムを備えた露光装置１００を用いた半導体デバイス製造方法について、図２０に示すフローチャートを参照して説明する。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。

【0103】

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、上述の露光ステージ検査システムを備えた露光装置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１００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、このフォーカス状態に基づいてウェハホルダ１５３のウェハ支持面に付着した異物がウェハ１０の露光結果に影響するか否か、すなわち当該異物がフォーカス誤差の要因になっているか否かを判断することができる。そして、当該異物がフォーカス誤差の要因になっていると判断した場合に、清掃装置１６０によりウェハホルダ１５３のウェハ支持面の清掃を行うため、従来のように必要以上に露光工程を停止させることなく、適切なタイミングでウェハ支持面の清掃を行うことができ、半導体デバイスを生産性良く製造することができる。

【0104】

なお、上述の表面検査装置１では、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く、フォーカスの変化に対する検出信号の変化の仕方が相反する少なくとも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ればよい。

【0105】

また、上述の表面検査装置１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。

【0106】

また、上述の表面検査装置１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、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１００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、偏光では、フォーカスカーブで信号強度が最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。

【0107】

また、上述の表面検査装置１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。

【0108】

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、本教示に係る検査方法、露光システム等は、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。

【産業上の利用可能性】

【0109】

本発明は、半導体デバイスの製造において、露光装置の基板支持部の検査に適用することができる。これにより、露光装置の基板支持部に付着した異物を検知し、取り除くことができ、半導体デバイスの製造効率を向上させることができる。

【符号の説明】

【0110】

１ 表面検査装置
５ 検査ステージ
１０ ウェハ（基板）
３５ 撮像装置（検出部）
４０ 画像処理部（フォーカス状態演算部）
５０ 検査部
１００ 露光装置
１５０ ウェハステージ（基板支持部）
２００ 主制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】