(57)【要約】【課題】試料表面のパターン形状の良否を、環境温度変化の影響を受けることなく短時間で判定できる表面検査装置及び表面検査方法を提供する。【解決手段】ウエハ１０欠陥を検査する表面検査装置１００は、偏光子７ａ及び対物レンズ９を含み、これらを介してウエハ１０の表面に形成されたパターンを光源１の光により照明する照明光学系２１と、照明による試料の表面からの反射光を対物レンズ９を介して集光し、更に、偏光子７ａとクロスニコル条件を満たすように配置された検光子１２を通して対物レンズ９の瞳面の像を検出する検出光学系２２と、対物レンズ９の環境温度を検出する温度測定部２０と、環境温度に対応付けてクロスニコル条件を維持するための偏光子７ａの光軸回りの回転量を記憶する記憶部２４と、温度測定部２０から出力される環境温度に対応する回転量を記憶部から抽出し、当該回転量となるように偏光子７ａを回転させる検出部２３と、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する表面検査装置であって、
偏光子及び対物レンズを含み、前記偏光子及び前記対物レンズを介して前記試料の前記表面に形成されたパターンを光源から出射された光により照明する照明光学系と、
前記照明による前記試料の前記表面からの反射光を、前記対物レンズを介して集光し、さらに、前記偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して前記対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、
前記対物レンズの環境温度を検出する温度測定部と、
前記環境温度に対応付けて、前記クロスニコル条件を維持するための前記偏光子の光軸回りの回転量を記憶する記憶部と、
前記温度測定部から出力される前記環境温度に対応する前記回転量を前記記憶部から抽出し、当該回転量となるように前記偏光子を回転させる検出部と、を有する表面検査装置。
【請求項２】
表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する表面検査装置であって、
偏光子及び対物レンズを含み、前記偏光子及び前記対物レンズを介して前記試料の前記表面に形成されたパターンを光源から出射された光により照明する照明光学系と、
前記照明による前記試料の前記表面からの反射光を、前記対物レンズ介して集光し、さらに、前記偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して前記対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、
前記照明光学系及び前記検出光学系の少なくとも一方に配置された１／４波長板及び１／２波長板と、
前記対物レンズの環境温度を検出する温度測定部と、
前記環境温度に対応付けて、前記クロスニコル条件を維持するための前記１／４波長板及び前記１／２波長板の光軸回りの回転量を記憶する記憶部と、
前記温度測定部から出力される前記環境温度に対応する前記回転量を前記記憶部から抽出し、当該回転量となるように前記１／４波長板及び前記１／２波長板を回転させる検出部と、を有する表面検査装置。
【請求項３】
前記記憶部に記憶された、前記環境温度に対応付けられた前記１／４波長板の前記回転量は、
前記１／４波長板を所定の角度ずつ回転させ、当該１／４波長板の回転量毎に、前記１／２波長板を回転させて前記瞳像の階調値の最大値と最小値とからコントラスト値を算出し、当該コントラスト値が最大となる前記１／４波長板の前記回転量を、当該環境温度における前記回転量とする請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記１／４波長板及び前記１／２波長板は、少なくとも前記開口絞りの前記開口部を通過する光が通過する部分に配置された請求項２または３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記偏光子は、少なくとも前記開口絞りの前記開口部を通過する光が通過する部分に配置された請求項１〜４いずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記照明光学系は、前記瞳面と共役な位置に開口絞りを有し、
前記開口絞りの開口部は、前記照明光学系の光軸と直交する面内で位置及び開口径を変化させるように構成された請求項１〜５いずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項７】
偏光子及び対物レンズを介してパターンが形成された試料の表面に光源から出射された光を照射して照明し、前記照明による前記試料の前記表面からの反射光を、前記対物レンズ介して集光し、さらに、前記偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して前記対物レンズの瞳面の像を検出することにより前記試料の表面を検査する表面検査方法であって、
前記対物レンズの環境温度を検出し、前記偏光子を、前記環境温度に応じて、前記クロスニコル条件を維持するように光軸回りに回転させる表面検査方法。
【請求項８】
偏光子及び対物レンズを介してパターンが形成された試料の表面に光源から出射された光を照射して照明し、前記照明による前記試料の前記表面からの反射光を、前記対物レンズ介して集光し、さらに、前記偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して前記対物レンズの瞳面の像を検出することにより前記試料の表面を検査する表面検査方法であって、
前記対物レンズの環境温度を検出し、光路上に配置された１／４波長板及び１／２波長板を、前記環境温度に応じて、前記クロスニコル条件を維持するように光軸回りに回転させる表面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面検査装置及び表面検査方法に関.する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウエハの表面に形成されたパターンの良否を判定する手法として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた観察により、断面形状を計測する方法が種々提案されてきている。ＳＥＭによる断面形状の計測は、被検査基板（試料）上のパターンに照射した電子線を、このパターンの断面方向に走査し、パターンからの反射電子や二次電子を検出、解析して、走査した部分の断面形状を求める方法で行われる。上記の操作をパターン上の何点かで行い、パターン全体の形状の良否を判定する。また、パターンの良否を判定するその他の方法として、スキャトロメータによるＣＤ及びオーバーレイのインライン測定技術がある。
【０００３】
分光スキャトロメータは、波長の関数として固定角度にて散乱光の特性を測定し、通常はキセノン、重水素、またはキセノンアーク灯のようなハロゲン系光源である広帯域光源を使用する。固定角度は、垂直入射か斜め入射でよい。角度分解スキャトロメータは、入射角の関数として固定波長にて散乱光の特性を測定し、通常は単一波長の光源としてレーザーを使用する。
【０００４】
ＳＥＭによる計測方法は、パターン上に電子線を照射して走査する作業を何回も繰り返し行うため、パターンの形状を求めるのに膨大な時間を要してしまう。また観察倍率が高いため、上述のように、ウエハ上の全てのパターン形状を求めるのは困難であり、何点かをサンプリングしてウエハ全体の良否を判定する。その結果、サンプリングされたパターン以外の部分に欠陥があっても見逃されてしまう。また、レジストパターンでは、電子線を照射すると加速電圧によって電子線がレジストに吸収、チャージされてパターンの目減りが起こる。場合によっては放電が発生してパターンが倒れてしまい、その後の工程で不都合が生じるため、加速電圧や観察倍率を色々と変えながら最適な観察条件をも求める。それ故、さらに計測に時間を要する。
【０００５】
角度分解スキャトロメータ技術の問題は、１回に１つの波長しか検出しないことであり、したがって複数の波長があるスペクトルは、その波長を時間分割多重化して検出しなければならず、スペクトルの検出および処理に時間を要し、全取得時間が増加してしまう。また、分光スキャトロメータでは、小さい格子を入射角の小さい広がりで照明しなければならないので、この拡張光源からの光量が無駄になる。その結果、検出器上の光のレベルが低くなって、取得時間が長くなり、スループットにマイナスの影響を及ぼす。短い取得時間を選択すると、測定結果が安定しないことがある。
【０００６】
このような事情に鑑みて、従来において、レジストパターンやエッチング後のパターンに関わらず、被検査基板上のパターン形状の良否を短時間で判定することができる表面検査装置および表面検査方法が提案されており、この方法によれば、線幅と階調との関係を図１５に示すように検出が可能である。つまり、計測された階調値とデータテーブルを参照し、線幅換算値を決定できる方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２００８／０１５９７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、このような分光スキャトロメータによる計測では、検査の環境温度を＋１℃変更すると、線幅と階調の関係が大きく変化してしまい、計測された階調値をもとに線幅換算すると線幅誤差が発生することが実験の結果で分かった。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、レジストパターンやエッチング後のパターンに関わらず、被検査基板（試料）上のパターン形状の良否を、環境温度変化の影響を受けることなく、短時間で判定することができる表面検査装置および表面検査方法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】
【００１０】
前記課題を解決するため、第１の本発明に係る表面検査装置は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する表面検査装置であって、偏光子及び対物レンズを含み、これらの偏光子及び対物レンズを介して試料の表面に形成されたパターンを光源から出射された光により照明する照明光学系と、照明による試料の表面からの反射光を、対物レンズを介して集光し、さらに、偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、対物レンズの環境温度を検出する温度測定部と、環境温度に対応付けて、クロスニコル条件を維持するための偏光子の光軸回りの回転量を記憶する記憶部と、温度測定部から出力される環境温度に対応する回転量を記憶部から抽出し、当該回転量となるように偏光子を回転させる検出部と、を有する。
【００１１】
また、第２の本発明に係る表面検査装置は、表面にパターンが形成された試料の欠陥を検査する表面検査装置であって、偏光子及び対物レンズを含み、これらの偏光子及び対物レンズを介して試料の表面に形成されたパターンを光源から出射された光により照明する照明光学系と、照明による試料の表面からの反射光を、対物レンズを介して集光し、さらに、偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して対物レンズの瞳面の像を検出する検出光学系と、照明光学系及び検出光学系の少なくとも一方に配置された１／４波長板及び１／２波長板と、対物レンズの環境温度を検出する温度測定部と、環境温度に対応付けて、クロスニコル条件を維持するための１／４波長板及び１／２波長板の光軸回りの回転量を記憶する記憶部と、温度測定部から出力される環境温度に対応する回転量を記憶部から抽出し、当該回転量となるように１／４波長板及び１／２波長板を回転させる検出部と、を有する。
【００１２】
このような表面検査装置において、記憶部に記憶された、環境温度に対応付けられた１／４波長板の回転量は、この１／４波長板を所定の角度ずつ回転させ、当該１／４波長板の回転量毎に、１／２波長板を回転させて瞳像の階調値の最大値と最小値とからコントラスト値を算出し、当該コントラスト値が最大となる１／４波長板の回転量を、当該環境温度における回転量とすることが好ましい。
【００１３】
また、このような表面検査装置において、１／４波長板及び１／２波長板は、少なくとも開口絞りの開口部を通過する光が通過する部分に配置されることが好ましい。
【００１４】
また、このような表面検査装置において、偏光子は、少なくとも開口絞りの開口部を通過する光が通過する部分に配置されることが好ましい。
【００１５】
また、このような表面検査装置において、照明光学系は、瞳面と共役な位置に開口絞りを有し、この開口絞りの開口部は、照明光学系の光軸と直交する面内で位置及び開口径を変化させるように構成されることが好ましい。
【００１６】
また、第１の本発明に係る表面検査方法は、偏光子及び対物レンズを介してパターンが形成された試料の表面に光源から出射された光を照射して照明し、この照明による試料の表面からの反射光を、対物レンズ介して集光し、さらに、偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して対物レンズの瞳面の像を検出することによりこの試料の表面を検査する表面検査方法であって、対物レンズの環境温度を検出し、偏光子を、環境温度に応じて、クロスニコル条件を維持するように光軸回りに回転させる。
【００１７】
また、第２の本発明に係る表面検査方法は、偏光子及び対物レンズを介してパターンが形成された試料の表面に光源から出射された光を照射して照明し、この照明による試料の表面からの反射光を、対物レンズ介して集光し、さらに、偏光子とクロスニコル条件を満たすように配置された検光子を通して対物レンズの瞳面の像を検出することによりこの試料の表面を検査する表面検査方法であって、対物レンズの環境温度を検出し、光路上に配置された１／４波長板及び１／２波長板を、環境温度に応じて、クロスニコル条件を維持するように光軸回りに回転させる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、レジストパターンやエッチング後のパターンに関わらず、検査対象である試料（ウエハ）上のパターン形状の良否を、環境温度変化の影響を受けることなく、短時間で判定することができる表面検査装置および表面検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】表面検査装置の概要を示す説明図である。
【図２】観察する瞳像の分割の例を示す図であり（ａ）中心部を除く部分を４分割した例であり、（ｂ）中心部を除く部分を９つの円形に分割した例を示す。
【図３】基準温度画像データベースのデータ構造を示す説明図である。
【図４】対物レンズのリタデーションが無い状態における１／４波長板と１／２波長板の方位角度に対するグラフであり、（ａ）は、１／４波長板の方位角度を横軸とし、１／２波長板を±４５度の範囲で回転させた際のコントラストの値を縦軸としてプロットしたものであり、（ｂ）は、１／２波長板の方位角度を横軸とし、検光子の透過強度を縦軸としてプロットしたものである。
【図５】対物レンズのリタデーションが有る状態における１／４波長板と１／２波長板の方位角度に対するグラフであり、（ａ）は、１／４波長板の方位角度を横軸とし、１／２波長板を±４５度の範囲で回転させた際のコントラストの値を縦軸としてプロットしたものであり、（ｂ）は、１／２波長板の方位角度を横軸とし、検光子の透過強度を縦軸としてプロットしたものである。
【図６】第１の実施形態に係る表面検査装置の一部分を示す説明図である。
【図７】偏光子補正データベースのデータ構造を示す説明図である。
【図８】第２の実施形態に係る表面検査装置の一部分を示す説明図である。
【図９】波長板回転角データベースのデータ構造を示す説明図である。
【図１０】第２の実施形態の変形例に係る表面検査装置の一部分を示す説明図である。
【図１１】第３の実施形態に係る表面検査装置の一部分を示す説明図である。
【図１２】第３の実施形態の変形例に係る表面検査装置の一部分を示す説明図である。
【図１３】第４の実施形態に係る表面検査装置の一部分を示す説明図である。
【図１４】第４の実施形態に係る表面検査装置に用いられる波長板回転角データベースのデータ構造を示す説明図である。
【図１５】ＳＥＭ測定値と階調値の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１に示す表面検査装置１００は、光源１（例えば、白色ＬＥＤやハロゲンランプなど）と、ステージ１１上に載置された試料であるウエハ１０に光源１から放射された照明光を照射する照明光学系２１と、ウエハ１０で反射された反射光を集光する検出光学系２２と、この検出光学系２２で集光された像を検出する第１及び第２撮像素子１７，１８と、を有して構成される。
【００２１】
照明光学系２１は、光源１側から順に、コンデンサーレンズ２、干渉フィルタを含む照度均一化ユニット３、開口絞り４、第１視野絞り５、リレーレンズ６、偏光子７ａ、１／４波長板７ｂ、１／２波長板７ｃ、ハーフミラー８、及び、対物レンズ９を有し、光軸上にこの順で並んで配置されている。ここで、この照明光学系２１において、光源１から放射された照明光は、コンデンサーレンズ２、及び照度均一化ユニット３を介して、開口絞り４、第１視野絞り５を経て、リレーレンズ６によってコリメートされる。この時、開口絞り４及び第１視野絞り５は、光軸に対し、開口部の大きさ及び位置が変更可能な構成になっている。これらにより、照明領域の大きさと位置が可変とされると共に、照明の開口角が可変される。そして、コリメートされた光は、偏光子７ａ、１／４波長板７ｂ及び１／２波長板７ｃ、を経て、ハーフミラー８により反射された後、対物レンズ９を介してステージ１１上に設置されたウエハ１０に導かれる。なお、開口絞り４及び対物レンズ９の瞳面は、リレーレンズ６を挟んで、それぞれこのリレーレンズ６の焦点距離の略２倍の位置に配置されている。そのため、開口絞り４の開口部の像が対物レンズ９の瞳面上若しくはその近傍に結像され、さらに、対物レンズ９で集光されてウエハ１０に照射される。すなわち、開口絞り４と対物レンズ９の瞳面とは共役関係になっている。また、この照明光学系２１の光軸は、検出光学系２２の光軸と略一致するように配置され、ウエハ１０を同軸落射照明するように構成されている。ここで、ステージ１１は、この同軸落射照明の光軸をｚ軸とし、ｚ軸に垂直な面内においてこのｚ軸を通りそれぞれ直交する軸をｘ軸，ｙ軸とすると、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に移動可能で、かつ、ｚ軸と平行な軸の回りに回転可能に構成されている。そして、偏光子７ａは、紙面と垂直方向（ｘ軸方向）に振動する直線偏光を出射するように設定され、１／４波長板７ｂ及び１／２波長板７ｃは、それぞれ進相軸がｘ軸方向となるように設定されている。
【００２２】
検出光学系２２は、ハーフミラー８及び対物レンズ９を照明光学系２１と共用し、ウエハ１０側から順に、対物レンズ９、ハーフミラー８、検光子１２、第１結像レンズ１３、ハーフプリズム１４、第２結像レンズ１５、及び、第２視野絞り１６を有し、光軸上にこの順で並んで配置されている。ここで、ウエハ１０に同軸落射照明された光は、このウエハ１０で反射され、再び対物レンズ９に戻り、ハーフミラー８を透過し、さらに検光子１２を透過し、第１結像レンズ１３で集光され、ハーフプリズム１４に入射する。ハーフプリズム１４で反射した光は、第２撮像素子１８にウエハ１０の像を結像する。そして、ハーフプリズム１４を透過した光は、更に、第２結像レンズ１５で集光され、第２視野絞り１６にウエハ１０の像を結像し、第１撮像素子１７に対物レンズ９の瞳像を結像させる。
【００２３】
この検出光学系２２において、第１撮像素子１７は、対物レンズ９の瞳面の像を検出する位置、すなわち、対物レンズ９の瞳面と共役な位置に配置されており、また、第２撮像素子１８は、ウエハ１０の像を検出する位置、すなわち、ウエハ１０の表面（試料面）と共役な位置に配置されている。また、第２視野絞り１６は、ウエハ１０の表面と共役な位置に配置されている。この第１及び第２撮像素子１７，１８で検出された像は、それぞれ検出部２３を介して、表示部１９で観察できる。従って、第２撮像素子１８により検出した像を、表示部１９を介して観察すると、ウエハ１０上のどの位置に照明光が照射されているかを確認することができる。また、検出部２３には、後述するデータベースを記憶する記憶部２４が接続されている。
【００２４】
なお、照明光学系２１に配置された偏光子７ａ、１／４波長板７ｂ、１／２波長板７ｃ及び検出光学系２２に配置された検光子１２はそれぞれ、この表面検査装置１００に着脱可能に構成されており、観察対象（ウエハ１０）の状態に応じて光軸上に挿抜することができる。また、１／４波長板７ｂ及び１／２波長板７ｃの位置は、光源１側から開口絞り４及び第１視野絞り５の後（試料側）であって偏光子７ａの後方に配置されているが、開口絞り４及び第１視野絞り５の前（光源側）に配置されていてもよく、また、偏光子７ａの前に配置されていてもよく、あるいは、検光子１２の前に配置されていてもよい。また、偏光子７ａ、１／４波長版７ｂ及び１／２波長版７ｃは、後述するように、対物レンズ９で発生するリタデーションを補正するために光軸回りに回転されるが、この回転量を検出部２３から制御するために、図示しないアクチュエータを設けても良い。
【００２５】
また、開口絞り４、及び第１視野絞り５の開口部については、上述のように、それぞれ、その形状（特に、光軸とこの開口部とを結ぶ直線方向の径の大きさ）及び光軸（図面上では、模式的に２点差線で示している）に直交する面内での位置を変化させることが可能な構造となっている。そのため、開口絞り４の開口部の形状及び位置を変化させると、ウエハ１０に照射される照明光の開口角が変化し、また、第１視野絞り５の開口部の形状及び位置を変化させると、ウエハ１０の表面に照射される照明領域の大きさ（照明の範囲）を変化させることができる。また、第２視野絞り１６は、光軸（ｚ軸）に対して、ｘ，ｙ軸方向に移動可能な開口形状を有する。
【００２６】
対物レンズ９の近傍には、例えば温度センサーからなる温度測定部２０が設置されており、対物レンズ９の近傍の環境温度をこの温度測定部２０により測定し、検出部２３を介して常時モニターしている。そして、その測定結果（温度）は、環境温度を所定の温度範囲で変化させて、第１撮像素子１７で取得された像である基準像（予め撮像素子１７によって撮像された健全なパターンを有する試料（基準となる試料であって、以下「基準試料」と呼ぶ）の瞳像であって、以降の説明では「基準温度画像」と呼ぶ）と共に記憶部２４に記憶される。このため、次に、欠陥検査を行う際には、被検査対象である瞳像（検出像）と、その時の環境温度を検出し、検出された環境温度と同程度の温度データを有する基準温度画像を記憶部２４から選択し、検出像と基準温度画像とを比較することにより欠陥を検出する。
【００２７】
具体的な欠陥の検出方法としては、例えば、基準温度画像と検出像の画素毎の輝度の差を比較し、ある画素においてその差が所定の閾値を超えたときに欠陥があると判定するようにしてもよい。比較する画素は、全画素でなくともよく、後述するように、光軸を通る所定の線上（放射方向）の画素のみを比較対象としてもよい。さらに、欠陥があると、反射光の対称性が崩れ、瞳像の光軸に対して対称な部分同士の輝度又は色相に差が出てくるので、この差を検出することにより、欠陥を検出することができる。
【００２８】
また、図２（ａ）に示すように、瞳像３０を、中心部の円状の領域Ｅ、及び、その回りの領域を中心から放射状に広がる４つの領域Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各部分に分割して、これらの各部分における基準温度画像と検出像との差を検出して、その結果に基づいて欠陥を検出するようにしてもよい。あるいは、図２（ｂ）に示すように、瞳像３０を、中心部の円状の領域Ｉ、及び、その周辺部分に同心円状に配置される複数の円状の領域Ａ〜Ｈの各部分に分割して、これらの各部分における基準温度画像と検出像との差を検出して、その結果に基づいて欠陥を検出するようにしてもよい。
【００２９】
なお、欠陥の検出方法として、対物レンズ９の瞳面の像の比較を用いているのは、単なるウエハ面の画像では、パターンのピッチが検査装置分解能以下となり、欠陥があっても光学的に検出できないからである。又、第２視野絞り１６が、開口の位置や形状が可変なものとしているのは、ウエハ１０の適当な位置の適当な大きさの領域の情報を検出可能とするためである。
【００３０】
また、偏光子７ａと検光子１２は、クロスニコル条件を満足するように設定されている。このため、後述する対物レンズ９による偏光主軸の回転による影響がある場合を除いて、ウエハ１０のパターンにより、偏光主軸が回転しない限り、観測される光量が０に近くなる。この実施の形態においては、開口絞り４により、照明σ（照明のＮＡ／対物レンズのＮＡ）が可変とされている。よって、適当な明るさでウエハ１０を照明することができる。
【００３１】
この表面検査装置１００は、ウエハ１０上の微細なパターンの線幅変化を構造性複屈折量変化として検出するように構成される。構造性複屈折を有するパターンからの反射光は、ウエハ１０のパターン形状及び下層構造に応じて入射光の振動面に平行な成分と垂直な成分との間で位相差と振幅が変化して、楕円偏光になる。このため、この表面検査装置１００は、直線偏光でウエハ１０上の微細パターンを照明し、微細パターンにより楕円偏光化した反射光をクロスニコル状態になっている検光子１２を透過する光量変化で計測する方式である。つまり、ウエハ１０上を照明した直線偏光の光は、楕円偏光となり反射して検光子１２を透過して第１撮像素子１７の撮像面にできる瞳内に輝度及び色相の変化が生じるので、これを計測する。このような方式においては、ウエハ１０以外、すなわち、光学系のいずれかにおいて、温度変化によるリタデーション（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ）が発生すると、クロスニコル状態になっている検光子１２を透過する光量が変化するため、階調値をもとに線幅換算すると線幅誤差が発生し、計測精度を低下させてしまう。つまり、環境温度が変化すると計測精度が悪化してしまう。このような環境温度の変化により、検光子１２を透過する光量が変化してしまう原因としては、温度変化によって、対物レンズ９内のレンズ及びレンズを保持する金物の膨張により応力歪が発生し、対物レンズ９を透過する直線偏光の偏光状態が変化するため、検光子１２を透過する光量が変わるからである。つまり、対物レンズ９の応力歪みにより、対物レンズ９の任意の方向にリタデーションが発生するためである。これにより、入射直線偏光光は楕円偏光に変化し、クロスニコル状態にある検光子１２を透過する光量に変化をきたし、階調値をもとに線幅換算すると線幅誤差が発生する。
【００３２】
そのため、本実施の形態に係る表面検査装置１００では、対物レンズ９内部のリタデーションの分布の変化を補正する手段を備えており、温度とこのリタデーションの補正量の関係を予め求めて、その結果をデータベース化しておく。そして、欠陥検査の際には、環境温度をモニターして、その温度に最適なリタデーションの補正を行うように構成されている。なお、温度とこのリタデーションの補正量の関係を予め求めて、データベースを作成する際には、ベアウエハなどの反射板や、微細パターンを有する基準パターン板を用いてもよい。
【００３３】
この表面検査装置１００では、検出部２３が、基準温度（温度測定部の出力値）と、予めベアウエハを用いて基準温度画像（基準温度の設定において第１撮像素子１７により検出された瞳像）とを検出し、その基準温度と基準温度画像とを、図３に示す基準温度画像データベース２２４として記憶部２４に予め記憶しておくように構成されている。この基準温度画像データベース２２４は、測定された環境温度を記憶する温度カラム２２４ａと、この環境温度における基準温度画像を記憶する基準温度画像カラム２２４ｂとから構成される。
【００３４】
ここで、ウエハ１０がステージ１１上に載置されておらず、照明光が理想的なミラーにより全反射された場合、対物レンズ９のリタデーションの分布が変化すると、この対物レンズ９を透過することで直線偏光から別の偏光状態に変化し、クロスニコル条件を満足するように設定されている偏光子７ａと検光子１２を透過しても光量が０にならず、第１撮像素子１７で検出される瞳像の階調値が変化してしまう。そのため、このような状態で、ステージ１１上に載置されたウエハ１０からの反射光を用いて、階調値をもとに線幅換算すると線幅誤差が発生し、正確に検査できない。そこで、表面検査装置１００は、クロスニコルの状態が保たれるように偏光子７ａを回転させて補正する手段を有する。これにより、対物レンズ９を透過する直線偏光の偏光主軸の方位は、偏光子７ａを回転させることにより補正され、第１撮像素子１７で検出される像の階調値の変化を補正することができる。
【００３５】
また、表面検査装置１００は、リタデーションの変化量と方向を補正する手段として、対物レンズ９内部で発生したリタデーション量を補正する手段（１／４波長板７ｂを±４５度回転可能）と、リタデーションの進相軸の方位を検光子１２の透過軸に合わせる手段（１／２波長板７ｃを±４５度回転可能）とを有する。波長板は、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分の屈折率の違いから位相差を生じさせて、入射光の偏光を変えることができるものであり、１／４波長板７ｂは、位相差π／２（９０度）であり、１／２波長板７ｃは、位相差π（１８０度）である。１／４波長板７ｂは、光軸回りに回転することにより、コントラストが最大となる角度において、楕円偏光状態を直線偏光状態に最も近づけることができる。ここで、コントラストとは、１／４波長板７ｂの方位角度に応じて、１／２波長板７ｃを±４５度の範囲で回転し、検光子１２を透過する光量の最大値と最小値を求めて、最大値から最小値を引いた値を最大値と最小値を足した値で除した値である。また、１／２波長板７ｃは、直線偏光の振動方向を任意の方向に偏光できるものである。つまり、温度変化に伴う対物レンズ９の歪みによって、直線偏光が楕円偏光に変化してしまうので、この１／４波長板７ｂが楕円偏光の状態を直線偏光の状態に変換する。しかし、１／４波長板７ｂによって直線偏光に変換された光の振動方向は、温度変化前の方向からずれているので、１／２波長板７ｃが温度変化前の振動方向に合わせる。これにより、対物レンズ９内部で発生したリタデーション量は補正され、元のクロスニコル状態（偏光子７ａと検光子１２を直交にした状態で、対物レンズ９の温度による歪みのない状態）を復元することができる。
【００３６】
ここで、対物レンズ９によるリタデーションが無い場合は、図４（ａ）に示すように、１／４波長板７ｂの方位角が０度の時、コントラストが最大（１）となり、方位角が±４５度の時、コントラストが最小（０）となっている。また、同様に、対物レンズ９によるリタデーションの無い場合は、図４（ｂ）に示すように、１／２波長板７ｃの方位角度が０度の時、検光子１２の透過強度は最小（０）となり、方位角度が±４５度の時、検光子１２の透過強度は最大（１）となっている。このように、対物レンズ９によるリタデーションの無い場合は、１／４波長板７ｂの方位角度と１／２波長板７ｃの方位角度は、入射直線偏光の透過軸と一致する。
【００３７】
しかし、対物レンズ９によるリタデーションが有る場合は、図５（ａ）に示すように、コントラストが最大（１）となる１／４波長板７ｂの方位角は、０度からずれた角度となり、また、コントラストが最小（０に最も近い値）となる１／４波長板７ｂの方位角が±４５度からずれた角度となる。また、同様に、対物レンズ９によるリタデーションが有る場合は、図５（ｂ）に示すように、検光子１２の透過強度が最小（０）となる１／２波長板７ｃの方位角度は、０度からずれた角度となり、検光子１２の透過強度は最小（０）となり、検光子１２の透過強度が最大（１）となる１／２波長板７ｃの方位角度は±４５度からずれた角度となる。このように、対物レンズ９によるリタデーションが有る場合は、１／４波長板７ｂの方位角及び１／２波長板７ｃの方位角度は、入射直線偏光の透過軸からずれている。
【００３８】
１／４波長板７ｂの方位角度に対する１／２波長板７ｃの回転によるコントラストの値から、コントラストが最大となる１／４波長板７ｂの方位角度を求めることにより、入射直線偏光の透過軸のずれが分かる。そして、１／２波長板７ｃを回転させることによりクロスニコル状態（検光子の透過強度が０）となる方位角度が求められる。これにより、検光子１２を透過し、第１撮像素子１７で検出される像の階調値を補正することができる。
【００３９】
表面検査装置１００は、以上のような構成を有するので、環境温度の変化により対物レンズ９に応力歪が発生した場合のリタデーション分布の変化に伴い、検光子１２への透過光量が変化して、第１撮像素子１７で検出される像の階調値変化を補正することができ、欠陥検査において誤認することがない。なお、偏光子７ａによる補正と、１／４波長板７ｂ及び１／２波長板７ｃによる補正とは、いずれか一方を実装しても良いし、両方を実装しても良い。
【００４０】
次に、各補正手段の詳細について、図面を参照しつつ説明する。共通の構成についての説明は省略し、異なる構成を中心に説明する。
【００４１】
（第１の実施形態）
まず、図６を用いて第１の実施形態について説明する。この第１の実施形態は、上述したように、対物レンズ９内部のリタデーションの分布の変化を補正する手段として、偏光子７ａを回転して補正する場合を示している。この場合、表面検査装置１００は、ある温度の時にどの程度偏光子７ａを回転させるかのデータベースを予め作成しておき、試料（ウエハ１０）の欠陥検査を行う際には、このデータベースの値を使用して、偏光子７ａを回転させてから行う。これにより、第１撮像素子１７で検出される像の階調値が補正され、適正に検査することができる。この時、１／４波長板７ｂと１／２波長板７ｃとは、表面検査装置１００から取り外された状態で使用される。また、図６は、表面検査装置１００の一部（偏光子７ａ、ウエハ（試料）１０、対物レンズ９、温度測定部２０、ハーフミラー８、検光子１２）のみを図示しており、その他の構成は図１の場合と同様であるので、省略している。
【００４２】
〔データベースの作成〕
表面検査装置１００の記憶部２４には、上述のように、基準温度と基準温度画像とが対応付けられて記憶された基準温度画像データベース２２４が設けられている。そこで、検出部２３は、基準試料（微細パターンを有する基準パターン板）を用いて、この基準試料の像の階調値（階調値データ）と、その時の温度測定部２０の出力値（温度データ）と、を検出する。このとき、温度測定部２０は、対物レンズ９の近傍の環境温度を検出できるように配置されており、環境温度の設定を変更しながら、検出部２３により、温度データ及び階調値データを検出する。次に、検出部２３は、記憶部２４に記憶されている基準温度画像データベース２２４を参照して設定温度における基準温度画像を読み出し、その設定温度における基準試料の階調値（現在測定された値）と比較する。そして、検出部２３は、階調値データと基準温度画像との階調値に差があると判断すると、その差が０に近くなるように偏光子７ａを回転させ、階調値データと基準温度画像との階調値を合わせる。検出部２３は、このときの偏光子７ａの回転角度と、その温度測定部の出力値とを、図７に示す、温度補正データベースの一例である偏光子補正データベース２２５として、記憶部２４に記憶する。偏光子補正データベース２２５のデータ構造は、温度測定部の出力値を記憶する温度データカラム２２５ａと、その温度の時の階調値を記憶する階調値データカラム２２５ｂと、そのときの偏光子７ａの回転角度を記憶する回転角度データカラム２２５ｃと、を有する。そして、この偏光子補正データベース２２５の作成は、環境温度を所定の温度幅で、所定の温度範囲で変化させて、それぞれの設定温度におけるデータが測定される。
【００４３】
〔補正方法〕
次に、表面検査装置１００が上述で作成したデータベースを使用して、ウエハ１０の欠陥検査を行う際に対物レンズ９のリタデーションの補正を行う工程について説明する。表面検査装置１００は、検査対象であるウエハ１０をステージ１１上に載置して、光源１からの照明光をウエハ１０に照射する。この時、温度測定部２０は、対物レンズ９の環境温度を計測し検出部２３に出力する。検出部２３は、温度測定部２０の出力値をモニターし、その出力値の温度に対応する偏光子７ａの回転角度を記憶部２４の偏光子補正データベース２２５を参照して抽出し、その抽出した角度分だけ偏光子７ａを回転させる。これにより、対物レンズ９内部で発生したリタデーション量は補正され、元のクロスニコル状態（偏光子７ａと検光子１２を直交にした状態で、対物レンズ９の温度による歪みのない状態）を復元することができる。したがって、第１撮像素子１７で検出される像の階調値を補正することができ、この階調値をもとに線幅換算するので線幅誤差の発生を低減できる。
【００４４】
（第２の実施形態）
次に、図８を用いて第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、上述したように、対物レンズ９内部のリタデーションの分布の変化を補正する手段として、１／４波長板７ｂと１／２波長板７ｃとを回転させて補正する。この場合、表面検査装置１００は、ある温度の時にどの程度、１／４波長板７ｂ及び１／２波長板７ｃを回転させるかのデータベースを予め作成しておき、試料（ウエハ１０）の欠陥検査を行う際には、このデータベースの値を使用して、１／４波長板７ｂ及び１／２波長板７ｃを回転させてクロスニコルとなる条件に設定する。これにより、第１撮像素子１７で検出される像の階調値が補正され、適正に検査することができる。この時、表面検査装置１００に１／４波長板７ｂと１／２波長板７ｃとが取り付けられた状態で使用される。また、図８は、表面検査装置１００の一部（偏光子７ａ、１／４波長板７ｂ、１／２波長板７ｃ、ウエハ（試料）１０、対物レンズ９、温度測定部２０、ハーフミラー８、検光子１２）のみを図示しており、あとの構成は図１と同様であるので、省略している。
【００４５】
〔データベースの作成〕
表面検査装置１００の記憶部２４には、第１の実施形態と同様に、基準温度と基準温度画像とが対応付けられて記憶された基準温度画像データベース２２４が設けられている。そこで、検出部２３は、基準試料（微細パターンを有する基準パターン板）を用いて、この基準試料の像の階調値（階調値データ）と、その時の温度測定部２０の出力値（温度データ）と、を検出する。このとき、温度測定部２０は、対物レンズ９の近傍の環境温度を検出できるように配置されており、環境温度の設定を変更しながら、検出部２３により、温度データ及び階調値データを検出する。次に、検出部２３は、記憶部２４に記憶されている基準温度画像データベース２２４を参照して設定温度における基準画像を読み出し、その設定温度における基準試料の階調値と比較する。そして、検出部２３は、階調値データと基準温度画像との階調値に差があると判断すると、１／４波長板７ｂの進相軸をｚ軸周りに例えば、０．５度回転させながら、１／４波長板７ｂのそれぞれの回転位置において１／２波長板７ｃの進相軸をｚ軸周り±４５度の範囲で回転させて、検光子１２を透過する光量（第１撮像素子１７で検出される像の階調値）の最大値と最小値から上述したコントラストを求める。ここで、１／４波長板７ｂの進相軸のｚ軸周りの回転の範囲は、±４５度の範囲である。このようにして、検出部２３は、コントラストが最大となる１／４波長板７ｂの進相軸のｚ軸回りの回転角と、温度測定部２０の出力値と、を検出し、これらの値を記憶部２４に記憶し、図９に示す温度補正データベースとして波長板回転角データベース２２６を作成する。また、コントラストが最大となる位置に１／４波長板７ｂを回転させた状態で、検出部２３は、階調値データと基準温度画像との階調値に差が０に近くなるように、第１の実施形態の偏光子７ａの代わりに１／２波長板７ｃを回転させ、階調値データと基準温度画像との階調値を合わせる。検出部２３は、このときの１／２波長板７ｃの回転角度と、その温度測定部の出力値とを、図９に示す、波長板回転角データベース２２６に記憶する。
【００４６】
ここで、波長板回転角データベース２２６のデータ構造は、温度測定部の出力値を記憶する温度データカラム２２６ａと、その温度の時の階調値を記憶する階調値データカラム２２６ｂと、そのときの１／４波長板７ｂの回転角度を記憶する１／４波長板回転角度データカラム２２６ｃと、１／２波長板７ｃの回転角度を記憶する１／２波長板回転角度データカラム２２６ｄと、を有する。そして、この波長板回転角度データベース２２６の作成は、環境温度を所定の温度幅で、所定の温度範囲で変化させて、それぞれの設定温度におけるデータが測定される。
【００４７】
〔補正方法〕
次に、表面検査装置１００が上述のようにして作成したデータベースを使用して、ウエハ１０の欠陥検査を行う際に対物レンズ９のリタデーションの補正を行う工程について説明する。表面検査装置１００は、検査対象であるウエハ１０をステージ１１上に載置して、光源１からの照明光をウエハ１０に照射する。この時、温度測定部２０は、対物レンズ９の環境温度を計測し検出部２３に出力する。検出部２３は、温度測定部２０の出力値をモニターし、その出力値の温度に該当する１／４波長板７ｂの回転角度を記憶部２４の波長板回転角度データベース２２６を参照して抽出し、その抽出した角度分だけ１／４波長板７ｂを回転させ、同様に、その出力値の温度に該当する１／２波長板７ｃの回転角度を記憶部２４の波長板回転角度データベース２２６を参照して抽出し、その抽出した角度分だけ１／２波長板７ｃを回転させてクロスニコルとなる条件に設定する。これにより、対物レンズ９内部で発生したリタデーション量は補正され、元のクロスニコル状態（偏光子７ａと検光子１２を直交にした状態で、対物レンズ９の温度による歪みのない状態）を復元することができる。したがって、第１撮像素子１７で検出される像の階調値を補正することができ、この階調値をもとに線幅換算するので線幅誤差の発生を低減できる。
【００４８】
なお、この第２の実施形態では、１／４波長板７ｂと１／２波長板７ｃは、偏光子７ａのすぐ後（照明光学系２１内の試料側）に配置されていたが、変形例として、図１０に示すように、１／４波長板７ｂと１／２波長板７ｃをハーフミラー８の後ろで、検光子１２の前（検出光学系２２内のハーフミラー８の撮像素子側）に配置しても同様に対物レンズ９のリタデーション補正の効果を発揮することができる。表面検査装置１００において、１／４波長板７ｂと１／２波長板７ｃの配置位置は、特に規定は無く、対物レンズ９の前後のどちらに配置されていても対物レンズ９のリタデーション補正の効果を発揮することができるので問題無い。
【００４９】
（第３の実施形態）
図１１に示す第３の実施形態に係る表面検査装置１００′は、第２の実施形態と同様に、１／４波長板７ｂ′と１／２波長板７ｃ′を使用して補正を行うように構成されている。但し、この場合の１／４波長板７ｂ′と１／２波長板７ｃ′は、開口絞り４の開口部４ａ，４ｂの位置に合わせて配置される（すなわち、この開口部４ａ，４ｂを通過する光が、通過する部分に配置される）。なお、この開口絞り４の開口部４ａ，４ｂの位置は、上述したように、変化させることができるので、１／４波長板７ｂ′及び１／２波長板７ｃ′は、開口絞り４の開口部４ａ，４ｂの移動に伴って移動するように構成される。また、図１１では、図示しない光源１と開口絞り４との間に、偏光子７ａ、１／４波長板７ｂ′及び１／２波長板７ｃ′が配置されているが、これに限らず、表面検査装置１００の照明光学系２１及び検出光学系２２のいずれかにおいて、照明光または反射光の光路上に配置されていればよい。またここでは、開口絞り４の開口部は、４ａ，４ｂの２カ所の例を示しているが、より良いデータを取得することができるように３以上の箇所を使用するように構成しても良い。
【００５０】
図１２に示す表面検査装置１００′は、偏光子７ａ′自体が上述の１／４波長板７ｂ′と１／２波長板７ｃ′と同様に、必要な部分に配置されるように構成されている点のみが異なり、あとの構成は図１１の構成と同様である。そして上述の図７に示す表面検査装置１００′のデータベースの作成方法は、第２の実施形態と同様であり（波長板回転角データベース２２６を用いる）、補正方法も同様である。
【００５１】
したがって、以上のように構成された１／４波長板７ｂ′、１／２波長板７ｃ′、偏光子７ａ（７ａ′）、及び開口絞り４を使用した表面検査装置１００′において、第２の実施形態と同様に、まず、ベアウエハを使用して、基準温度の温度測定部２０の出力値と、その時の基準温度画像を基準温度画像データベース２２４として記憶部２４に記憶しておく。そして、次に、基準試料を使用して、第１撮像素子１７で検出される瞳像の階調値から、各波長板を第２の実施形態と同様の条件で回転させて、波長板回転角データベース２２６を作成し、記憶部２４に記憶する。この波長板回転角データベース２２６の作成は、環境温度を所定の温度幅で、所定の温度範囲で変化させて、それぞれの設定温度におけるデータ測定により行われる。次に、表面検査装置１００′は、第２の実施形態と同様に、検査対象であるウエハ１０を、波長板回転角データベース２２６のデータを参照して行う。上述の表面検査装置１００′では、１／４波長板７ｂ′と１／２波長板７ｃ′とは、開口絞り４の開口部４ａ，４ｂに合わせた位置に配置されており、第１撮像素子１７で検出される瞳の像は、一部分のみであるが、階調値を得るのに最も相応し場所である。そして、１／４波長板７ｂ′と１／２波長板７ｃ′により、対物レンズ９内部で発生したリタデーション量は補正され、元のクロスニコル状態を復元でき、検出された瞳の像の階調値も補正される。そして、この階調値をもとに線幅換算するので線幅誤差の発生を低減できる。
【００５２】
（第４の実施形態）
なお、第１〜第３の実施形態の表面検査装置１００，１００′は、同軸落射照明による照明光学系２１を例に説明したが、本実施の形態の補正方法は、クロスニコルの関係を有する光学系であればよく、例えば、図１３のようなクロスニコルの関係を有する光学系において、温度変化によるレンズ複屈折量の補正に有効である。
【００５３】
この図１３に示すような光学系を利用した表面検査装置１００″は、被検査基板（試料）であるウエハ１０の表面（パターンの形成側）に対して、図示しない光源からの照明光を斜めに照射する照明光学系１２１と、この照明光学系１２１から入射して表面で反射した反射光を検出する検出光学系２２２とから構成される。
【００５４】
照明光学系１２１の光軸上には、光源からの照明光を一定の方向に揃える偏光子１０７ａ、第１の１／４波長板１０７ｂ、第１の１／２波長板１０７ｃ及び第１の対物レンズ１０９がこの順に並んで配置されている。したがって、光源からの照明光は、偏光子１０７ａ、第１の１／４波長板１０７ｂ、第１の１／２波長板１０７ｃ及び第１の対物レンズ１０９を介してウエハ１０の表面に入射する。また、検出光学系２２２の光軸上には、第２の対物レンズ２０９、第２の１／４波長板２０７ｂ、第２の１／２波長板２０７ｃ及び検光子２１２がこの順で配置されているので、ウエハ１０の表面からの反射光は、第２の対物レンズ２０９、第２の１／４波長板２０７ｂ、第２の１／２波長板２０７ｃ及び検光子２１２を介して、ここでは図示していない第１の撮像素子１７によって検出される。
【００５５】
照明光学系１２１と検出光学系２２２とは、その入射光の光軸と反射光の光軸とが、それぞれ、ウエハ１０の表面の法線ベクトルに対して同一の角度を有するように配置されている。したがって、入射光の光軸上に配置されている偏光子１０７ａと、第１の１／４波長板１０７ｂ、第１の１／２波長板１０７ｃ及び第１の対物レンズレンズ１０９と、反射光の光軸上に配置されている第２の対物レンズ２０９、第２の１／４波長板２０７ｂ、第２の１／２波長板２０７ｃ及び検光子２１２は、互いに対向するように配置されている。そして偏光子１０７ａと検光子２１２は、これらの位置において、クロスニコルの状態となるように設定されている。この偏光子１０７ａと、第１及び第２の１／４波長板１０７ｂ，２０７ｂ、第１及び第２の１／２波長板１０７ｃ，２０７ｃ及び検光子２１２は、それぞれの光軸を中心に回転可能であり、着脱可能に構成されている。
【００５６】
上述したように、この第１の対物レンズ１０９及び第２の対物レンズ２０９は環境温度の変化により、応力歪が発生してレンズの複屈折量に変化を生じる。そこで、第１の対物レンズ１０９及び第２の対物レンズ２０９には、環境温度を計測できるように、第１温度測定部１２０及び第２温度測定部２２０がそれぞれ配置されている。
【００５７】
そして、この光学系を有する表面検査装置１００″においても他の実施の形態と同様に、ここでは図示しない検出部２３が、基準温度（第１及び第２温度測定部１２０，２２０の出力値）と、ベアウエハによる基準温度画像とを検出し、その基準温度と基準温度画像と、を基準温度画像データベース２２４として、ここでは図示していない記憶部２４に予め記憶しておく。さらに、第２の実施形態と同様に、基準試料を用いて、予め波長板回転角データベースを作成する。
【００５８】
〔データベースの作成〕
それでは、データベースの作成について説明する。基本的には第２の実施形態と同様であるが、対物レンズ、１／４波長板、１／２波長板、温度測定部などはそれぞれ入射側と反射側に配置されているので、図示しない検出部２３により、それぞれをモニター（観察）したり、回転させたりしてデータベースを作成する点が異なる。
【００５９】
環境温度の設定を変更しながら、検出部２３により、第１の対物レンズ１０９及び第２の対物レンズ２０９の環境温度を、それぞれの第１及び第２温度測定部１２０，２２０によってモニタし、このセンサーから出力された出力値と、その時に得られる像の光強度に基づく階調値と、を検出する。そして、検出部２３は、その検出した階調値を基準温度画像の階調値と比較して、階調値に差が有るか否かを判断する。検出部２３は、差が有ると判断すると、データベースを作成するために、第１及び第２の１／４波長板１０７ｂ，２０７ｂの進相軸をそれぞれの光軸周りに例えば、±４５度の範囲で、０．５度ずつ回転させながら、第１及び第２の１／４波長板１０７ｂ，２０７ｂのそれぞれの回転位置において第１及び第２の１／２波長板１０７ｃ，２０７ｃの進相軸をそれぞれの光軸周り±４５度の範囲で回転しながら、検光子２１２を透過する光量をモニターする。なお、これらの操作は、照明光学系１２１及び検出光学系２２２毎に行うことが望ましい。
【００６０】
そして、検出部２３は、検光子２１２を透過する光量の最大値と最小値からコントラストを求める。このコントラストの求めかたは、第２の実施形態と同様である。このようにして、検出部２３は、コントラスト最大となる第１及び第２の１／４波長板１０７ｂ，２０７ｂの進相軸の光軸周りの回転角度と温度測定部の出力値と、から、図１４に示すように、温度補正データベースとして波長板回転角データベース２２６″を作成し、記憶部２４に記憶する。また、第２の実施形態と同様に、コントラストが最大となる位置に第１及び第２の１／４波長板１０７ｂ，２０７ｂを回転させた状態で、検出部２３は、階調値データと基準温度画像との階調値に差が０に近くなるように、第１及び第２の１／２波長板１０７ｃ，２０７ｃを回転させ、階調値データと基準温度画像との階調値を合わせる。検出部２３は、このときの第１及び第２の１／２波長板１０７ｃ，２０７ｃの回転角度と、その温度測定部の出力値とを、波長板回転角データベース２２６″に記憶する。ここで、波長板回転角データベース２２６″のデータ構造は、温度測定部の出力値を記憶する温度データカラム２２６ａ″と、その温度の時の階調値を記憶する階調値データカラム２２６ｂ″と、そのときの第１及び第２の１／４波長板１０７ｂ，２０７ｂの回転角度をそれぞれ記憶する１／４波長板回転角度データカラム２２６ｃ″と、第１及び第２の１／２波長板１０７ｃ，２０７ｃの回転角度をそれぞれ記憶する１／２波長板回転角度データカラム２２６ｄ″と、を有する。そして、第２の実施形態と同様に、この波長板回転角データベース２２６″の作成は、環境温度を所定の温度幅で、所定の温度範囲で変化させて、それぞれの設定温度におけるデータが測定されて行われる。
【００６１】
〔補正方法〕
次に、上記のように作成したデータベースを使用して、ウエハ１０の表面の欠陥検査を行う際に第１対物レンズ１０９及び第２対物レンズ２０９のリタデーションの補正を行う。この補正の方法は、第２の実施形態と同様であり、表面検査装置は、検査対象であるウエハ１０の表面に斜めに照明光を入射させ、その入射光が表面で反射して反射光となり、この反射光の強度（階調値）を検出する。この時、それぞれの光軸上に配置された第１及び第２温度測定部１２０，２２０は、第１対物レンズ１０９及び第２対物レンズ２０９の環境温度を計測し検出部２３に出力する。検出部２３は、第１及び第２温度測定部１２０，２２０の出力値をモニターし、その出力値の温度に該当する第１の１／４波長板１０７ｂ及び第２の１／４波長板２０７ｂの回転角度を記憶部２４の波長板回転角データベース２２６″を参照して抽出し、その抽出した角度分だけ第１及び第２の１／４波長板１０７ｂ，２０７ｂを回転させる。同様に、第１の１／２波長板１０７ｃ及び第２の１／２波長板２０７ｃの回転角度を記憶部２４の波長板回転角データベース２２６″を参照して抽出し、その抽出した角度分だけ第１及び第２の１／２波長板１０７ｃ，２０７ｃを回転させてクロスニコルとなる条件に設定する。これにより、第１対物レンズ１０９及び第２対物レンズ２０９の内部で発生したリタデーション量は補正され、元のクロスニコル状態（偏光子１０７ａと検光子２１２を直交にした状態で、第１対物レンズ１０９及び第２対物レンズ２０９の温度による歪みのない状態）を復元することができる。したがって、検出される反射光の強度（階調値）を補正することができ、この階調値をもとに線幅換算するので線幅誤差の発生を低減できる。
【００６２】
なお、この第４の実施形態においては、照明光学系１２１の第１対物レンズ１０９と、検出光学系２２２の第２対物レンズ２０９のそれぞれのリタデーションをそれぞれの光学系に設けた１／４波長板及び１／２波長板で行うように構成した場合について説明したが、いずれか一方にだけ設けて、第１及び第２対物レンズ１０９，２０９のリタデーションをまとめて補正するように構成することも可能である。
【００６３】
以上のように、本実施形態の形態に係る表面検査装置及び表面検査方法によれば、クロスニコルとなる光学系の対物レンズ９等のレンズが、環境温度により応力歪みをおこし、リタデーションを発生させることにより、微細なパターンを有するウエハ１０の欠陥検査において、線幅誤差の発生を低減させることができる。しかも、表面検査装置及び表面検査方法は、予め基準試料を用いてデータベースを作成し、その作成したデータベースを使用して検査対象であるウエハ１０の微細なパターンの欠陥検査を行うので、パターンの形状の良否を短時間で、かつ、温度に依存しないで判定することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  光源
７ａ，７ａ′，１０７ａ，２０７ａ  偏光子    ９，１０９，２０９  対物レンズ
１０  ウエハ（試料）    １２，２１２  検光子    ２０，１２０，２２０  温度測定部
２１，１２１  照明光学系    ２２，２２２  検出光学系    ２３  検出部
２４  記憶部    １００，１００′，１００″  表面検査装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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