(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光ビームを発生する光源装置と、
前記光ビームを走査するビーム走査手段と、
ビーム走査手段から出射した走査ビームを検査すべき試料に向けて投射し、試料上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記試料から出射した反射光を前記対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、試料に向かう走査ビームと試料から出射した反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
ビームスプリッタと光検出手段との間の光路中に配置され、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフト手段と、
前記位相シフト手段と光検出手段との間の光路中に配置され、スリット状の開口部を有するスリット手段と、
前記光検出手段から出力される出力信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記スリット手段は、ガラス基板と、ガラス基板上に形成され、互いに異なる開口幅を有する複数のスリット状の開口部を有する遮光パターンとを有し、検査目的、検査対象又は対物レンズの倍率に応じて所望の開口幅のスリット状開口部が光路中に挿入され、
前記光検出手段は、前記試料から出射した反射光を前記位相シフト手段及びスリット手段の開口部を介して受光することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
光ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射した光ビームを第１の方向に整列した複数の走査ビームに変換するマルチビーム形成手段と、
前記複数の走査ビームを第１の方向と直交する第２の方向に走査するビーム走査手段と、
ビーム走査手段から出射した複数の走査ビームを検査すべき試料に向けて投射し、試料上に複数の光スポットを形成する対物レンズと、
前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、試料から出射した反射光を前記対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、試料に向かう走査ビームと試料から出射した反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
ビームスプリッタと光検出手段との間の光路中に配置され、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフト手段と、
前記位相シフト手段と光検出手段との間の光路中に配置され、前記第１の方向と対応する方向に延在するスリット状の開口部を有するスリット手段と、
前記光検出手段から出力される出力信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記スリット手段は、ガラス基板と、ガラス基板上に形成され、互いに異なる開口幅を有する複数のスリット状の開口部を有する遮光パターンとを有し、検査目的、検査対象又は対物レンズの倍率に応じて所望の開口幅のスリット状開口部が光路中に挿入され、
前記光検出手段は、前記試料から出射した反射光を前記位相シフト手段及びスリット手段の開口部を介して受光することを特徴とする検査装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の検査装置において、前記走査ビームが試料の正常な部分を走査した場合、前記位相シフト手段から出射する合成ビームのほぼ全体がスリット手段により遮光され、暗視野検査モードにより欠陥検出が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項４】
明視野検査モードで欠陥検査が行われる第１の検査モードと、暗視野検査モードで欠陥検査が行われる第２の検査モードとの間で切り換え可能な検査装置であって、
光ビームを発生する光源装置と、
前記光ビームを走査するビーム走査手段と、
ビーム走査手段から出射した走査ビームを検査すべき試料に向けて投射し、試料上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記試料から出射した反射光を前記対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、試料に向かう走査ビームと試料から出射した反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと光検出手段との間の光路中に移動可能に配置され、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフト部、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する空間フィルタ部、及び、入射する反射ビームをそのまま通過させる光通過エリアを有し、検査モードに応じて前記位相シフト部、空間フィルタ部又は光通過エリアが選択的に光路中に配置される位相シフト手段と、
前記位相シフト手段と光検出手段との間の光路中に挿脱自在に配置され、スリット状の開口部を有するスリット手段と、
前記光検出手段から出力される出力信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記第１の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の光通過エリア又は空間フィルタ部が光路中に位置決めされると共に前記スリット手段は光路から除外されて欠陥検査が行われ、前記第２の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の位相シフタ部が光路中に位置決めされると共に前記スリット手段も光路中に配置されて欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項５】
明視野検査モードで欠陥検査が行われる第１の検査モードと、暗視野検査モードで欠陥検査が行われる第２の検査モードとの間で切り換え可能な検査装置であって、
光ビームを発生する光源装置と、
前記光ビームを走査するビーム走査手段と、
ビーム走査手段から出射した走査ビームを検査すべき試料に向けて投射し、試料上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記試料から出射した反射光を前記対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、試料に向かう走査ビームと試料から出射した反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタと光検出手段との間の光路中に移動可能に配置され、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフト部、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する空間フィルタ部、及び、入射する反射ビームをそのまま通過させる光通過エリアを有し、検査モードに応じて前記位相シフト部、空間フィルタ部又は光通過エリアが選択的に光路中に配置される位相シフト手段と、
前記位相シフト手段と光検出手段との間の光路中に配置され、光入射端は前記位相シフト手段から出射した光ビームを受光するように決め位置決めされ、光出射端は前記光検出手段に光学的に結合されている光ファイバと、
前記光検出手段から出力される出力信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記第１の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の光通過エリア又は空間フィルタ部が光路中に位置決めされて欠陥検査が行われ、前記第２の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の位相シフタ部が光路中に位置決めされて欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項６】
明視野検査モードで欠陥検査が行われる第１の検査モードと、暗視野検査モードで欠陥検査が行われる第２の検査モードとの間で切り換え可能な検査装置であって、
光ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射した光ビームを第１の方向に整列した複数の走査ビームに変換するマルチビーム形成手段と、
前記複数の走査ビームを第１の方向と直交する第２の方向に走査するビーム走査手段と、
ビーム走査手段から出射した複数の走査ビームを検査すべき試料に向けて投射し、試料上に複数の光スポットを形成する対物レンズと、
前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、試料から出射した反射光を前記対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、試料に向かう走査ビームと試料から出射した反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
ビームスプリッタと光検出手段との間の光路中に移動可能に配置され、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフト部、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する空間フィルタ部、及び、入射する反射ビームをそのまま通過させる光通過エリアを有し、検査モードに応じて前記位相シフト部、空間フィルタ部又は光通過エリアが選択的に光路中に配置される位相シフト手段と、
前記位相シフト手段と光検出手段との間の光路中に挿脱自在に配置され、スリット状の開口部を有するスリット手段と、
前記光検出手段から出力される出力信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記第１の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の光通過エリア又は空間フィルタ部が光路中に位置決めされると共に前記スリット手段は光路から除外されて欠陥検査が行われ、前記第２の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の位相シフタ部が光路中に位置決めされると共に前記スリット手段も光路中に配置されて欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項７】
請求項６に記載の検査装置において、前記第２の検査モードに設定された場合において、走査ビームが試料の正常な部分を走査した際前記位相シフト部から出射する合成ビームのほぼ全体がスリット手段により遮光され、暗視野検査モードにおいて欠陥検査が行われることを特徴とする検査装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の検査装置において、前記位相シフト手段は、移動可能に配置したガラス基板と、ガラス基板上に形成した第１〜第３のパターンエリアとを有し、第１のパターンエリアは入射した反射ビームをそのまま通過させる光通過エリアを形成し、第２のパターンエリアは、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する遮光パターンを有する空間フィルタ部を形成し、第３のパターンエリアは、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する段差により構成される位相シフト部を形成することを特徴とする検査装置。
【請求項９】
請求項８に記載の検査装置において、前記ガラス基板は、前記遮光パターン及び段差の延在方向と直交する方向に移動可能に装着され、選択された検査モードに応じて光通過エリア、遮光パターン又は段差が光路中に位置決めされることを特徴とする検査装置。
【請求項１０】
請求項６から９までのいずれか１項に記載の検査装置において、前記スリット手段は、ガラス基板と、ガラス基板上に形成され、互いに異なる開口幅を有する複数のスリット状の開口部を有する遮光パターンとを有し、検査目的、検査対象又は対物レンズの倍率に応じて所望の開口幅のスリット状開口部が光路中に挿入されることを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスク基板、マスクブランクス又は半導体ウェハ等の試料に存在する欠陥を高感度で検出するのに好適な検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マスクブランクスや半導体ウェハに存在する欠陥を検出する検査装置として、共焦点光学系が搭載された検査装置が既知である（例えば、特許文献１参照）。この既知の検査装置では、レーザ光源から出射した光ビームを複数の走査ビームに変換し、複数の走査ビームにより試料表面を走査し、試料からの反射ビームをフォトダイオードアレイにより受光している。そして、フォトダイオードアレイから出力される輝度信号を用い、反射ビームの輝度変化に基づいて欠陥が検出されている。共焦点光学系を利用した検査装置は、フレアー光による影響が少ないため、微小な欠陥を高分解能で検出できる利点がある。また、マルチビームで試料表面を走査するため高速で検査でき、高いスループットが達成される利点も達成される。
【０００３】
共焦点光学系を利用した検査装置の応用例として、試料から出射した反射ビームに対して片側半分の光路を遮光する空間フィルタを用いた欠陥検出装置も既知である（例えば、特許文献２参照）。この欠陥検査装置では、試料から出射した反射ビームの光路中に空間フィルタとして機能する遮光板が配置され、反射ビームの片側半分の光路が遮光され、残りの半分の光路を伝搬するビーム部分がフォトダイオードアレイに入射し、出力される輝度信号に基づいて欠陥が検出されている。空間フィルタを用いて反射ビームの片側半分のビーム部分を遮光することにより、試料表面の欠陥に起因する位相変化が輝度変化に変換されるため、欠陥に起因して位相が変化する所謂位相欠陥を検出する場合に有益である。例えば、試料表面に凹凸欠陥が存在する場合、フォトダイオードアレイから出力される輝度信号中に発生する輝度変化の高低の発生順序に基づき、検出された欠陥が凸状欠陥であるか凹状欠陥であるかが判別することができる。従って、空間フィルタを利用した欠陥検査装置は、光検出手段から出力される輝度信号に基づいて検出された欠陥の形態が判別できるため、検出された欠陥の種類を特定し又は検出された欠陥を分類する際に有益な情報が得られる利点がある。
【０００４】
共焦点光学系を利用した検査装置の別の応用例として、光源と対物レンズとの間の光路中に微分干渉光学系を配置した欠陥検査装置が既知である（例えば、特許文献３参照）。この既知の欠陥検査装置では、対物レンズとビーム偏向手段との間にノマルスキープリズムが配置され、試料表面の微小な凹凸変化から欠陥が検出されている。微分干渉光学系を利用した検査装置では、試料表面に形成された数１０ｎｍ程度の微小な凹凸変化が輝度変化として検出されるため、微小な凹凸欠陥を検出するのに好適である。
【特許文献１】特開平１０−２８２０１０号公報
【特許文献２】特開２００３−４６５４号公報
【特許文献３】特開２００１−２７６１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、共焦点光学系を利用した欠陥検査装置は、フレアーの影響が少ないため、各種欠陥を高分解能で検出できる利点がある。また、共焦点光学系中にノマルスキープリズムが配置された検査装置においては、試料表面に形成された数１０ｎｍ程度の微小な凹凸変化を輝度変化として検出できる利点が達成される。しかしながら、ノマルスキープリズムを用いた場合、１本の走査ビームから試料表面上に２つの光スポットが形成されるため、試料表面上における光スポットのパワー密度が低くなり、微小な欠陥に対する検出感度が低下する問題があった。
【０００６】
また、空間フィルタを利用した欠陥検査装置では、欠陥の形態を判別できるので、検出された欠陥の種類を特定し又は分類するのに有益な情報が得られる利点がある。しかしながら、共焦点光学系は明視野光学系であるため、受光素子から出力される輝度信号中にショットノイズが不可避的に発生し、検出感度が低下する問題点が指摘されている。すなわち、明視野光学系の場合、試料からの反射ビームはビームサイズとほぼ同等なピンホールを通過した後受光素子に入射し、受光素子から出力される輝度信号のレベル変化に基づいて欠陥が検出される。一方、ショットノイズが発生すると、受光素子から出力される輝度信号中にレベル変化が発生する。従って、ショットノイズによる影響を抑制するためには、欠陥検出の閾値レベルを比較的高く設定する必要があり、この結果欠陥についての検出感度が低下する不具合が生じてしまう。一方、閾値レベルを低く設定して検出感度を高く設定しようとすると、ショットノイズ起因する信号レベルの変化が検出されるため、疑似欠陥が多発する問題点が発生する。
【０００７】
これに対して、共焦点光学系を利用して暗視野検査モードで欠陥検出を行うことができれば、ショットノイズによる問題が発生せず、一層高い検出感度の欠陥検査が可能になる。従って、マスクブランクスや半導体基板に存在する数ｎｍ程度のサイズの微細な欠陥を高感度で検出できる検査装置が期待される。
【０００８】
共焦点光学系を用いた検査装置では、試料表面の２次元画像及び３次元画像を撮像することが可能であり、検出された欠陥を観察し又は分類することができる。さらに、上述した空間フィルタ方式の欠陥検査装置は、検出された欠陥の形態を特定することができ、検出された欠陥を分類することができる利点がある。従って、同一の検査装置において、明視野検査モードと暗視野検査モードとの間で切り換え可能な検査装置が実現できれば、欠陥検査の目的や欠陥検査の対象物の特性に応じて最適な欠陥検査を行うことができる利点も達成される。
【０００９】
本発明の目的は、共焦点光学系をベースにして暗視野検査モードで欠陥検査を行うことができる検査装置を実現することにある。
さらに、本発明の別の目的は、共焦点光学系をベースにして明視野検査モードと暗視野検査モードとの間で切り換え可能な検査装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による検査装置は、光ビームを発生する光源装置と、
前記光ビームを走査するビーム走査手段と、
ビーム走査手段から出射した走査ビームを検査すべき試料に向けて投射し、試料上に光スポットを形成する対物レンズと、
前記試料から出射した反射光を前記対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、試料に向かう走査ビームと試料から出射した反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
ビームスプリッタと光検出手段との間の光路中に配置され、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフト手段と、
前記位相シフト手段と光検出手段との間の光路中に配置され、スリット状の開口部を有するスリット手段と、
前記光検出手段から出力される出力信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記スリット手段は、ガラス基板と、ガラス基板上に形成され、互いに異なる開口幅を有する複数のスリット状の開口部を有する遮光パターンとを有し、検査目的、検査対象又は対物レンズの倍率に応じて所望の開口幅のスリット状開口部が光路中に挿入され、
前記光検出手段は、前記試料から出射した反射光を前記位相シフト手段及びスリット手段の開口部を介して受光することを特徴とする。
【００１１】
本発明では、試料表面を走査ビームにより走査し、試料表面からの反射光を対物レンズを介して光検出手段により検出する。走査ビームが試料の正常な部分を走査した場合試料からの反射光のほぼ全体がスリット手段により遮光されるので、暗視野の検査モードが構成される。この結果、明視野検査モードの欠点であるショットノイズの影響が解消され、微細な欠陥を一層高い検出感度で検出することが可能になる。例えば、SiC基板やエピタキャル成長層に存在する結晶欠陥のように、試料表面上に数ｎｍ程度の微細な凹凸として出現する微細な結晶欠陥を高い検出感度で検出することが可能になる。
【００１２】
本発明による検査装置は、スリット手段は、ガラス基板と、ガラス基板上に形成され、互いに異なる開口幅を有する複数のスリット状の開口部を有する遮光パターンとを有し、検査目的、検査対象又は検出感度に応じて所望の開口幅のスリット状開口部が光路中に挿入されることを特徴とする。光検出手段上に形成される２つの光スポット間の距離は、瞳におけるビームサイズや対物レンズの開口数等のファクタに応じて変化するため、スリット手段の開口幅が選択できれば、検査目的や検査対象に応じて最適な欠陥検出条件を設定できる利点が達成される。
【００１３】
本発明による検査装置は、明視野検査モードで欠陥検査が行われる第１の検査モードと、暗視野検査モードで欠陥検査が行われる第２の検査モードとの間で切り換え可能な検査装置であって、
光ビームを発生する光源装置と、
光源装置から出射した光ビームを第１の方向に整列した複数の走査ビームに変換するマルチビーム形成手段と、
前記複数の走査ビームを第１の方向と直交する第２の方向に走査するビーム走査手段と、
ビーム走査手段から出射した複数の走査ビームを検査すべき試料に向けて投射し、試料上に複数の光スポットを形成する対物レンズと、
前記第１の方向と対応する方向に配列された複数の受光素子を有し、試料から出射した反射光を前記対物レンズを介して検出する光検出手段と、
前記光源装置と対物レンズとの間の光路中に配置され、試料に向かう走査ビームと試料から出射した反射ビームとを分離するビームスプリッタと、
ビームスプリッタと光検出手段との間の光路中に移動可能に配置され、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路にπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフト部、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する空間フィルタ部、及び、入射する反射ビームをそのまま通過させる光通過エリアを有し、検査モードに応じて前記位相シフト部、空間フィルタ部又は光通過エリアが選択的に光路中に配置される位相シフト手段と、
前記位相シフト手段と光検出手段との間の光路中に挿脱自在に配置され、スリット状の開口部を有するスリット手段と、
前記光検出手段から出力される出力信号を用いて試料に存在する欠陥を検出する信号処理装置とを具え、
前記第１の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の光通過エリア又は空間フィルタ部が光路中に位置決めされると共に前記スリット手段は光路から除外されて欠陥検査が行われ、前記第２の検査モードに設定された場合、前記位相シフト手段の位相シフタ部が光路中に位置決めされると共に前記スリット手段も光路中に配置されて欠陥検査が行われることを特徴とする。
【００１４】
本発明による検査装置では、試料の正常な部分が走査された際試料からの反射光が光検出手段に入射する明視野検査モードと、試料の正常な部分が走査された際に試料からの反射光が光検出手段にほとんど入射せず欠陥上を走査した際にのみ反射光が入射する暗視野検査モードとの間で切り換え可能な構成とする。SiC基板等の各種結晶基板や基板上に形成されたエピタキシャル層に存在する結晶欠陥は、基板表面又はエピタキシャル層の表面に数ｎｍの凹凸と出現する。このような微細な欠陥は、明視野検査モードでは光学的ノイズや電気的なノイズによる影響を受けるため明瞭に検出しにくい問題がある。これに対して、暗視野検査モードにおいては、光学的なノイズ等による影響が極めて小さいため、数ｎｍの凹凸であっても高い検出感度で検出することが可能である。他方において、異物付着等による欠陥やマイクロパイプ等のピット欠陥は数１０μｍ程度の比較的サイズの大きな凹凸として試料表面に出現するので、明視野検査モードにおいて、バックグランドから明瞭に区別される低輝度画像として観察され、明視野検査モードで検出することが望ましい。従って、明視野検査モードと暗視野検査モードとの間で切り換えることができれば、検査目的や検査対象物に応じて最適な検査条件で欠陥検出を行うことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による検査装置では、試料の正常な部分が走査された際に試料からの反射光が光検出手段にほとんど入射せず、試料表面に存在する欠陥上を走査した場合にのみ反射光が入射する暗視野検査モードで欠陥検出が行われるため、試料表面上に数ｎｍ程度の微小な高さ変位として出現する微細な欠陥を高い検出感度で検出することができる。
さらに、本発明では、明視野検査モードと暗視野検査モードとの間で切り換え可能な構成が採用されているので、検査の目的や検査対象物に応じて最適な欠陥検出条件で検査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明による検査装置の一例を示す図である。
【図２】光透過手段の一例を示す図である。
【図３】スリット手段の一例を示す図である。
【図４】光検出手段上に形成されるスポットパターンを示す線図である。
【図５】空間フィルタの機能を説明するための原理図である。
【図６】第２の検査モードにおける光検出手段からの出力信号の一例を示す図である。
【図７】信号処理装置の欠陥検出の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は本発明による検査装置の一例を示す図である。本例では、２つの明視野検査モードと１つの暗視野検査モードとを有し、これらモード間で切り換え可能な検査装置について説明する。第１の検査モードにおいては、共焦点光学系を利用したマルチビーム走査方式の検査装置が構成される。第１の検査モードにおいては、共焦点光学系として構成されるので、試料表面の２次元画像及び３次元画像を撮像することができる。従って、検査モードを切り換え、暗視野検査モードで検出された欠陥のアドレスを用いて欠陥部位の２次元画像及び３次元画像を撮像してレビューすることも可能である。第２の検査モードは、明視野検査モードであって、共焦点光学系に空間フィルタが挿入された検査装置を構成する。この検査モードでは、検出された欠陥の形態が特定され、検出された欠陥を分類する場合に有益である。また、欠陥検査と並行して試料表面の２次元画像が撮像されるので、検出された欠陥をレビューすることも可能である。さらに、第３の検査モードは、暗視野検査モードであり、数ｎｍ程度の微小な欠陥を高感度で検出する場合に有益である。従って、本発明の検査装置は、欠陥検査の目的や欠陥検査の対象に応じて第１〜第３の検査モードを切り換えることができる。特に、第３検査モードで検出された欠陥を第１又は第２の検査モードに設定して明視野欠陥像として観察することができる。
【００１８】
光源１から出射した光ビームはマルチビーム形成手段として作用する透過型回折格子２に入射する。光源１として、レーザ光源を用いることができる。回折格子２は、入射した光ビームを第１の方向（紙面内方向）に整列した複数の走査ビームに変換する。尚、図面を明瞭にするため、走査ビームとして５本の走査ビームを図示したが、５本以上の所望の本数の走査ビームに変換することができる。また、回折格子２は、後述する対物レンズと共役な位置に配置する。
【００１９】
回折格子２から出射した走査ビームは、第１及び第２のリレーレンズ３及び４を経てビームスプリッタ５に入射する。本例では、ビームスプリッタ５として、偏光ビームスプリッタを用いる。ビームスプリッタ５は、光源から検査されるべき試料に向かう走査ビームと試料で反射した反射ビームとを分離する作用を果たす。走査ビームは偏光ビームスプリッタ５を透過し、振動ミラー６に入射する。振動ミラー６は、入射した走査ビームを第１の方向と直交する第２の方向（紙面と直交する方向）に周期的に偏向するビーム走査手段として作用する。尚、振動ミラー以外の各種走査手段を用いることができ、例えばポリゴンミラーを用いることも可能である。尚、振動ミラー６は、信号処理装置２１から供給される制御信号により制御される。
【００２０】
振動ミラー６で反射した走査ビームは、第３及び第４のリレーレンズ７及び８並びにλ／４板９を経て対物レンズ１０に入射する。対物レンズ１０は、入射した走査ビームを集束し、ステージ１１上に配置した試料１２上に第１の方向と対応する方向に整列した複数の光スポットを形成する。図面上、対物レンズは単一のレンズ系として図示したが、倍率の異なる複数の対物レンズを交換可能に搭載することができる。そして、検査目的や検査対象物に応じて最適な倍率の対物レンズを光路中に配置することが可能である。
【００２１】
対物レンズ１０は、光軸方向に移動可能に支持すると共にモータ１３が連結され、光軸方向に移動することができる。さらに、対物レンズ１０には位置センサ１４を連結し、その光軸方向の位置を検出し、検出された対物レンズ位置情報は信号処理装置２１に供給する。従って、対物レンズ１０を光軸方向に移動させながら複数回２次元画像を撮像することにより、第１の検査モードにおいて試料表面の２次元画像及び３次元画像を撮像することができる。
【００２２】
ステージ１１は、例えばＸＹステージにより構成する。ステージ１１は信号処理装置２０から供給される駆動制御信号により制御され、検査中第１の方向に等速で移動する。従って、試料１２は、ステージによる第１の方向の移動と振動ミラー６による第１の方向と直交する第２の方向のビーム走査により、複数の走査ビームにより２次元的に走査される。
【００２３】
試料表面から出射した複数の反射ビームは、対物レンズ１０により集光され、λ／４板９、第４及び第３のリレーレンズ８及び７を経て振動ミラー６に入射する。入射した反射ビームは、振動ミラーによりデスキャンされ、ビームスプリッタ５に入射する。入射した反射ビームは、λ／４板９を２回透過しているから、ビームスプリッタ５の偏光膜で反射する。
【００２４】
ビームスプリッタ５から出射した複数の反射ビームは、位相シフト手段１５に入射する。この位相シフト手段１５は３つのモードを有する。第１のモードは入射した反射ビームを位相シフトすることなくそのまま通過させるモードである。第２のモードは、走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光し、残りの半分の光路はそのまま通過させる空間フィルタとして機能するモードである。第３のモードは、走査方向と対応する方向の片側半分の光路を伝搬する反射ビームについてπ又はその奇数倍の位相差を導入する位相シフタとして機能するモードである。これら３つのモードは、第１〜第３の検査モードに応じて選択され、選択された検査モードにおいて各モードのパターンエリアが光路中に挿入される。従って、第１の検査モードにおいては第１のパターンエリアが光路中に位置し、第２の検査モードにおいては第２のパターンエリアが光路中に挿入され、第３の検査モードにおいては第３のパターンエリアが光路中に挿入される。
【００２５】
位相シフト手段１５は、３つのモードに対応したパターンエリアが形成されたガラス基板により構成され、このガラス基板にモータ１６が連結され、モータ１６を駆動することにより各モードのパターンエリアが光路中に位置決めされる。尚、位相シフト手段１５の詳細な構成は後述する。
【００２６】
位相シフト手段１５から出射した光ビームは、結像レンズ１７を介して光検出手段１８上に結像される。光検出手段１８は、第１の方向と対応する方向にそって配列された複数の受光素子を有するフォトダイオードアレイにより構成され、各受光素子は、位相シフト手段１５から出射した各ビームをそれぞれ受光する。尚、フォトダイオードアレイの代わりに、リニアイメージセンサを用いることも可能である。フォトダイオードアレイの各受光素子は、保持枠により光入射面が規定されているため、受光素子の前面にピンホールが配置された状態とほぼ等価である。光検出手段１８は信号処理装置２１から供給される駆動信号により制御され、各受光素子に蓄積された電荷は１ラインごとに順次読み出され、増幅器（図示せず）を介して信号処理装置２１に出力される。
【００２７】
光検出手段１８の前面には、第１の方向と対応する方向に延在するスリット状の開口パターンを有するスリット手段１９を配置する。このスリット手段１９にはモータ２０が連結され、モータ２０を駆動することにより検査モードに応じて光路中に挿入される。すなわち、明視野検査モードで欠陥検査が行われる第１及び第２の検査モードに設定される場合光路から除外され、暗視野検査モードで欠陥検査が行われる第３の検査モードに設定された場合光路中に挿入される。従って、第３の検査モードにおいては、スリット手段１９の開口パターンに入射した光ビーム部分だけが光検出手段１８に入射し、開口パターンからずれた位置に入射した光ビームは遮光され、光検出手段に入射しない。尚、スリット手段１９の作用については後述する。
【００２８】
信号処理装置２１は、光検出手段１８から供給される輝度信号に基づいて試料に存在する欠陥を検出すると共に検出された欠陥のアドレスを特定する。試料１２上における走査ビームの第１の方向の位置は、光検出手段の受光素子の配置情報及びステージに連結された位置センサから出力される位置信号により特定され、第２の方向における位置は振動ミラー６に供給される駆動制御信号の角度情報により特定される。従って、信号処理装置２１は、光検出手段１８から出力される輝度信号を受け取ると共に、振動ミラー６の駆動制御信号及びステージ１１の位置信号に基づいて欠陥を検出すると共に検出された欠陥のアドレスを特定し、欠陥の存在及びそのアドレスを示す欠陥信号を出力する。出力された欠陥信号は、欠陥メモリに記憶することができる。
【００２９】
図２は位相シフト手段１５の一例を示す図であり、図２（Ａ）は光軸方向から見た線図的平面図及び図２（Ｂ）は図２（Ａ）のII−II線断面図である。尚、図２（Ａ）において、整列した５個の円形の部分は入射した５個の反射ビームを示す。よって、入射した反射ビームは第１の方向（走査方向と直交する方向に対応する方向）にそって整列する。位相シフト手段１５は、反射ビームに対して透明なガラス基板３０を有する。ガラス基板３０には、反射ビームが整列する第１の方向と直交する第２の方向にそって第１〜第３の３つのパターンエリア３１〜３３が形成される。第１の検査モードに設定された場合、第１のパターンエリア３１が光路中に挿入され、第２の検査モードに設定された場合第２のパターンエリア３２が光路中に挿入され、第３の検査モードに設定された場合第３のパターンエリア３３が光路中に挿入される。
【００３０】
第１のパターンエリア３１は入射した反射ビームに特別な光学的な作用を行うことなく透過させるエリアである。よって、第１の検査モードに設定された際、反射ビームは第１のパターンエリアに入射し、ガラス基板を透過してそのまま出射する。
【００３１】
第２のパターンエリア３２は空間フィルタ部であり、入射した複数の反射ビームに対して、ビーム走査方向と対応する方向の片側半分の光路を遮光する空間フィルタとして機能する。第２のパターンエリアは、ガラス基板３０の表面に第１の方向に延在するように形成された金属クロムの遮光パターン３４を有する。金属クロムの遮光パターンは、入射した反射ビームに対して不透明であるから、反射ビームのうちビーム走査方向における片側半分のビーム部分が遮光され、残りの半分のビーム部分だけが出射する。
【００３２】
第３のパターンエリア３３は位相シフタ部であり、入射した複数の反射ビームに対して、ビーム走査方向における片側半分の光路を伝搬するビーム部分にπ又はその奇数倍の位相差を与える位相シフタとして機能する。この第２のパターンエリアは、ガラス基板３０の表面３５と、π又はその奇数倍に相当する深さを有する矩形の凹部３６とから成る段差により構成され、段差の境界線３７は第１の方向（ビーム走査方向と直交する方向）に延在する。暗視野検査モードに設定された際、段差の境界線が反射ビームの中心に位置するように位置決めされる。よって、各反射ビームの片側半分の光路を伝搬するビーム部分に対してπ又はその奇数倍の位相差が導入され、互いに位相反転した２つのビーム部分が合成された合成ビームが出射する。ここで、位相差が導入される方向（位相反転したビーム部分が位置する方向）を位相シフト方向と称することにする。
【００３３】
図３は、暗視野検査モードにおいて光路中に配置され、明視野検査モードにおいて光路から除外されるスリット手段１９の一例を示す図であり、図３（Ａ）は光軸方向から見た線図的平面図あり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のII−II線断面図である。スリット手段１９は、ガラス基板４０とその表面に形成したクロムの遮光膜４１とを有する。遮光膜４１には、入射する反射ビームの配列方向である第１の方向に延在する複数のスリット状の開口パターン４１ａ〜４１ｅを形成する。開口パターン４１ａ〜４１ｅの開口幅Ｗ１〜Ｗ５は互いに相違する。これらの開口パターンはエッチング処理により高精度に形成することができる。各開口パターン間の間隔はｄに設定され、ガラス基板４０を第１の方向と直交する第２の方向に距離ｄだけ移動させることにより、検査目的や検査対象或いは対物レンズの倍率等の各種ファクタに応じて最適な開口幅の開口パターンを光路中に挿入することできる。
【００３４】
次に、光検出手段上に結像される反射ビームの結像パターンについて説明する。図４は光検出手段上に形成される結像パターンの一例を線図的に示し、図４（Ａ）は第１の検査モードすなわち共焦点光学系として構成された場合の結像パターンを示し、図４（Ｂ）は第３の検査モードすなわち暗視野検査モードに設定された場合の結像パターンを示し、図４（Ｃ）は光検出手段の前面にスリット手段が配置された場合の受光エリアを示し、図４（Ｄ）は第３の検査モードにおいて受光エリアに合成ビームが入射する状態を示す。尚、図４（Ａ）〜（Ｄ）において、左側の図は試料の正常な部位を走査したときの結像パターンを示し、右側の図は欠陥上を走査したときの結像パターンを示す。
【００３５】
本例では、光検出手段として受光面が円形のフォトダイオードアレイを用い、フォトダイオード（受光素子）の受光面を符号５０で示す。図４（Ａ）に示すように、共焦点光学系を構成する場合、走査ビームはTEM00モードの光ビームで照明されるため、試料からの反射ビームもTEM00モードの光ビームとなり、受光素子上には単一の光スポットが結像される。試料上の正常な部分に位置する走査スポットからの反射ビームは、受光素子の受光面とほぼ同様なサイズの光スポットとして結像される。一方、欠陥上に形成された走査スポットからの反射ビームは、発散性又は集束性ビームとなって光検出手段に入射するため、欠陥の形態に応じて円形又は楕円形のビームとなり、フォトダイオードの受光面よりも大きなサイズの光スポットが形成される。よって、欠陥上を走査した場合、受光素子により受光される反射ビームの光量は正常な部位を走査した際の反射ビームの光量よりも少なくなるため、受光素子から出力される輝度信号を基準信号と比較することにより欠陥が検出される。
【００３６】
一方、第３の検査モードでは、位相シフト手段１５の位相シフタ部が光路中に挿入されるため、反射ビームの片側半分のビーム部分にπの位相差が導入され、互いに位相反転した２つのビーム部分が合成された合成ビームが受光素子に入射する。よって、反射ビームは、位相反転した２つのビーム部分間の相互干渉作用により、TEM10モードに変換される。この結果、図４（Ｂ）に示すように、受光素子上には、位相シフト方向（走査方向と対応する方向）に互いに離間した２つの光スポット（光ピーク点）を有するスポットパターンが形成される。図４（Ｂ）の左側の図は正常な部位を走査した際の受光素子上に形成されるスポットパターンを示し、右側の図は欠陥上を走査した際に形成されるスポットパターンを示す。正常な部位を走査する場合、位相シフト方向に離間したほぼ同一形状の２つの光スポットが形成される。一方、欠陥上を走査した場合、試料表面からの反射ビームは、例えば欠陥の形態に応じて位相分布が変化するため、受光素子上に形成される光スポットの大きさや形状等のファクタが変化する。図４（Ｂ）に示す例では、一方の光スポット５１ａはサイズの小さな光スポットとなり他方の光スポット５１ｂは大きな光スポットとなる。さらに、走査スポットが例えば凸状欠陥や凹状欠陥の斜面上を走査する場合、反射ビームは、斜面の傾斜角に応じて（上り斜面又は下り斜面かに応じて）位相シフト部の段差の境界線に対して変位するため、πの位相差が導入されるビーム部分の面積、すなわち位相シフトされるビーム部分の面積に偏りが発生し、受光素子上に形成される光スポットは位相シフト方向に変位し、或いは２つの光スポットのサイズに偏りが発生する。尚、光スポット５１ａ及び５１ｂは欠陥の形態に応じて変化し、図４（Ｂ）に示す光スポットの形状は一例として示す。また、２つの光スポット５１ａと５１ｂとの間に微小な光量の反射光が分布する場合（準暗視野モード）があり、このような場合も、暗視野検査モードと同等な欠陥検出が行われる。
【００３７】
図４（Ｃ）は、光検出手段の受光素子５０の前面にスリット手段１９の遮光パターン４０が配置された状態を線図的に示す。位相シフト手段１５の位相シフタ部から出射した合成ビームはスリット手段のスリット状の開口パターン４１を通過した合成光だけが受光素子に入射する。従って、受光素子の光入射面５０と開口パターン４１により規定されるエリアが受光エリア５２となり、受光エリア５２以外の部分に入射したビーム部分は受光素子により検出されないことになる。従って、スリット手段１９の開口パターンの開口幅を、走査ビームが試料の正常な部位を走査する際に形成される２個の光スポット間の距離ｄ（図４（Ｂ）に示す）よりも十分に狭くなるように設定すれば、位相シフト手段から出射した合成光は受光素子にほぼ入射せず、欠陥上を走査した場合のみ受光素子に合成光が入射するため、暗視野検査モードが構成される。また、反射ビームが完全なTEM10モードにならず、受光エリア５２に微小な光量の反射光が分布する場合がある。このような場合であっても、欠陥検出における閾値を僅かに変更するだけで暗視野検査モードとほぼ同等な欠陥検出が行われ、従って、準暗視野検査モードとなる。さらに、開口パターンの開口幅を、２個の光スポット間の距離ｄに等しいか又は若干長くなるように設定すれば、正常な部位を走査した際にフォトダイオードに僅かな光量の反射光が入射する準暗視野検査モードに設定される。このような場合であっても、暗視野検査モードとほぼ同等な欠陥検出が行われる。尚、完全な暗視野検査モードと準暗視野検査モードとは、検査目的や検査対象物等に応じて宜選択することが可能である。
【００３８】
尚、２つの光スポット５１ａと５１ｂとの間の間隔ｄは、瞳上のビーム径に応じて変化するため、スリット手段に開口幅の異なる複数の開口パターンを形成すれば、検査目的や検査対象物等の特性に応じて最適な開口幅の開口パターンを選択することができる利点が達成される。この結果、欠陥検査の目的や検査対象に応じて最適な開口幅の開口パターンを選択することができる。
【００３９】
図４（Ｄ）は、受光素子、開口パターン及び受光素子上に形成される光スポットを光軸方向から見た線図である。図４（Ｄ）の左側の図面に示すように、走査ビームが試料の正常な部位を走査する場合、位相シフト手段１３から出射した合成光は、スリット手段に形成された遮光パターン４０により遮光されるため、受光エリアに入射せず、受光素子からほぼ零の輝度信号が出力される。一方、図４（Ｄ）の右側の図面に示すように、走査ビームが試料の欠陥上を走査する場合、一方の光スポット５１ｂを形成する合成光の一部が受光エリア５２に入射し、受光素子から入射光量に対応した輝度信号が出力される。この結果、暗視野光学系が構成され、受光素子から出力される出力信号に基づいて試料表面に存在する微小な欠陥を検出することが可能になる。
【００４０】
次に、位相シフト手段に形成された空間フィルタの作用について説明する。図５は検査モード１及び２の光学系の原理を説明するための模式図であり、図５（Ａ）は第１の検査モードすなわち空間フィルタが光路中に存在しない光学系を示し、図５（Ｂ）及び（Ｃ）は空間フィルタが光路中に配置された光学系の原理を説明する模式図である。点光源６０から発生した光ビームは、ビームスプリッタとして機能するハーフミラー６１を経て対物レンズ６２に入射する。対物レンズ６２は入射した光ビームを微小スポット状に集束し、対物レンズの焦点位置に配置した試料６３上に投射する。試料表面からの反射ビームは、対物レンズにより集光され、ハーフミラーで反射し、ピンホール６４を通過して光検出器６５に入射する。ここで、対物レンズの焦点に位置する試料表面からの反射光はピンホール６４を通過して光検出器６５に入射するが、試料表面が対物レンズの焦点位置から変位している場合、試料表面からの反射光の一部はピンホールを通過できず、光検出器からの出力信号の強度が低下する。従って、光検出器からの出力信号の強度変化に基づいて欠陥が検出される。この第１の検査モードの場合、凹状欠陥及び凸状欠陥の走査中光検出器から出力信号は共に低下するため、輝度変化に基づいて欠陥を検出することは可能であるが、検出された欠陥が凸状欠陥であるか凹状欠陥であるの判別はできない。
【００４１】
図５（Ｂ）及び（Ｃ）は、空間フィルタ６６が光路中に挿入された第２の検査モードの光学系を示し、図５（Ｂ）は光ビームが凸状欠陥の上向き斜面上を走査する状態を示し、図５（Ｃ）は凸状欠陥の下向き斜面上を走査する状態を示す。実線は試料表面が対物レンズの焦点面に位置する平坦な試料表面からの反射光を仮想した反射光を示し、破線は欠陥の傾斜面からの反射光を示す。また、空間フィルタ６６は、走査方向の前側又は後側の片側半分の光路を遮光する。尚、図５（Ｂ）及び（Ｃ）においては、光路の前側を遮光する。
【００４２】
光スポットが上向きの傾斜面を走査する場合、図５（Ｂ）に示すように、反射ビームは、平坦な基準面を走査する場合に比べて走査方向の後側に変位する。これに対して、光スポットが下向きの傾斜面を走査する場合、図５（Ｃ）に示すように、反射ビームは基準面を走査する場合に比べて走査方向の前側に変位する。従って、凸状欠陥を走査する場合、初めに上向き斜面を走査し、続いて下向きの斜面を走査するため、光検出器６５に入射する反射光の光量は初め増加し、その後低下する。一方、凹状欠陥を走査する場合、初めに下向きの斜面を走査し、続いて上向きの斜面を走査するため、光検出器６５に入射する反射光の光量は初め減少し、その後増加する。
【００４３】
図６は、凸状欠陥及び凹状欠陥を走査した場合において、光検出器６５から出力される出力信号の一例を示す。図６において、縦軸は輝度値を示し、横軸は時間を示す。また、図中実線は検査モード１に設定された場合の出力信号を示し、破線は凸状欠陥を走査した場合の出力信号を示し、一点鎖線は凹状欠陥を走査した場合の出力信号を示す。空間フィルタが配置されていない検査モード１において、凸状欠陥及び凹状欠陥を走査した場合共に凹状のピークが発生する。これに対して、検査モード２においては、凸状欠陥を走査した場合初めに凸状のピークが発生し時間的に連続して凹状のピークが発生する。また、凹状欠陥を走査した場合、初めに凹状のピークが発生し時間的に連続して凸状のピークが発生する。従って、凸状及び凹状のピークの発生順序に基づき、検出された欠陥が凸状欠陥又は凹状欠陥の判別が可能になる。
【００４４】
次に、検査モードの設定について説明する。初めに、第１の検査モードについて説明する。第１の検査モードでは、位相シフト手段１３は第１のパターンエリアが光路中に位置するように位置決めされ、スリット手段１７は光路から取り除かれる。従って、試料からの反射ビームは位相シフトされることなくそのまま光検出手段に入射する。この第１の検査モードは、共焦点光学系による欠陥検査であり、明視野検査モードで欠陥検査が行われ、試料の２次元画像が撮像されると共に得られた２次元画像の各画素値を基準値と比較することにより欠陥が検出される。従って、試料表面を１回走査するだけで、欠陥検査が行われると共に検出された欠陥の２次元画像が撮像される。従って、検出された欠陥の２次元画像をモニタ上に表示することができ、モニタ上に表示された欠陥画像から有益な情報を得ることができる。さらに、検出された欠陥及びその周辺の領域の３次元画像を得ることもできる。
【００４５】
次に、第２の検査モードについて説明する。第２の検査モードに設定する場合、位相シフト手段１５を第２のパターンエリアが光路中に位置するように位置決めし、スリット手段１９は光路から取り除く。従って、空間フィルタが光路中に挿入されるため、検出された欠陥が凹状欠陥か又は凸状欠陥かを判別することができ、その判別結果に基づいて検出された欠陥を分類することができる。さらに、第２の検査モードにおいても、試料表面の２次元画像及び３次元画像が撮像されるので、検出された欠陥の２次元画像又は３次元画像をモニタ上に表示することにより、検出された欠陥を解析することが可能になる。
【００４６】
次に、第３の検査モードについて説明する。第３の検査モードに設定する場合、位相シフト手段の第３のパターンエリアが光路中に位置決めされ、スリット手段１９の最適な開口幅の開口パターンが光路中に位置するように位置決めされる。第３の検査モードにおいては、暗視野検査モード又は準暗視野検査モードで欠陥検査が行われるため、ショットノイズや光源ノイズの影響が無いため、微細な欠陥を一層高い検出感度で検出することが可能になる。第３の検査モードでは、試料表面の暗視野画像が形成されるため、欠陥像は、暗視野中に明るい欠陥像として表示される。尚、欠陥像を明視野画像としてレビューすることを希望する場合、検査モードを第１又は第２の検査モードに切り換え、既に取得された欠陥のアドレス情報を用いて欠陥像を撮像し、欠陥の明視野像をモニタ上に表示することができる。
【００４７】
図７は信号処理装置の一例を示す図である。初めに、第１の検査モードに設定された場合について説明する。第１の検査モードにおいては、共焦点光学系を利用して光検出手段から出力される輝度信号を用いて欠陥検出を行うと共に試料の２次元画像を形成する。また、必要に応じて試料表面の指定されたアドレスの３次元画像を形成することができる。光検出手段１８から出力される輝度信号（画像信号）は第１の欠陥検出手段７０に供給される。第１の検査モードでは、試料からの正反射光が光検出手段に入射し、試料の欠陥上を走査した場合、正反射光の輝度レベルが変化する。そのため、第１の欠陥検出手段７０は、予め設定した閾値範囲を有し、比較手段を用いて入力した輝度信号の輝度値が予め設定した閾値範囲に存在するか否かが検査される。そして、輝度信号が閾値範囲から外れた場合欠陥と判定し、輝度値が閾値範囲内の場合正常な部分の走査と判定する。輝度値が閾値範囲から外れた場合、欠陥検出信号を発生し、欠陥メモリ７１に供給する。欠陥メモリ７１には、ステージの位置を検出する位置センサからの位置情報及び振動ミラーの角度情報が入力し、欠陥検出信号が入力した際の試料表面のアドレスを欠陥の識別情報と共に記憶する。
【００４８】
光検出手段１８から出力される画像信号は２次元画像形成手段７２にも供給される。２次元画像形成手段は、入力した画像信号を用いて試料の２次元画像を形成し、画像メモリ７２に供給する。画像メモリ７２には、試料表面全体の２次元画像情報が記憶される。従って、欠陥検出が終了した後、検出された欠陥の識別情報を入力することにより、検出された欠陥の２次元画像をモニタ上に表示し、レビューすることができる。また、必要に応じて、試料表面の所望位置の２次元画像をモニタ上に表示することもできる。
【００４９】
検出された欠陥の３次元画像をレビューする場合、検出された欠陥のアドレスを入力し、指定した部位において対物レンズ１０を光軸方向に移動させながら複数の２次元画像を撮像し、得られた輝度信号を最大輝度値検出手段に供給し、各画素ごとに最大輝度値を検出し、最大輝度値が検出された時点における対物レンズの光軸方向の位置情報をＺ軸メモリに供給する。走査ビームの焦点が試料表面上に位置する場合、光検出手段の各受光素子から出力される輝度信号は最も高い輝度値を示すから、最大輝度値を発生する時点における対物レンズの光軸方向の位置を検出することにより、指定されたアドレスの３次元画像を撮像することができ、必要に応じて欠陥の３次元画像をモニタ上に表示することができる。
【００５０】
次に、第２の検査モードについて説明する。第２の検査モードにおいては、欠陥検出と共に検出された欠陥の凹凸判定も行われる。第２の検査モードにおいて、光検出手段１８から出力される輝度信号は第２の欠陥検出手段７４に供給される。第２の欠陥検出手段７４は、予め設定された閾値範囲を有し、入力した輝度信号の輝度値が閾値範囲から外れた場合、欠陥と判定し、欠陥検出信号を凹凸判定手段７５に供給する。凹凸判定手段７５には光検出手段１８から出力される輝度信号も入力する。凹凸判定手段７５は、入力した輝度信号の凹状ピークと凸状ピークの発生順序に基づき検出された欠陥が凸状欠陥であるか凹状欠陥であるかを判定する。そして、その判定結果として、検出された欠陥の識別番号、及びアドレス並びに凸状欠陥又は凹状欠陥を示す情報を組として欠陥メモリ７１に記憶する。
【００５１】
また、光検出手段から出力された画像信号は２次元画像形成手段７２にも供給され、形成された２次元画像情報が画像メモリ７３に供給される。よって、第２の検査モードにおいても、欠陥画像をモニタ上に表示してレビューすることができる。
【００５２】
次に、第３の検査モードについて説明する。第３の検査モードにおいて、光検出手段１８から出力される輝度信号は第３の欠陥検出手段７６に供給される。第３の検査モードにおいては、試料の正常な部分を走査した場合、試料からの反射光は光検出手段にほとんど入射せず、試料表面の欠陥部分を走査した場合だけ試料からの反射光が光検出手段に入射する。また、準暗視野検査モードに設定された場合、僅かな光量の反射光が光検出手段に入射する。よって、第３の欠陥検出手段は、完全な暗視野検査モードに設定された場合ほぼ零の値の閾値を有し、準暗視野検査モードに設定された場合極めて低い輝度レベルの閾値に設定される。そして、入力した輝度信号の輝度値と閾値とを比較する比較手段により比較処理が行われる。入力した輝度信号が予め設定した閾値を超える場合、欠陥上を走査したものと判定し、欠陥検出信号を発生する。欠陥検出信号は欠陥メモリ７１に供給され、検出された欠陥の識別番号及びアドレス情報とが対として欠陥メモリ７１に記憶される。第３の検査モードでは、暗視野検査モードで欠陥検出が行われ、暗視野の欠陥像が撮像される。よって、光検出手段１８から出力される画像信号を２次元画像形成手段７２に供給し、暗視野の２次元画像、すなわち暗いバックグンド上に明るい欠陥像が形成された暗視野２次元画像を形成する。形成された２次元画像は画像メモリ７３に記憶することができる。第３の検査モードでは、暗視野検査モードで欠陥検出が行われ、微小な輝度値の変化を検出できるため、例えばSiC基板に存在する結晶欠陥や各種エピタキシャル層に存在する結晶欠陥のように試料表面上に数ｎｍ程度の凹凸として出現する微細な結晶欠陥を検出するのに有益である。
【００５３】
次に、スリット手段の変形例について説明する。上述した実施例では、光検出手段の前面にスリット手段を配置し、試料の正常な部位を走査した際に位相シフト部から出射した互いに位相反転したビーム部分が合成された合成ビームが光検出手段に入射しないように設定し、暗視野検査モードが構成されている。一方、スリット手段の代わりとして、単一モード光ファイバを用いて暗視野検査モードを構成することも可能である。すなわち、位相シフト手段１５の位相シフト部において位相反転したビーム部分を１本の単一モード光ファイバに入射させ、単一モード光ファイバ中を伝搬させると、光ファイバを伝搬中に位相反転した２つのビーム部分が互いに相殺し合い、光ファイバから出射する合成ビームの輝度がほぼ零に近い状態に低下する。すなわち、試料の正常な部位を走査すると、位相反転されたビーム部分と位相反転されないビーム部分とは互いに等しいため、合成ビームが光ファイバを伝搬中に相殺し合い、光ファイバから輝度値がほぼ零に近い合成ビームが出射する。一方、走査ビームが欠陥上を走査すると、位相反転されるビーム部分と位相反転されないビーム部分との間に偏りが生じ、光ファイバから相殺されなかったビーム部分が出射する。従って、光ファイバから出射する合成ビームを光検出手段の各受光素子により検出することにより、試料に存在する欠陥を検出することができる。
【００５４】
単一モード光ファイバを用いて合成ビームを検出する場合、結像レンズと光検出手段との間に走査ビームの数に等しい光ファイバを配置する。各光ファイバの光入射端は位相シフト手段の位相シフト部から出射した合成ビームをそれぞれ受光するように位置決めし、光出射端は光検出手段の対応する受光素子にそれぞれ光学的に結合する。このように構成すれば、位相反転した２つのビーム部分が合成された合成ビームは、単一モード光ファイバを伝搬し、対応する受光素子により受光され、受光素子からの出力信号の輝度値を閾値と比較することにより欠陥が検出される。
【００５５】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、複数の走査ビームにより試料を走査する構成としたが、１本の走査ビームを用いて試料を走査する場合にも適用される。この場合、光ビームを２次元走査する２次元スキャナ装置が用いられる。
さらに、上述した実施例では、暗視野検査モードと明視野検査モードとの間で切り換え可能な構成としたが、暗視野検査モードだけで動作する検査装置とすることもできる。
【符号の説明】
【００５６】
１  光源
２  回折格子
３，４，７，８  リレーレンズ  
５  ビームスプリッタ
６  振動ミラー
９  λ／４板
１０  対物レンズ  
１１  ステージ
１２  試料  
１３，１６，２０  モータ
１４  位置センサ
１５  位相シフト手段  
１７  結像レンズ    
１８  光検出手段  
１９  スリット手段  
２１  信号処理装置  
【図１】
0005614759.tif 000002
【図２】
0005614759.tif 000003
【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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