(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明光を発射する光源と、
該光源から発射された照明光の光束の断面形状と強度分布を変換する回折光学素子を備えた光学変換部と、
該光学変換部で照明光の光束の断面形状と強度分布とが調整された照明光を試料上に該試料の表面に対して斜め方向から照射する照射部とを備え、
前記回折光学素子は、ガウシアン振幅分布をフーリエ変換した像面側の複素振幅分布の実数部をスリット状振幅分布に置き換えて逆フーリエ変換を行う反復フーリエ変換を繰り返し、反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、斜め入射により生じる位相差の項を位相分布に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から求めた位相分布を備え、前記照明光が前記試料上に照射されるスリット状の領域を均一の強度分布で焦点が合った状態で照射されるように前記照明光の光束の断面形状と強度分布とを変換することを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記回折光学素子は、前記照明光が前記試料上に照射される複数のスリット状の領域を均一の強度分布で焦点が合った状態で照射されるように前記照明光の光束の断面形状と強度分布とを変換することを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項３】
前記光源はレーザ光源であることを特徴とする請求項１記載の照明装置。
【請求項４】
試料の表面を該表面に対して斜め方向からレーザで照明する照明手段と、
該照明手段で照明された前記試料からの反射散乱光の像を検出する検出光学系手段と、
該検出光学系手段で検出した前記試料からの反射散乱光の像の画像信号を処理して前記試料表面の欠陥を検出する画像処理手段とを備え、
前記照明手段は、
レーザを発射する光源と、
該光源から発射されたレーザの光束の断面形状と強度分布を変換する回折光学素子を備えた光学変換部と、
該光学変換部で断面形状と強度分布とが調整されたレーザを試料上に照射する照射部とを有し、
前記回折光学素子は、ガウシアン振幅分布をフーリエ変換した像面側の複素振幅分布の実数部をスリット状振幅分布に置き換えて逆フーリエ変換を行う反復フーリエ変換を繰り返し、反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、斜め入射により生じる位相差の項を位相分布に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から求めた位相分布を備え、前記レーザが前記試料上に照射されるスリット状の領域を均一の強度分布で焦点が合った状態で照射されるように前記レーザの断面形状と強度分布とを変換することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項５】
前記検出光学系手段は、
前記照明手段で照明された前記試料からの反射散乱光のうち第１の方向に散乱した反射散乱光の像を検出する第１の反射散乱光像検出部と、
前記照明手段で照明された前記試料からの反射散乱光のうち第２の方向に散乱した反射散乱光の像を検出する第２の反射散乱光像検出部とを備え、
前記画像処理手段は、前記第１の反射散乱光像検出部で検出した画像と前記第２の反射散乱光像検出部で検出した画像とを処理することを特徴とする請求項４記載の欠陥検査装置。
【請求項６】
前記画像処理手段は、前記第１の反射散乱光像検出部で検出した画像と前記第２の反射散乱光像検出部で検出した画像とを処理して前記試料上の欠陥を検出し、該検出した欠陥を分類することを特徴とする請求項５記載の欠陥検査装置。
【請求項７】
試料の表面を該表面に対して斜め方向からレーザで照明し、
該レーザで照明された前記試料からの反射散乱光の像を検出し、
該検出した反射散乱光の像の画像信号を処理して前記試料表面の欠陥を検出する欠陥検査方法であって、
前記レーザが前記試料上のスリット状の領域を均一の強度分布で焦点が合った状態で照射されるように、ガウシアン振幅分布をフーリエ変換した像面側の複素振幅分布の実数部をスリット状振幅分布に置き換えて逆フーリエ変換を行う反復フーリエ変換を繰り返し、反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、斜め入射により生じる位相差の項を位相分布に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から求めた位相分布を備えた光学素子により、該レーザの光束の断面形状と強度分布とを変換することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項８】
前記レーザで照明された前記試料からの反射散乱光のうち第１の方向に散乱した反射散乱光による第１の反射散乱光像を検出して得た第１の画像信号と、前記レーザで照明された前記試料からの反射散乱光のうち第２の方向に散乱した反射散乱光の像を検出して得た第２の画像信号とを処理して前記試料上の欠陥を検出することを特徴とする請求項７記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
前記検出した第１の画像と前記第２の画像とを処理して前記試料上の欠陥を検出し、該検出した欠陥を分類することを特徴とする請求項８記載の欠陥検査方法。
【請求項１０】
スリット光で試料の表面を該表面に対して斜め方向から照明する照明手段と、
該照明手段で前記試料の表面に照明された前記スリット光の反射光を検出する反射光検出手段と、
該反射光検出手段で前記反射光を検出して得た信号を処理して前記試料表面の高さを検出する信号処理手段とを備え、
前記照明手段は、
照明光を発射する光源と、
該光源から発射された照明光の光束の断面形状と強度分布を変換する回折光学素子を備えた光学変換部と、
該光学変換部で照明光の光束の断面形状と強度分布とが変換された照明光を試料上に照射する照射部とを有し、
前記回折光学素子は、ガウシアン振幅分布をフーリエ変換した像面側の複素振幅分布の実数部をスリット状振幅分布に置き換えて逆フーリエ変換を行う反復フーリエ変換を繰り返し、反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、斜め入射により生じる位相差の項を位相分布に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から求めた位相分布を備え、前記照明光が前記試料上の複数のスリット状の領域を均一の強度分布で焦点が合った状態で照射されるように前記照明光の光束の断面形状と強度分布とを変換することを特徴とする高さ計測装置。
【請求項１１】
前記照明手段は、複数のスリット光を前記試料の表面に対して斜め方向から照明することを特徴とする請求項１０記載の高さ計測装置。
【請求項１２】
スリット光で試料の表面を該表面に対して斜め方向から照明し、
該試料の表面に照明された前記複数のスリット光の反射光を検出し、
該反射光を検出して得た信号を処理して前記試料表面の高さを検出する高さ計測方法であって、
前記複数のスリット光で前記試料の表面に対して斜め方向から照明する工程において、
ガウシアン振幅分布をフーリエ変換した像面側の複素振幅分布の実数部をスリット状振幅分布に置き換えて逆フーリエ変換を行う反復フーリエ変換を繰り返し、反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、斜め入射により生じる位相差の項を位相分布に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から求めた位相分布を備え、前記試料上に照射される前記照明光が前記試料上の複数のスリット状の領域を均一の強度分布で焦点が合った状態で照射されるように前記照明光の光束の断面形状と強度分布とを変換する回折光学素子を用いることを特徴とする高さ計測方法。
【請求項１３】
前記試料の表面を斜め方向から照明するスリット光は、複数のスリット光であることを特徴とする請求項１２記載の高さ計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料上の線状の領域を照明する照明光学系並びにそれを用いた欠陥検査装置及びその方法並びに高さ計測装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウエハ）上に異物が存在すると配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、半導体素子が微細化して半導体基板中に微細な異物が存在した場合にこの異物が、キャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊の原因にもなる。これらの異物は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置内で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど種々の原因により様々な状態で混入される。
【０００３】
同様の液晶表示素子製造工程でも、パターン上に異物が混入したり、何らかの欠陥が生じたりすると、表示素子として使えないものになってしまう。プリント基板の製造工程でも状況は同じであって、異物混入はパターンの短絡、不良接続の原因になる。
【０００４】
従来この種の、半導体基板上の異物を検出する技術の一つとして、特開平7−２２９８４５号公報(従来技術１)には、光源から発射された光ビームの断面形状をアパーチャ板で所定形状に成形して試料上に斜め方向から照射し、試料からの光に基づいて試料に付着した異物を検査する装置において、フーリエ変換面状に開口絞りを配置してこの開口絞りの開口径を絞り込んで高い空間周波数成分を遮光することにより、試料上に長手方向に均一な強度分布を持つスリット光を照射する構成が開示されている。
【０００５】
また、特表2001-512237号公報（従来技術２）には、円柱ミラーまたは円柱レンズを用いて、入射する平行化された光ビームを被検査表面上の線状の領域に集束させ、ビームの像が表面の異常および特徴を検出する構成が開示されている。また、同様に特開2003-185593号公報（従来技術３）には、インコヒーレント光を収束してウエハ面に優勢なパターンライン方向に対して４５度で斜方入射し、パターンコーナーからの反射をブロックする光学的マスクを結像光学系に設置する構成をとることにより、ウエハ面上の凹凸性欠陥を精度良く、有効に検査する構成が開示されている。さらに、パターンからの散乱光を低減する方向から円柱ミラーまたは円柱レンズを用いて照明する高効率照明光学系により、信号のばらつきの原因であるパターンからの散乱光を低減、さらにチップ内の領域毎に算出した信号のばらつきをもとにしきい値を設定する手段により、検出しきい値を低減し、検出感度の向上およびスループットの向上を実現する装置が、特開2004-301847号公報（従来技術４）に開示されている。
【０００６】
また、半導体や液晶基板の露光装置においては色収差パターンを結像するため、基板の高さ計測が用いられており、特に光学式の高さ計測が、特開2002-203785号公報（従来技術５）に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平7−２２９８４５号公報
【特許文献２】特表２００１−５１２２３７号公報
【特許文献３】特開２００３−１８５５９３号公報
【特許文献４】特開２００４−３０１８４７号公報
【特許文献５】特開２００２−２０３７８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記した従来技術１に開示されている検査装置においては、レーザ光源から発射されたレーザをビームエキスパンダで拡大した後、アパーチャ板で拡大したビームの中央部付近の一部のレーザを透過させ、更に開口径を絞り込んだ開口絞りを用いて試料上の線状の領域に照射するスリット状のビームの強度分布の均一化を図っているために、レーザ光源から発射されたレーザのうちの試料表面に照射される割合が小さくなってしまう。このため、試料に照射するレーザの照度を上げるためには、光源に用いるレーザとしてより強いレーザパワーが必要になり、より大型の高価なレーザ発振機が必要になるという課題があった。
【０００９】
また、従来技術１には、強度分布を均一化したスリット状のビームを、基板の照射領域全面に焦点を合わせるように照明光学系を構成することについては記載されていない。
【００１０】
また、上記の従来技術２乃至５では、基板上にパターンを形成し対象物を製作していく製造過程で発生する欠陥を散乱光により検出する欠陥散乱光検出装置に対し、従来は図２１（a）に示すように、照明光学系にシリンドリカルレンズ１１０を用い、ガウシアン強度分布を持つレーザ光による入射ビーム１０をスリット状３に照射させ、さらにスリット状３の均一な領域だけを検出系のアパーチャ１１１等によりスリット状にカットして照射を行っていたため、光利用効率が悪く、また強いレーザパワーが必要となるためコストが高いという課題があった。
【００１１】
更に、光利用効率が悪いため迷光率が高いことや、基板に対し斜めから照明するためスリット方向に強度分布が変化し、画像処理による感度補正が必要であるという課題があった。
【００１２】
また、上記の従来技術1から４では、基板上表面の高さ計測装置に対し、従来は図２０（ｂ）に示すように、照明光学系にレンズ１１１，１１３を用い、レーザ光による入射ビーム１０のガウシアン強度分布が均一な領域だけをアパーチャ１１２等によりカットしてスリット状の照射を行っていたため、光利用効率が悪く、また強いレーザパワーが必要となるためより大型のレーザ光源を採用せざるを得なくなり、コストが高くなってしまうという課題があった。
【００１３】
更に、光利用効率が悪いため迷光率が高いことや、基板に対し斜めから照明するためスリット方向に強度分布が変化し、画像処理による感度補正が必要であるという課題があった。
【００１４】
本発明の目的は、試料上の所望の領域にレーザ光を斜方入射させて均一な強度分布でかつ高い光利用効率で照明することでより低いレーザパワーでも充分に検査又は計測を行えるようにして、比較的小型のレーザ光源を用いること可能にすることにより低コスト化できるようにした照明光学系及びそれを用いた検査装置並びに高さ計測装置を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の他の目的は、試料上の所望の領域にレーザ光を均一強度で照明し、高い光利用効率を達成することで迷光率を低くすることができるようにした照明光学系及びそれを用いた検査装置並びに高さ計測装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために本発明では、欠陥検査装置や高さ計測装置に用いる試料を照明するための照明光学系（照明装置）を、照明光を発射する光源と、この光源から発射された照明光の光束の断面形状と強度分布を変換する回折光学素子を備えた光学素子と、回折光学素子で照明光の光束の断面形状と強度分布とが変換された照明光を試料上に試料の表面に対して斜め方向から照射する照射部とを備えて構成し、光学素子の回折光学素子により、照射部を介して試料上に照射される照明光が試料上の直線状の領域を直線状の全領域に渡ってほぼ均一の強度分布で直線状の全領域に渡って焦点が合った状態で照射するように照明光の光束の断面形状と強度分布とを変換するように構成した。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明では、試料の表面を該表面に対して斜め方向からレーザで照明する照明手段と、この照明手段で照明された試料からの反射散乱光の像を検出する検出光学系手段と、この検出光学系手段で検出した試料からの反射散乱光の像の画像信号を処理して試料表面の欠陥を検出する画像処理手段とを備えた欠陥検査装置において、照明手段は、レーザを発射する光源と、この光源から発射されたレーザの光束の断面形状と強度分布を変換する回折光学素子を備えた光学変換部と、この光学変換部で断面形状と強度分布とが調整されたレーザを試料上に照射する照射部とを有し、光学変換部の回折光学素子を介して、照射部から試料上に照射されるレーザが試料上の直線状の領域をこの直線状の領域全体に渡ってほぼ均一の強度分布でこの直線状の領域全体に渡って焦点が合った状態で照射するようにレーザの断面形状と強度分布とを変換するように構成した。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明では、スリット光で試料の表面を該表面に対して斜め方向から照明する照明手段と、この照明手段で試料の表面に照明されたスリット光の反射光を検出する反射光検出手段と、この反射光検出手段で反射光を検出して得た信号を処理して試料表面の高さを検出する信号処理手段とを備えた高さ計測装置において、照明手段は、照明光を発射する光源と、この光源から発射された照明光の光束の断面形状と強度分布を変換する回折光学素子を備えた光学変換部と、この光学変換部で照明光の光束の断面形状と強度分布とが変換された照明光を試料上に照射する照射部とを有し、光学変換部の回折光学素子を介して、照射部から試料上に照射される照明光が試料上の複数の直線状の領域をこの複数の直線状の領域全体に渡ってほぼ均一の強度分布でこの複数の直線状の領域全体に渡って焦点が合った状態で照射するように照明光の光束の断面形状と強度分布とを変換するように構成した。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、所望の照明部分に焦点を合わせたレーザ光を均一強度で照明するため高い光利用効率が達成され、低いレーザパワーのレーザ光源を使用できるようにしたことにより照明光源を低コスト化できるという効果を奏する。
【００２０】
また本発明によれば、所望の照明部分に焦点を合わせたレーザ光を均一強度で照明するため高い光利用効率が達成され、迷光率を低くすることができるため欠陥検出の閾値を低く設定することができるので、欠陥を高感度に検出することが可能になる。
【００２１】
更に本発明によれば、試料に照射するレーザ光の強度分布が均一なため、センサに対して画像処理による感度の均一化補正が不要となり照明光学系の高性能化を実現できる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明による照明光学系とそれを用いた検査装置及び高さ計測装置の実施例を、図を用いて説明する。
【００２３】
先ず図１乃至５を用いて、照明光学系の原理とその構成について説明する。
図１にレーザビームを斜方入射により均一なスリット状に変換する回折光学素子１０４を示す。この回折光学素子１０４は、スリット方向で、焦点距離が異なり、直線的にこの焦点距離を変える。この構成により、図１に示すように斜めから照明しても、ｘ方向に絞り込み、ｙ方向にコリメートされたスリット状のビーム３で照射領域全面に亘って焦点が合った状態でウェハ１を照明することができる。即ち、この回折光学素子１０４により、図２（ｂ）に示すようなｙ方向に平行光となる照明を実現することができる。
【００２４】
本発明による図１に示したような回折光学素子１０４を用いた照明光学系の構成を図２（ａ）、（ｂ）に示す。レーザ光源１０１から射出した光は、凹レンズ１０２、凸レンズ１０３から構成されるビームエキスパンダを介して、回折光学素子１０４に入射する。
【００２５】
図３に示す、波長λをもつレーザ光１０が回折光学素子１０４の素子面（x, y）３０２２を介し、基板面（x’, y’）３０２３に角度θ：３０２０で照射する。このとき、レーザ光による入射ビーム１０が基板に入射する点を通り素子面３０２２に平行な面３０２１から素子面３０２２までの距離をｆとすると、斜め入射によりｘ’方向に沿って生じる位相差の項は、次に示す（数１）で表すことができる。
【００２６】
【数１】
0005581563.tif 000002
【００２７】
図３に示した素子面３０２２の複素振幅分布をU(x,y)とすると、像面３０２３における複素振幅U’(x’,y’)は、次に示す（数２）のU(x,y)のフーリエ変換であらわされる。
一方、複素振幅U(x,y)は、（数３）の逆フーリエ変換であらわされる。
【００２８】
【数２】
0005581563.tif 000003
【００２９】
【数３】
0005581563.tif 000004
【００３０】
先ず、図４に反復フーリエ変換を適用した回折光学素子１０４の設計アルゴリズムを概念的に表したものを示す。
【００３１】
ガウシアン振幅分布２００１を持つ入射ビーム１０を、初期位相２００２のような素子位相分布を持つ回折格子素子１０４を透過させて試料面状に結像させる場合、ガウシアン振幅分布２００１と初期位相２００２とを持つ複素関数U(x,y)をフーリエ変換（数２）２００４させ、像面側の複素振幅分布U’(x’,y’)を得る。振幅分布Re{U’(x’,y’)}に、所望する均一なスリット状振幅分布３００１と入れ替える。
【００３２】
次に、逆フーリエ変換３００４を行い、新しい複素振幅U(x,y)が求まる。ここで、複素振幅分布U(x,y)の実部は、ガウシアン振幅分布（図４の２００１）をRe(U Gaussian)⇒U(x,y)とし、常に置き換える。得られた像面側の振幅分布３００１が所望の振幅分布になるまで反復計算２００３を繰り返す。
【００３３】
反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、図３に示すように斜め入射により生じる位相差の項（数１）を位相分布３００２に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から素子の位相分布を求めることができる。
【００３４】
複素振幅分布U(x,y)からの位相分布は（数４）により求めることができる。
【００３５】
【数４】
0005581563.tif 000005
【００３６】
次に、図４で説明した反復フーリエ変換を適用した回折光学素子１０４の設計アルゴリズムを、図５にフロー図を用いて説明する。まずステップ１００１で、ガウシアン振幅分布と初期位相をもつ複素振幅分布U(x,y)を設定し、ステップ１００２で（数２）によるフーリエ変換を行い、像面側の複素振幅分布U’(x’,y’)を得る。ステップ１００３で、複素振幅分布U’(x’,y’)を、所望する均一なスリット状振幅分布に置き換える。ステップ１００４で、反復計算回数がN回に満たない場合、ステップ１００５で、逆フーリエ変換を行い、新しい複素振幅分布U(x,y)が求まる。複素振幅分布U(x,y)の実部はガウシアン振幅分布とし、常に置き換える。次にステップ１００１に戻り、この操作をＮ回繰り返す。
【００３７】
ステップ１００４でN回に達した場合、反復計算から抜け出し、ステップ１００６で図３に示すような斜め入射により生じる位相差の項（数１）を掛け合わせ、逆フーリエ変換から複素振幅分布U(x,y)が求まり、ステップ１００７で（数４）を用いて素子の位相分布を求めることができる。
【００３８】
図５に示した処理では、ステップ１００１から１００５までの反復計算をＮ回繰返した後に、ステップ１００６へ進むフローを示したが、反復計算をＮ回繰返すかわりに、ステップ１００４で毎回反復計算の集束状態をチェックして集束したと判断した場合に（｜（目標振幅分布：Ｕ）−（計算結果の複素振幅分布：Ｕ’）｜＜ε）、ステップ１００６へ進むようにしてもよい。
なお、回折光学素子１０４は、複数の素子を組み合わせて構成してもよい。
【実施例１】
【００３９】
上記に説明した手順で設計し、作成した回折光学素子１０４を用いた照明光学系部を装着した欠陥検査装置の例を、図６（a）,(b)を用いて説明する。本実施例における欠陥検査装置は基板上に付着又は基板上に発生した異物を検出する異物検査装置に適用した例である。図６（a）に示した構成において、基板設置台３０４、ｘｙｚステージ３０１、３０２、３０３お+よびステージコントローラ３０５から構成されるステージ部３００と、レーザ光源１０１、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３、回折光学素子１０４より構成される照明光学系部１００と、検出レンズ２０１、空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ＮＤ（Neutral Density）フィルタ２０７、ビームスプリッター２０４、偏光素子２０８、センサ等の１次元検出器（イメージセンサ）２０５、２０６より構成される検出光学系部２００と、１次元検出器２０５，２０６からの出力をＡ/Ｄ変換して得られるデジタル信号とステージコントローラ３０５から得られるステージ駆動信号とを用いてデジタル画像を得、このデジタル画像を処理して基板上の欠陥を検出する演算処理部４００とにより構成される。
【００４０】
照明光学系部１００は、レーザ光源１０１から射出された光を、凹レンズ１０２および凸レンズ１０３より構成されるビームスプリッタ、回折光学素子１０４を通して、図８に示すようにスリット状のビーム３を平面的に方向１１から載置台３０４上に設置されたウエハ（被検査対象基板）１に対して上記スリット状のビーム３の長手方向がチップの配列方向に向いて照明するよう構成される。なお、照明光として、スリット状のビーム３にするのは、異物検査の高速化を実現するためである。即ち、図８に示すように、ｘステージ３０１の走査方向のｘ方向およびｙステージ３０２の走査方向のｙ方向に向けてチップ２を配列したウエハ１上に照明されるビーム３は、ｙステージ３０２の走査方向ｘあるいは走査方向ｙに狭く、その走査方向ｘあるいは走査方向ｙに広いスリットビームで照明する。そして、このスリット状のビーム３は、走査方向ｘあるいは走査方向ｙには、光源の像が結像するように、走査方向ｘあるいは走査方向ｙには、平行光になるようにウェハ１の表面を照明する。
【００４１】
特に、方向１１からのスリット状のビーム３の照明で、ウエハ（被検査対象基板）１に対してチップの配列方向に向け、且つｙステージ３０２の走査方向ｙに対して直角になるようにするためには、レーザビームを斜方入射により均一なスリット状に変換する回折光学素子１０４が必要となる。
【００４２】
なお、レーザ光源１０１として、分岐する関係で高出力のＹＡＧレーザの第３高調波ＳＨＧ、波長３５５ｎｍを用いるのがよいが、必ずしも３５５ｎｍである必要はない。また、レーザ光源１０１として、ＹＡＧＳＨＧである必要もない。すなわち、レーザ光源１０１として、Ａｒレーザ、窒素レーザ、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、エキシマレーザ等他の光源であっても良い。
【００４３】
検出光学系部２００は、照明光学系部１００により照明されてウエハ１で散乱した光を、検出レンズ（対物レンズ）２０１、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光する空間フィルタ２０２、結像レンズ２０３、ＮＤフィルタ（波長帯域によらず光量を調整する。）２０７、ビームスプリッター２０４、偏光素子２０８を通して、センサ等の１次元検出器２０５、２０６で検出するように構成される。空間フィルタ２０２は、繰り返しパターンからの反射回折光によるフーリエ変換像を遮光すべく、対物レンズ２０１の空間周波数領域、即ちフーリエ変換（射出瞳に相当する。）の結像位置に置かれている。また、偏光素子２０８は、照明光学系部１００で偏光照明した際、回路パターンのエッジから生じる反射散乱光による偏光成分を遮光し、異物等の欠陥から生じる反射散乱光による偏光成分の一部分を透過するものである。偏光素子２０８は、ウェハ１の表面の状態によっては必ずしも必要としない。
【００４４】
照明光学系部１００の回折光学素子１０４を用いて、照明するスリット状のビーム３について具体的に説明する。
【００４５】
図１に示した構成において、図９に示すようなガウシアン強度分布３１、３２をもつレーザビームを、回折光学素子１０４を用いることにより、図１０に示すスリット状の均一強度分布３１’、３２’を得ることができる。図１１に示すように、ウエハ（被検査対象基板）１に対して上記スリット状ビーム３ａの長手方向が入射面に平行である状態、または図１１に示すように、ウエハ（被検査対象基板）１に対して上記スリット状ビーム３ｂの長手方向が入射面に垂直である状態が可能である。
【００４６】
回折光学素子１０４を設計することにより、上記スリット状ビーム３ａまたは３ｂの何れに対してもビームの長手方向の全領域に渡って焦点距離が合うように設定することができる。すなわち、スリット状のビーム３ａまたは３ｂが照射されるウェハ１上の領域の全体にわたって、スリット状のビーム３ａまたは３ｂの焦点が合った状態にすることができる。
【００４７】
また、回折光学素子１０４の設計を変えることにより、スリット状のビーム３ａまたは３ｂがウェハ１上に照射される領域の向きを図１１又は図１２に示すＸ方向又はＹ方向に対して傾いた任意の方向に設定することが可能である。
【００４８】
これにより、ウェハ１上の照射領域の全面に渡って均一な照度で、かつ、全領域で焦点が合っているスリット状ビーム３を（以下、図１，８，１１，１２に記載したスリット状のビームを総称してスリット状ビーム３と記載する）ウェハ１に照射することが可能になる。
【００４９】
前述したように様々な形態の回路パターンが形成されたウエハ（基板）１に対して照明光学系部１００からスリット状のビーム３が照明されると、この照明によるウエハの表面、回路パターン、異物等の欠陥からの反射回折光（あるいは散乱光）が発生する。この発生した反射回折光の一部は、検出レンズ２０１に入射して、ウェハ１上に形成された回路パターンのうち等ピッチで規則的に形成された回路パターンからの反射回折光により検出レンズの瞳面状に形成される回折光パターンを遮光する空間フィルタ２０２、空間フィルタ２０２を透過した反射回折光の像を結像させる結像レンズ２０３、結像レンズ２０３を透過した反射回折光の光量を調節するＮＤフィルタ２０７、ＮＤフィルタ２０７を透過した反射回折光の偏光の状態を調整する偏光素子２０８、および偏光素子２０８で偏光の状態を調整された反射回折光を偏光に応じて分岐するビームスプリッター２０４を通して、検出器２０５、２０６で結像レンズ２０３により結像された光学像が受光されて光電変換される。
【００５０】
ここで、ＮＤフィルタ２０７、偏光素子２０８、ビームスプリッター２０４の順序は、ここにあげた順序である必要はない。特に、ＮＤフィルタ２０７は、ビームスプリッター２０４の後に配置すると、２つの検出器２０５、２０６に入る光の強度を独立に制御できるという効果を持つ。
【００５１】
また、ビームスプリッター２０４の透過、反射率は、５０％である必要はない。たとえば、１％、９９％と言う風に構成すると、一方の検出器に約１００分の１の強度の光が入射することになり、これら強度の異なる光をそれぞれ受光する２つの検出器から得られる信号を用いることで、検出器の見かけ上のダイナミックレンジを向上することが出来る。従って、演算処理部４００において、検出器２０５から得られる信号と検出器２０６から得られる信号とを用いることによってダイナミックレンジを向上させた異物等の欠陥からの検出信号を得ることができる。特に、強度が大きい光を検出器が受光して得られる信号は強度が大きい欠陥を示す成分が強調されることになり、強度が小さい光を検出器が受光して得られる信号は強度が小さい背景に近い成分が強調されることになる。従って、両信号の比などの相関をとることによって欠陥を示す信号のダイナミックレンジを向上させることができる。
【００５２】
しかし、レーザ光源１０１等の照明光学系から照射されるビーム光束の照度（パワー）を制御して変えることによっても、ダイナミックレンジを変えることができ、ビームスプリッタ−２０４および一方の検出器２０６をなくすことができる。
【００５３】
次に、検出器２０５及び２０６で検出した信号を処理する演算処理部４００について,図６（ｂ）を用いて説明する。
【００５４】
演算処理部４００は、検出器２０５から出力される検出画像信号をＡ/Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４００１、Ａ／Ｄ変換器４００１でＡ／Ｄ変換されたデジタル画像信号を記憶するデータ記憶部４００２、Ａ／Ｄ変換された検出器２０５からの検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部４００３、上記データ記憶部４００２から得られる検出画像信号４１１０と閾値算出処理部４００３から得られる閾値画像信号４１２０とを基に異物検出処理を行う異物検出処理回路部４００７、異物検出処理回路部４００７で検出した欠陥の特徴量を算出する特徴量算出回路部４００８、該特徴量算出回路４００８から得られる検出した欠陥の特徴量の情報を入力して光検出器２０６で検出して処理された出力と統合して欠陥を分類する統合処理部４００９を備えて構成される。
【００５５】
一方、光検出器２０６で得られた信号はＡ／Ｄ変換器４２０１でデジタル化された後に分岐して、一方はデータ記憶部４２０２に記憶され、他方は閾値算出処理部４２０３に入力する。データ記憶部４２０２から出力されたデジタル画像信号４３１０と閾値算出処理部４２０３から出力されたデジタル画像信号４３２０は異物検出処理回路部４２０７に入力されて異物検出処理が施され、検出された欠陥の画像は特徴量算出回路部４２０８で処理されて特徴量が算出される。該特徴量算出回路４２０８から得られる特徴量の情報は統合処理部４００９に送られて、特徴量算出回路４００８から出力された検出器２０５で検出された画像から得られた欠陥の特徴量の情報と統合されて大異物や小異物、パターン欠陥、基板表面の傷などの各種欠陥に分類される。
【００５６】
演算処理部４００とレーザ光源１０１、ステージコントローラ３０５とはそれぞれ全体制御装置４１７に接続されており、全体制御装置４１７により演算処理部４００とレーザ光源１０１、ステージコントローラ３０５とは制御されている。
【００５７】
本実施例によれば、レーザ光源１０１から発射されたレーザを、迷光が発生するのを防止した状態で効率よく強度分布が均一なスリット光３に成形してウェハ１の表面を照明できるために、検出器２０５及び２０６で検出した画像に対して明るさ補正処理を行なう必要が無くなり、信号処理を繰返すことによって画像データが鈍ってしまうのを防止できるので、欠陥をより高感度に検出することができる。
【００５８】
また、レーザ光源１０１から発射されたレーザを効率よくスリット光３に成形するので光量のロスが少なく、比較的小さいレーザ光源を採用することが可能になる。
【００５９】
次に、図６（a）に示した構成の変形例として、図６（a）に示した構成に斜方検出光学系を追加した構成を図７に示す。図７(a)に示した構成は、図６（a）に示した構成の検出光学系部２００においてビームスプリッタ２０４と１次元検出器２０６を取り外した構成をウェハ１に対して垂直方向に設置した検出光学系部２００’と傾斜した方向に設置した検出光学系部２００”の２つ設置した構成を示す。欠陥検査装置をこのように構成することにより、ウェハに対して異なる仰角方向に散乱した散乱光を別々に検出できるので、これらの信号を処理して統合することにより欠陥の分類性能の向上を図るものである。
【００６０】
このような構成においてウェハ１上の欠陥を検出する方法について以下に説明する。
【００６１】
まず、図６(a)の構成を用いて説明した場合と同様に、ウエハ（基板）１に対して照明光学系部１００からスリット状のビーム３が照明されると、この照明によるウエハの表面、回路パターン、異物等の欠陥からの反射回折光（あるいは散乱光）が発生する。この発生した反射回折光の一部は、ウェハ１に対して垂直方向に設置した検出光学系部２００’の検出レンズ２０１に入射して、ウェハ１上に形成された回路パターンのうち等ピッチで規則的に形成された回路パターンからの反射回折光により検出レンズの瞳面状に形成される回折光パターンを遮光する空間フィルタ２０２、空間フィルタ２０２を透過した反射回折光の像を結像させる結像レンズ２０３、結像レンズ２０３を透過した反射回折光の光量を調節するＮＤフィルタ２０７、ＮＤフィルタ２０７を透過した反射回折光の偏光の状態を調整する偏光素子２０８、および偏光素子２０８で偏光の状態を調整された反射回折光を検出器２０５で結像レンズ２０３により結像された光学像が受光されて光電変換される。
【００６２】
ここで、図６(a)の構成を用いて説明した場合と同様に、ＮＤフィルタ２０７、偏光素子２０８、ビームスプリッター２０４の順序は、ここにあげた順序である必要はない。
【００６３】
一方、照明光学系部１００によりスリット状のビーム３が照明されたウェハ１から発生した反射回折光の一部は、ウェハ１の垂線方向に対して傾斜した方向に設置した検出光学系部２００”の検出レンズ２０１’に入射して、ウェハ１上に形成された回路パターンのうち等ピッチで規則的に形成された回路パターンからの反射回折光により検出レンズの瞳面状に形成される回折光パターンを遮光する空間フィルタ２０２’、空間フィルタ２０２’を透過した反射回折光の像を結像させる結像レンズ２０３’、結像レンズ２０３’を透過した反射回折光の光量を調節するＮＤフィルタ２０７’、ＮＤフィルタ２０７’を透過した反射回折光の偏光の状態を調整する偏光素子２０８’、および偏光素子２０８’で偏光の状態を調整された反射回折光を検出器２０５’で結像レンズ２０３’により結像された光学像が受光されて光電変換される。
【００６４】
次に、検出光学系部２００’の検出器２０５及び検出光学系部２００”の検出器２０６でそれぞれ検出した信号を処理する演算処理部４００’について,図７（ｂ）を用いて説明する。
【００６５】
演算処理部４００’は、検出光学系部２００’の検出器２０５から出力される検出画像信号を処理する処理系として、検出器２０５から出力される検出画像信号をＡ/Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器４００１、Ａ／Ｄ変換器４００１でＡ／Ｄ変換されたデジタル画像信号を記憶するデータ記憶部４００２、Ａ／Ｄ変換された検出器２０５からの検出画像信号に基いて閾値算出処理をする閾値算出処理部４００３、上記データ記憶部４００２から得られる検出画像信号４１１０と閾値算出処理部４００３から得られる閾値画像信号４１２０とを基に異物検出処理を行う異物検出処理回路部４００７、異物検出処理回路部４００７で検出した欠陥の特徴量を算出する特徴量算出回路部４００８、該特徴量算出回路４００８から得られる検出した欠陥の特徴量の情報を入力して光検出器２０６で検出して処理されたあと統合して欠陥を分類する統合処理部４００９’を備えて構成される。
【００６６】
一方、検出光学系部２００”の検出器２０５’から出力される検出画像信号を処理する処理系として、光検出器２０５’ から出力される検出画像信号をＡ／Ｄ変換器４２０１’でデジタル化した後に分岐して、一方はデータ記憶部４２０２’に記憶し、他方は閾値算出処理部４２０３’に入力する。データ記憶部４２０２’から出力されたデジタル画像信号４３１０’と閾値算出処理部４２０３’から出力されたデジタル画像信号４３２０’は異物検出処理回路部４２０７’に入力されて異物検出処理が施され、検出された欠陥の画像は特徴量算出回路部４２０８’で処理されて特徴量が算出される。該特徴量算出回路４２０８’から得られる特徴量の情報は統合処理部４００９’に送られて、特徴量算出回路４００８から出力された検出器２０５で検出された画像から得られた欠陥の特徴量の情報と統合されて大異物や小異物、パターン欠陥、基板表面の傷などの各種欠陥に分類される。
【００６７】
演算処理部４００’とレーザ光源１０１、ステージコントローラ３０５とはそれぞれ全体制御装置４１７’に接続されており、全体制御装置４１７’により演算処理部４００’とレーザ光源１０１、ステージコントローラ３０５とは制御されている。
【００６８】
本変形例によれば、レーザ光源１０１から発射されたレーザを、迷光が発生するのを防止した状態で効率よく強度分布が均一なスリット光３に成形してウェハ１の表面を照明できるために、検出器２０５及び２０６で検出した画像に対して明るさ補正処理を行なう必要が無くなり、信号処理を繰返すことによって画像データが鈍ってしまうのを防止できるので、欠陥をより高感度に検出することができる。
【００６９】
また、本変形例によれば、強度分布が均一なスリット光３が照射されたウェハ１からの散乱光を、ウェハ１の表面の法線方向に対して異なる角度方向（仰角方向）に散乱した散乱光を分離して検出できるので、これらの信号を処理して統合することにより欠陥の分類性能の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００７０】
本発明による照明光学系を高さ計測装置に適用した実施例を、図１３に示す。高さ計測装置は、半導体の製造プロセスの条件設定やモニタのため、走査電子顕微鏡により被測定対象物（被測定物、対象物）１の電子線像を得、画像処理によって、被測定対象物１の微細なパターンの線幅や穴径を測長するものである。
【００７１】
光学的高さ検出系は、投影光学系、検出光学系、センサ、高さ検出手段等を備え、被測定対象物１にレーザ光１０１を投影し、被測定対象物１で反射されたスリット光を検出し、￥センサでスリット像による電気信号を検出する光学的高さ検出光学系１５０と、スリット像による電気信号から検出誤差の大きなスリット部分を除外して対象物の高さを算出する高さ算出処理器とから構成される。
【００７２】
次に、前記光学的高さ検出系における、光学的高さ検出光学系１５０について、図１３、図１４を用いて説明する。
【００７３】
図１３に示すように、光学的高さ検出光学系１５０は、投影光学系１５１と検出光学系１５２とからなる。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の上方からみた図である。
【００７４】
投影光学系１５１は、レーザ光源１０１と、レーザ光をコリメートするレンズ１０２，１０３と、スリット光を形成する回折光学素子１０４と、スリット光のうちＳ偏光を透過するよう設置された偏光フィルタ１０６とから構成される。
【００７５】
検出光学系１５２は、被測定対象物１上で正反射したスリット光を集光して中間スリット像を結像する検出レンズ１２１と、スリット光の進行方向を変えるミラー１２２と、検出レンズ１２１で結像された中間スリット像を拡大してセンサ１２４上に結像する拡大レンズ１２３と、センサ１２４とから構成される。
【００７６】
ここで、投影光学系１５１と検出光学系１５２は、光学的高さ検出における検出誤差を小さくするため、図１３（ｂ）に示すように、被測定対象物１を載置するＸＹステージのＸ方向１２５に対し傾斜して設置されている。
【００７７】
（シングルスリット）
被測定対象物１の表面近傍にシングルスリット像を結像する。被測定対象物１の表面近傍に結像したシングルスリット光は正反射し、検出レンズ１２１によって中間シングルスリット像１２６を結像する。ミラー１２２で、シングルスリット光の進行方向を変える。中間シングルスリット像１２６は、拡大レンズ１２３によって拡大され、センサ１２４上に結像する。
【００７８】
ここで、図１４において、シングルスリット光の入射角θ、検出光学系の検出レンズ１２１、拡大レンズ１２４を総合した検出拡大レンズ１２１の倍率をｍとした場合、図１４に示すように、被測定対象物１の高さがΔｚだけ変化すると、センサ１２４上のシングルスリット像は２ｍΔｚ・ｓｉｎθだけ全体にシフトする。これを利用して、センサ１２４で得られたシングルスリット像の電気信号からシングルスリット像のシフト量を算出し、さらに、シフト量から、被測定対象物１の高さΔｚを算出する。
【００７９】
次に、図１４を用いて、高さ算出処理方法について説明する。図１５は、投影光学系の回折光学素子１０４によるスリット光が、被測定対象物１上に投影されたときのスリット像４３を示す。シングルスリット光の照射個所は、図に示すように低反射率部４１と高反射率部４２とからなる垂直パターンの境界部分に当った場合を示している。
【００８０】
シングルスリット像４３は、検出レンズ１２１、拡大レンズ１２３により、図１３（ｂ）に示すセンサ１２４上に結像する。検出光学系の倍率をｍ、シングルスリット像４３のスリットのＸ方向ピッチ、Ｙ方向ピッチをｐｘ、ｐｙとすると、センサ１２４上のシングルスリット像のＸ方向ピッチ、Ｙ方向ピッチはそれぞれｍｐｘ・ｃｏｓθ、ｍｐｙとなる。又、被測定対象物１の高さがΔｚだけ変化すると、センサ１２４上のシングルスリット像はＸ方向には２ｍΔｚ・ｓｉｎθだけシフトするがＹ方向にはシフトしない。そのため、センサ１２４で得られたシングルスリット像の電気信号からシングルスリット像のＸ方向のシフト量を算出し、Ｘ方向のシフト量から、被測定対象物１の高さΔｚを検出できる。
【００８１】
図３に示す、波長λをもつレーザ光の入射ビーム１０が回折光学素子１０４の面（x, y）３０２２を介し、基板面（x’, y’）３０２３に角度θ３０２０で照射する。このとき、素子面３０２２から基板面３０２１までの距離をｆとすると、斜め入射によりｘ’方向に沿って生じる位相差Δの項は、次に示す（数１）で表すことができる。
【００８２】
素子面３０２２の複素振幅分布をU(x,y)とすると、像面３０２３における複素振幅U’(x’,y’)は、次に示す（数２）のU(x,y)のフーリエ変換であらわされる。
一方、複素振幅U(x,y)は、（数３）の逆フーリエ変換であらわされる。
【００８３】
図４に反復フーリエ変換を適用した回折光学素子１０４の設計アルゴリズムを示す。
ガウシアン振幅分布２００１と初期位相２００２を持つ複素関数U(x,y)をフーリエ変換（数２）２００４させ、像面側の複素振幅分布U’(x’,y’)を得る。振幅分布Re{U’(x’,y’)}に、所望する均一なスリット状振幅分布３００１と入れ替える。
【００８４】
次に、逆フーリエ変換３００４を行い、新しい複素振幅U(x,y)が求まる。ここで、複素振幅分布U(x,y)の実部は、ガウシアン振幅分布２００１とし、常に置き換える。得られた像面側の振幅分布３００１が所望の振幅分布になるまで反復計算２００３を繰り返す。
【００８５】
反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、図３に示すように斜め入射により生じる位相差の項（数１）を位相分布３００２に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から素子の位相分布を求めることができる。
【００８６】
複素振幅分布U(x,y)からの位相分布は（数４）により求めることができる。
【００８７】
図５に反復フーリエ変換を適用した回折光学素子１０４の設計アルゴリズムを示す。まずステップ１００１で、ガウシアン振幅分布と初期位相をもつ複素振幅分布U(x,y)を設定し、ステップ１００２で（数２）によるフーリエ変換を行い、像面側の複素振幅分布U’(x’,y’)を得る。ステップ１００３で、複素振幅分布U’(x’,y’)を、所望する均一なスリット状振幅分布に置き換える。ステップ１００４で、反復計算回数がN回に満たない場合、ステップ１００５で、逆フーリエ変換を行い、新しい複素振幅分布U(x,y)が求まる。複素振幅分布U(x,y)の実部はガウシアン振幅分布とし、常に置き換える。次にステップ１００１に戻り、この操作をＮ回繰り返す。
【００８８】
ステップ１００４でN回に達しなかった場合、反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、ステップ１００６で図３に示すような斜め入射により生じる位相差の項（数１）を掛け合わせ、逆フーリエ変換から複素振幅分布U(x,y)が求まり、ステップ１００７で（数４）を用いて素子の位相分布を求めることができる。
【００８９】
前述した本発明に係る照明光学系部の回折光学素子１０４を用いて、照明するスリット状のビーム３について具体的に説明する。
【００９０】
図９に示すガウシアン強度分布３１、３２をもつレーザビームを、回折光学素子１０４を用いることにより、図１０に示すスリット状の均一強度分布３１、３２をえることができる。図１１に示すように、ウエハ（被検査対象基板）１に対して上記スリット状ビーム３の長手方向が入射面に平行である状態、または図１１に示すように、ウエハ（被検査対象基板）１に対して上記スリット状ビーム３の長手方向が入射面に垂直である状態が可能である。回折光学素子１０４を用いることにより、上記スリット状ビーム３の長手方向に対し、焦点距離が合うものとする。
【００９１】
（マルチスリット）
前記では回折光学素子１０４を用いて、シングルスリットへのビーム変換であったが、マルチスリットへのビーム変換も可能である。回折光学素子１０４を用いることにより、上記スリット状ビーム３の長手方向に対し、焦点距離が合うものとする。
【００９２】
被測定対象物１の表面近傍にマルチスリット像を結像する。被測定対象物１の表面近傍に結像したマルチスリット光は正反射し、検出レンズ１２１によって中間マルチスリット像１２６を結像する。ミラー１２２で、マルチスリット光の進行方向を変える。中間マルチスリット像１２６は、拡大レンズ１２３によって拡大され、センサ１２４上に結像する。
【００９３】
ここで、図１４において、マルチスリット光の入射角θ、検出光学系の検出レンズ１２１、拡大レンズ１２４を総合した検出拡大レンズ１２１の倍率をｍとした場合、図１４に示すように、被測定対象物１の高さがΔｚだけ変化すると、センサ１２４上のマルチスリット像は２ｍΔｚ・ｓｉｎθだけ全体にシフトする。これを利用して、センサ１２４で得られたマルチスリット像の電気信号からマルチスリット像のシフト量を算出し、さらに、シフト量から、被測定対象物１の高さΔｚを算出する。
【００９４】
図３に示す、波長λをもつレーザ光による入射ビーム１０が回折光学素子１０４の面（x, y）３０２２を介し、基板面（x’, y’）３０２３に角度θ３０２０で照射する。このとき、素子面３０２２から基板面３０２１までの距離をｆとすると、斜め入射によりｘ’方向に沿って生じる位相差Δの項は、次に示す（数１）で表すことができる。
【００９５】
素子面３０２２の複素振幅分布をU(x,y)とすると、像面３０２３における複素振幅U’(x’,y’)は、次に示す（数２）のU(x,y)のフーリエ変換であらわされる。
一方、複素振幅U(x,y)は、（数３）の逆フーリエ変換であらわされる。
【００９６】
図１７に反復フーリエ変換を適用した回折光学素子１０４の設計アルゴリズムを示す。
ガウシアン振幅分布２００１と初期位相２００２を持つ複素関数U(x,y)をフーリエ変換（数２）２００４させ、像面側の複素振幅分布U’(x’,y’)を得る。振幅分布Re{U’(x’,y’)}に、所望する均一なスリット状振幅分布３００１と入れ替える。
【００９７】
次に、逆フーリエ変換３００４を行い、新しい複素振幅U(x,y)が求まる。ここで、複素振幅分布U(x,y)の実部は、ガウシアン振幅分布２００１とし、常に置き換える。得られた像面側の振幅分布３００１が所望の振幅分布になるまで反復計算２００３を繰り返す。
【００９８】
反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、図３に示すように斜め入射により生じる位相差の項（数１）を位相分布３００２に掛け合わせ、さらに逆フーリエ変換して求まる複素振幅分布U(x,y)から素子の位相分布を求めることができる。
【００９９】
複素振幅分布U(x,y)からの位相分布は（数４）により求めることができる。
【０１００】
図５に反復フーリエ変換を適用した回折光学素子１０４の設計アルゴリズムを示す。まずステップ１００１で、ガウシアン振幅分布と初期位相をもつ複素振幅分布U(x,y)を設定し、ステップ１００２で（数２）によるフーリエ変換を行い、像面側の複素振幅分布U’(x’,y’)を得る。ステップ１００３で、複素振幅分布U’(x’,y’)を、所望する均一なスリット状振幅分布に置き換える。ステップ１００４で、反復計算回数がN回に満たない場合、ステップ１００５で、逆フーリエ変換を行い、新しい複素振幅分布U(x,y)が求まる。複素振幅分布U(x,y)の実部はガウシアン振幅分布とし、常に置き換える。次にステップ１００１に戻り、この操作をＮ回繰り返す。
【０１０１】
ステップ１００４でN回に達しなかった場合、反復計算が収束した場合、反復計算から抜け出し、ステップ１００６で図３に示すような斜め入射により生じる位相差の項（数１）を掛け合わせ、逆フーリエ変換から複素振幅分布U(x,y)が求まり、ステップ１００７で（数４）を用いて素子の位相分布を求めることができる。
【０１０２】
前述した本発明に係る照明光学系部の回折光学素子１０４を用いて、照明するスリット状のビーム３について具体的に説明する。
【０１０３】
図９に示すガウシアン強度分布３１、３２をもつレーザビームを、回折光学素子１０４を用いることにより、図１８に示すマルチスリット状の均一強度分布３１、３２をえることができる。図１９に示すように、ウエハ（被検査対象基板）１に対して上記マルチスリット状ビーム３の長手方向が入射面に平行である状態、または図２０に示すように、ウエハ（被検査対象基板）１に対して上記マルチスリット状ビーム３の長手方向が入射面に垂直である状態が可能である。回折光学素子１０４を用いることにより、上記マルチスリット状ビーム３の長手方向に対し、焦点距離が合うものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】回折光学素子の適用によりガウシアン強度分布を均一なスリット状強度分布に整形する基本思想を説明するための図である。
【図２】回折光学素子の適用によりガウシアン強度分布を均一なスリット状強度分布に整形するための光線追跡を示した概要図である。
【図３】斜め入射による位相分布を説明するための図である。
【図４】反復フーリエ変換を用いたシングルスリット状のビーム整形素子の概念図。
【図５】反復フーリエ変換を用いたビーム整形素子の設計アルゴリズム。
【図６】本発明に係る欠陥検査装置を示す概略構成図である。
【図７】本発明に係る欠陥検査装置の変形例を示す概略構成図である。
【図８】本発明に係る半導体ウエハ等の被検査対象基板上にスリット状のビームを照射するおよび検出方法を説明するための図である。
【図９】レーザ光のガウシアン強度分布を説明するための図である。
【図１０】回折光学素子を用いた照明光学系によってガウシアン強度分布を均一強度のシングルスリット状にビーム整形し、照明効率向上を図る基本思想を説明するための図である。
【図１１】本発明に係る半導体ウエハ等の被検査対象基板上にy軸に沿ったシングルスリット状のビームを斜方入射により均一に照明する方法を説明するための図である。
【図１２】本発明に係る半導体ウエハ等の被検査対象基板上にx軸に沿ったシングルスリット状のビームを斜方入射により均一に照明する方法を説明するための図である。
【図１３】本発明に係る高さ測定装置の概略構成図である。
【図１４】本発明に係る光学的高さ検出光学系の概略構成図である。
【図１５】シングルスリットを用いた高さ測定処理方法を説明するための概念図。
【図１６】マルチスリットを用いた高さ測定処理方法を説明するための概念図。
【図１７】反復フーリエ変換を用いたマルチスリット状のビーム整形素子の概念図。
【図１８】回折光学素子を用いた照明光学系によってガウシアン強度分布を均一強度のマルチスリット状にビーム整形し、照明効率向上を図る基本思想を説明するための図である。
【図１９】本発明に係る半導体ウエハ等の被検査対象基板上にy軸に沿ったマルチスリット状のビームを斜方入射により均一に照明する方法を説明するための図である。
【図２０】本発明に係る半導体ウエハ等の被検査対象基板上にx軸に沿ったマルチスリット状のビームを斜方入射により均一に照明する方法を説明するための図である。
【図２１】従来の欠陥異物検査装置および高さ測定装置の照明系を説明する概略図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１…ウエハ、２…チップ、３…スリット状ビーム（照明領域）、４１…低反射率部、４２…高反射率部、１００…照明光学系、１０１…レーザ光源、１０２…凹レンズ、１０３、１１１、１１２…凸レンズ、１０４…回折光学素子、１０５…ミラー、１１０…シリンドリカルレンズ、１１２…スリット状開口、１５０…高さ測定装置光学系、１５１…高さ測定装置照明光学系部、１５２…高さ測定装置検出光学系部、１０６…偏光フィルタ、１２１…検出レンズ、１２２…ミラー、１２３…拡大レンズ、１２４…センサ、２００…検出光学系、２０１…検出レンズ、２０２…空間フィルタ、２０３…結像レンズ、２０４…ビームスプリッタ、２０５、２０６…センサ、２０７…ＮＤフィルタ、２０８…偏光素子、３００…ステージ部、３０１，３０２，３０３…ｘ、ｙ、ｚステージ、３０４…基板設置台、３０５…ステージコントローラ、４００演算処理部
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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