(57)【要約】  本発明に係る検査装置（１）は、ウェハ（Ｗ）の表面に照明光を照射する照明光学系（１０）と、照明光が照射されたウェハ（Ｗ）の表面を拡大観察するための検出光学系（２０）と、検出光学系（２０）におけるウェハ（Ｗ）からの反射光の瞳面での輝度を検出する検出素子（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）と、検出素子（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）により検出された輝度に基づいてウェハ（Ｗ）の表面を検査するＣＰＵ（４３）と、輝度が検出される瞳面に対応したウェハ（Ｗ）の範囲を走査する走査部（６０）とを備えて構成される。
2009125839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
前記照明光が照射された前記被検基板の表面を拡大観察するための観察光学系と、
前記観察光学系における前記被検基板からの反射光の瞳面での輝度を検出する検出部と、
前記検出部により検出された前記輝度に基づいて前記被検基板の表面を検査する検査部と、
前記輝度が検出される前記瞳面に対応した前記被検基板の範囲を走査する走査部とを備えて構成されることを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記走査部は、視野絞りである光学的開口部を有した板状部材と、前記光学的開口部を駆動する駆動部とを有し、
前記駆動部を用いて前記光学的開口部を前記範囲で走査するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
【請求項３】
前記板状部材が円板状に形成されるとともに、前記光学的開口部である複数の孔部が前記板状部材において互いに異なる径方向および周方向位置にそれぞれ形成され、
前記駆動部が前記板状部材の回転対象軸を中心軸として前記板状部材を回転駆動するように構成されており、
前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ回転移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記駆動部が前記板状部材を直線移動させるとともに、
前記光学的開口部である複数の孔部がそれぞれ前記板状部材において前記直線移動方向に対し斜めに並ぶように形成され、
前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ直線移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
【請求項５】
前記検出部は、前記瞳面において、前記被検基板の表面状態の変化に応じ輝度が大きく変化する部分の輝度を検出することを特徴とする請求項１から４のうちいずれかに記載の検査装置。
【請求項６】
前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、
前記検出部は、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を検出することを特徴とする請求項１から５のうちいずれかに記載の検査装置。
【請求項７】
前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造過程において、被検基板の表面に形成されたパターンの状態を検出する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検基板の表面に形成されたパターンから発生する反射光を利用して、基板表面のムラや傷等の欠陥を検査する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特に、近年では半導体プロセスの微細化に伴って、被検基板の欠陥管理にもより高い精度が求められている。【０００３】
例えば、被検基板のパターン幅の測定をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で行った場合、測定精度は高いが、観察倍率が高く何点かをサンプリングして測定を行うため、測定に膨大な時間がかかってしまう。そこで、光源から射出された所定波長の光を偏光子および対物レンズを介して落射照明により被検基板の表面に照射し、当該照明による被検基板からの反射光を、対物レンズおよび、偏光子とクロスニコルの条件を満足する検光子を介して得た画像を用いて評価する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１５５０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような方法を用いた場合でも、観察倍率が比較的高いため、被検基板の全体を検査するために観察範囲を移動させる必要がある。このような場合、被検基板を保持するステージを動かして観察範囲を移動させるのが一般的であるが、ステージを動かすのに比較的時間がかかるため、検査時間が増えてしまう。【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、高い感度で高速に検査を行うことが可能な検査装置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、本発明に係る検査装置は、被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記被検基板の表面を拡大観察するための観察光学系と、前記観察光学系における前記被検基板からの反射光の瞳面での輝度を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記輝度に基づいて前記被検基板の表面を検査する検査部と、前記輝度が検出される前記瞳面に対応した前記被検基板の範囲を走査する走査部とを備えて構成される。【０００８】
なお、上述の発明において、前記走査部は、視野絞りである光学的開口部を有した板状部材と、前記光学的開口部を駆動する駆動部とを有し、前記駆動部を用いて前記光学的開口部を前記範囲で走査するように構成されることが好ましい。【０００９】
さらに、上述の発明において、前記板状部材が円板状に形成されるとともに、前記光学的開口部である複数の孔部が前記板状部材において互いに異なる径方向および周方向位置にそれぞれ形成され、前記駆動部が前記板状部材の回転対象軸を中心軸として前記板状部材を回転駆動するように構成されており、前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ回転移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査することが好ましい。【００１０】
さらに、上述の発明において、前記駆動部が前記板状部材を直線移動させるとともに、前記光学的開口部である複数の孔部がそれぞれ前記板状部材において前記直線移動方向に対し斜めに並ぶように形成され、前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ直線移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査するようにしてもよい。【００１１】
また、上述の発明において、前記検出部は、前記瞳面において、前記被検基板の表面状態の変化に応じ輝度が大きく変化する部分の輝度を検出することが好ましい。【００１２】
また、上述の発明において、前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、前記検出部は、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を検出することが好ましい。【００１３】
また、上述の発明において、前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高い感度で高速に検査を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る検査装置の概要図である。
【図２】ウェハへの照明光の入射角度と瞳内での結像位置との関係を示す説明図である。
【図３】円板部材の平面図である。
【図４】走査エリアとデータ取得位置を示す図である。
【図５】データ取得テーブルを示す図である。
【図６】円板部材の変形例を示す平面図である。
【図７】走査エリアとデータ取得位置の変形例を示す図である。
【図８】２次元撮像素子とＤＭＤ素子との画素対応テーブルの作成方法を示すフローチャートである。
【図９】パターンの変化に対して感度の高い領域の決定方法を示すフローチャートである。
【図１０】高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法を示すフローチャートである。
【図１１】フーリエ画像を領域分割した状態の一例を示す図である。
【図１２】輝度データの抽出状態を示す模式図である。
【図１３】フーリエ画像におけるＲの階調差の分布状態を示す図である。
【図１４】フーリエ画像におけるＧの階調差の分布状態を示す図である。
【図１５】フーリエ画像におけるＢの階調差の分布状態を示す図である。
【図１６】検査結果の表示例を示す図である。
【図１７】検査結果の他の表示例を示す図である。
【図１８】検査装置の変形例を示す概要図である。
【図１９】視野絞り部材の平面図である。
【図２０】検査装置の第２の変形例を示す概要図である。
【図２１】感度の高い領域の決定方法の変形例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】
【００１６】
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。本発明に係る検査装置を図１に示している。本実施形態の検査装置１は、図１に示すように、ウェハステージ５と、対物レンズ６と、ハーフミラー７と、照明光学系１０と、検出光学系２０と、走査部６０と、撮像部３０と、制御ユニット４０とを主体に構成される。
【００１７】
ウェハステージ５には、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態で被検基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）が載置される。このウェハステージ５は、互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸の３方向へ移動可能に構成されている（なお、図１の上下方向をｚ軸方向とする）。これにより、ウェハステージ５は、ウェハＷをｘ，ｙ，ｚ軸方向へ移動可能に支持することができる。また、ウェハステージ５は、ｚ軸を中心に回転できるように構成されている。
【００１８】
照明光学系１０は、図１の左側から右側へ向けて配置順に、光源１１（例えば、白色ＬＥＤやハロゲンランプ等）と、集光レンズ１２と、照度均一化ユニット１３と、開口絞り１４と、視野絞り１５と、コリメータレンズ１６と、着脱可能な偏光子１７（偏光フィルタ）とを有して構成される。
【００１９】
ここで、照明光学系１０の光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５に導かれる。照度均一化ユニット１３は、照明光を散乱し、光量分布を均一化する。また、干渉フィルタを含めることもできる。開口絞り１４および視野絞り１５は、照明光学系１０の光軸に対して開口部の大きさおよび位置が変更可能に構成されている。したがって、照明光学系１０では、開口絞り１４および視野絞り１５を操作することによって、照明領域の大きさおよび位置の変更と、照明の開口角の調整とを行うことができる。そして、開口絞り１４および視野絞り１５を通過した光は、コリメータレンズ１６によって平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７に入射する。
【００２０】
ハーフミラー７は、照明光学系１０からの光を下方に反射して対物レンズ６に導く。これにより、対物レンズ６を通過した照明光学系１０からの光でウェハＷが落射照明される。一方、ウェハＷに落射照明された光は、ウェハＷで反射して再び対物レンズ６に戻り、ハーフミラー７を透過して検出光学系２０に入射することができる。
【００２１】
検出光学系２０は、図１の下側から上側に向けて配置順に、着脱可能な検光子２１（偏光フィルタ）と、レンズ２２と、ハーフプリズム２３と、ベルトランレンズ２４と、視野絞りとしての機能を有する円板部材６３とを有して構成される。検光子２１は、照明光学系１０の偏光子１７に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置されている。照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１とはクロスニコルの条件を満たすので、ウェハＷのパターンで偏光主軸が回転しない限り、検出光学系２０で検出される光量は零に近くなる。
【００２２】
ハーフプリズム２３は入射光束を二方向に分岐させる。ハーフプリズム２３を通過する一方の光束は、ベルトランレンズ２４を介して視野絞りとしての機能を有する円板部材６３にウェハＷの像を結像させるとともに、対物レンズ６の瞳面の像（輝度分布）を撮像部３０のＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）素子３１に投影させる。撮像部３０の２次元撮像素子３３はＤＭＤ素子３１と共役であるため、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面上の輝度分布が再現されて、２次元撮像素子３３によりフーリエ変換されたウェハＷの画像（以下、フーリエ画像と称する）を撮像することが可能である。なお、ベルトランレンズ（Bertrand lens）は、一般に、対物レンズの後部焦点面の像を接眼レンズの焦点面に結ばせる収束レンズをいうが、顕微鏡等の光学系は一般に像側がテレセントリックな状態であり、対物レンズの後部焦点面が瞳面となるため、本実施形態において、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面の像を結像させるレンズ２４をベルトランレンズ２４と称することにする。
【００２３】
また、ハーフプリズム２３を通過する他方の光束は、フーリエ変換されていない通常のウェハＷの画像を撮像するための第２の撮像部５０に導かれる。第２の撮像部５０に撮像されたウェハＷの画像をモニタ４４に表示することで、オペレータがウェハＷの表面を目視で拡大観察することが可能になる。
【００２４】
ここで、本実施形態の欠陥検査でフーリエ画像（すなわち、対物レンズ６の瞳面の像）を撮像するのは以下の理由による。欠陥検査においてウェハＷのパターンをそのまま撮像した画像を用いると、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときには、パターンの欠陥を光学的に検出できなくなる。一方、フーリエ画像では、ウェハＷのパターンに欠陥があると反射光の対称性が崩れ、構造性複屈折によりフーリエ画像の光軸に対して直交する部分同士の輝度や色などに変化が生じる。そのため、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでも、フーリエ画像における上記の変化を検出することでパターンの欠陥（変化）検出が可能になる。
【００２５】
さらに、図２を参照しつつ、ウェハＷへの照明光の入射角度と瞳面内での結像位置との関係を説明する。図２の破線で示すように、ウェハＷへの照明光の入射角度が０°のときには、瞳上の結像位置は瞳中心となる。一方、図２の実線で示すように、入射角度が６４°（ＮＡ＝０．９相当）のときには、瞳上の結像位置は瞳の外縁部となる。すなわち、ウェハＷへの照明光の入射角度は、瞳上では瞳内の半径方向の位置に対応する。また、瞳内の光軸から同一半径内の位置に結像する光は、ウェハＷに同一角度で入射した光である。
【００２６】
走査部６０は、図１に示すように、前述の円板部材６３と、円板部材６３を回転駆動するモータ６１と、円板部材６３の回転角を検出するロータリーエンコーダ６２とを有して構成される。モータ６１は、円板部材６３の回転対称軸を中心軸として、円板部材６３を検出光学系２０の光軸に対して垂直方向の面内で回転駆動する。
【００２７】
円板部材６３は、図３に示すように、１７個のピンホール６３ａ１〜６３ａ１７を有する円板状に形成される。各ピンホール６３ａ１〜６３ａ１７は、円板部材６３において互いに異なる径方向位置および周方向位置にそれぞれ配置され、第１〜第１７のピンホール６３ａ１〜６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールが検出光学系２０の光学視野範囲内に位置するようになっている。これにより、ウェハＷの表面上における検出範囲（視野）が決定される。なお、本実施形態において、各ピンホール６３ａ１〜６３ａ１７は、円板部材６３の周方向に等ピッチ間隔で配置されるとともに、一端に位置する第１のピンホール６３ａ１から他端に位置する第１７のピンホール６３ａ１７へ向かうにつれて、その径方向位置が等ピッチ間隔で円板部材６３の中心（回転対称軸）の方へずれるようになっている。
【００２８】
また、各ピンホール６３ａ１〜６３ａ１７は直径φ１ｍｍであり、倍率が１００倍の対物レンズ６を使用した場合、ウェハＷの表面における検出範囲（視野）は直径φ１０μｍとなる。このように、各ピンホール６３ａ１〜６３ａ１７の形状は円形（もしくは矩形）が好ましい。図４に示す光学視野Ｄは、ウェハＷの表面上における検出光学系２０の光学的な視野を示しており、本実施形態においては直径φ２５０μｍである。また、光学視野Ｄの内側に位置する走査エリアＣは、検査データを取得するための正方形のエリアであり、１辺は約１７０μｍである。
【００２９】
モータ６１により円板部材６３を回転させると、第１のピンホール６３ａ１は、走査エリアＣにおける一番上の列のデータ取得位置Ａ（１，１）、Ａ（２，１）、…Ａ（１７，１）を走査する。第１〜第１７のピンホール６３ａ１〜６３ａ１７はそれぞれ、走査エリアＣにおいて１走査分ずれた位置を順に走査するように、円板部材６３において径方向位置をずらしてある。そのため、第１のピンホール６３ａ１による走査が終わると、第２のピンホール６３ａ２は、第１のピンホール６３ａ１が走査した位置から１走査分ずれた位置のデータ取得位置Ａ（１，２）、Ａ（２，２）、…Ａ（１７，２）を走査する。そのため、複数のピンホールが同時に走査エリアＣ内に入ることはない。以下、同様にして１走査分ずれた位置のデータ取得位置を走査していき、第１７のピンホール６３ａ１７は、走査エリアＣにおける一番下の列のデータ取得位置Ａ（１，１７）、Ａ（２，１７）、…Ａ（１７，１７）を走査する。
【００３０】
円板部材６３はウェハＷと共役の位置にあるので、モータ６１により円板部材６３を回転させると、いずれか１つのピンホールにより順番にウェハＷの走査エリアＣを走査しながら、走査エリアＣに関するデータを撮像部３０の各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで検出することができる。このように、視野絞りであるピンホール６３ａ１〜６３ａ１７を用いて走査することにより、本実施形態の場合は１辺が約１７０μｍの広い範囲を、ウェハステージ５を移動させることなく高速に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）と同等の感度でパターンの変化を測定することが可能になる。なお、円板部材６３の回転に伴って各ピンホール６３ａ１〜６３ａ１７は回転するが、円板部材６３の半径に対して走査エリアＣは小さいため、各ピンホール６３ａ１〜６３ａ１７による走査の軌跡は直線に近くなる。
【００３１】
撮像部３０は、図１に示すように、ＤＭＤ（Digital  Micromirror  Device）素子３１と、レンズ３２と、２次元撮像素子３３と、反対側に設けられたレンズ３４と、分光プリズム３５と、３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを有して構成される。ＤＭＤ素子３１は、平面上に並ぶ複数の可動式マイクロミラー（図示せず）を有して構成される。ＤＭＤ素子３１のマイクロミラーは、電気駆動することにより、ＯＮ状態のときには検出光学系２０からの光が２次元撮像素子３３の方へ反射するように傾斜し、ＯＦＦ状態のときには検出光学系２０からの光が検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ（分光プリズム３５）の方へ反射するように傾斜する。
【００３２】
そのため、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３２（アオリ光学系）を通って２次元撮像素子３３の撮像面に導かれる。一方、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３４（アオリ光学系）を通って、分光プリズム３５でＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光に分光された後、それぞれ３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃに導かれる。なお、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで得られた光電信号は、不図示の配線によりＣＰＵ４３へ送られる。
【００３３】
２次元撮像素子３３は、ベイヤ配列のカラーフィルタアレイを有するＣＣＤやＣＭＯＳ等であり、前述のフーリエ画像を撮像する。また、３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、フォトダイオードやアバランシェ素子等の高感度な光検出素子であり、分光プリズム３５によって分光されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光をそれぞれ検出する。
【００３４】
制御ユニット４０は、フーリエ画像のデータを記録する記録部４１と、入力インターフェース４２と、各種の演算処理を実行するＣＰＵ４３と、モニタ４４および操作部４５とを有して構成され、検査装置１の統括的な制御を実行する。また、記録部４１、入力インターフェース４２、モニタ４４および操作部４５は、それぞれＣＰＵ４３と電気的に接続されている。ＣＰＵ４３は、プログラムの実行によってフーリエ画像を解析し、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中でパターンの変化に対して感度の高い領域を求める。また、入力インターフェース４２は、記録媒体（図示せず）を接続するコネクタや、外部のコンピュータ（図示せず）と接続するための接続端子を有しており、記録媒体またはコンピュータからデータの読み込みを行う。
【００３５】
以上のように構成される検査装置１を用いてウェハＷを検査する方法について、図８〜図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図８に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３とＤＭＤ素子３１との画素対応テーブルを作成する方法について説明する。画素対応テーブルの作成方法は、まず、ステップＳ１０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸から外す。次に、ステップＳ１０２において、検査点（いずれかのピンホール６３ａ１〜６３ａ１７）が視野の中心になるように円板部材６３を位置決めする。次のステップＳ１０３において、パターンのないウェハＷをウェハステージ５により対物レンズ６の下方（観察位置）に移動させる。
【００３６】
次のステップＳ１０４において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。このとき、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされてハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および円板部材６３を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１にフーリエ像が投影される。
【００３７】
次のステップＳ１０５において、ＤＭＤ素子３１の１画素（マイクロミラー）だけＯＮ状態にし、それ以外の画素（マイクロミラー）はＯＦＦ状態にする。そうすると、ＯＮ状態の画素で反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３２を通って２次元撮像素子３３の撮像面に導かれる。
【００３８】
次のステップＳ１０６において、２次元撮像素子３３で撮像を行って、ＯＮ状態の画素（マイクロミラー）で反射した光を検出し、ＣＰＵ４３がＯＮ状態の画素で反射した光の撮像面上（２次元撮像素子３３）での画素位置を計算して求める。
【００３９】
次のステップＳ１０７において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１０５で求めた２次元撮像素子３３の画素位置と、そのときのＤＭＤ素子３１の画素位置（マイクロミラーの位置）との関係を、記録部４１の画素対応テーブルに登録する。
【００４０】
次のステップＳ１０８において、ＣＰＵ４３は、ＤＭＤ素子３１の全ての画素について測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであれば、画素対応テーブルの作成を終了し、判定がＮｏであればステップＳ１０９へ進む。
【００４１】
ステップＳ１０９では、ＤＭＤ素子３１のＯＮ状態にする画素（マイクロミラー）を未だ測定が済んでいない画素に変更し、ステップＳ１０６へ戻る。このようなシーケンスにより、２次元撮像素子３３の画素とＤＭＤ素子３１の画素との関係を画素対応テーブルに登録することができる。
【００４２】
次に、図９に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中で、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定する方法について説明する。感度の高い領域の決定方法は、まず、ステップＳ２０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１をクロスニコルの状態となるように光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２０２において、検査点（いずれかのピンホール６３ａ１〜６３ａ１７）が視野の中心になるように円板部材６３を位置決めする。次のステップＳ２０３において、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）をＯＮ状態にして、ウェハＷからの光が全て２次元撮像素子３３の方へ反射するようにする。次のステップＳ２０４において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
【００４３】
次のステップＳ２０５において、繰り返しパターンが形成されたウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショットの一部分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。このとき、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを使用する。
【００４４】
そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および円板部材６３を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１にフーリエ像が投影される。このとき、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）がＯＮ状態であるので、ＤＭＤ素子３１で反射した光はレンズ３２を通り、２次元撮像素子３３の撮像面にフーリエ像が投影される。
【００４５】
そこで、次のステップＳ２０６において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
【００４６】
次のステップＳ２０７において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の必要な全てのパターンについて測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ２０８へ進み、判定がＮｏであればステップＳ２０５へ戻り、未だ測定が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ２０６の撮像を行う。これにより、記録部４１には、同一形状のパターンについて露光条件が異なる複数のフーリエ画像のカラーデータが記録されることになる。
【００４７】
ステップＳ２０８では、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像について、フーリエ画像の各位置ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。輝度データの求め方は、まず、図１１に示すように、フーリエ画像（例えば１フレーム目のフーリエ画像ＦＩ1）を縦横等間隔に正方格子状の複数の分割領域Ｐに分割し、フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、ＲＧＢの輝度値の平均をそれぞれの色別に求める。そして、この工程を各々のフーリエ画像について行う。これにより、１フレーム目からｎフレーム目までのフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、各フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの階調を示す輝度データがそれぞれ生成されることになる。
【００４８】
次のステップＳ２０９において、図１２に示すように同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、同じ分割領域におけるフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩn間での階調差を示す階調差データを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成する。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ２０８で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、分割領域Ｐｍに対応する輝度データの階調値のうちで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの最大値と最小値とを抽出し、抽出した最大値と最小値との差分値を算出する。そして、これらの工程を全ての分割領域について行う。これにより、フーリエ画像の全ての分割領域について、分割領域Ｐｍにおけるフーリエ画像間での階調差を示す階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成されることになる。
【００４９】
そして、ステップＳ２１０において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２０９で求めた階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、階調の最大値と最小値との差分値が最大となる色と分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。図１３〜図１５は、フーリエ画像の各分割領域における階調差の分布状態を色成分ごとに示した図である。図１３〜図１５の例において、図１５に示すＢの階調差の左上の領域が最大感度の領域となる。このようにすれば、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
【００５０】
上述のようにして、未知のパターンの変化を２次元撮像素子３３で撮像した画像より検出することが可能になる。ところが、ウェハＷからの反射光は微弱であり、２次元撮像素子３３の露光時間が長くなってしまいスループットが上がらない場合がある。
【００５１】
そこで、図１０に示すフローチャートを用いて、高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法について説明する。このパターンの検出方法は、まず、ステップＳ３０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。
【００５２】
次に、ステップＳ３０２において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷからの反射光を各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くためにＯＮ／ＯＦＦさせるＤＭＤ素子３１の画素（マイクロミラー）を決定する。具体的には、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９で求めた２次元撮像素子３３とＤＭＤ素子３１との画素対応テーブルを参照して、ステップＳ２０１〜Ｓ２１０で求めた２次元撮像素子３３上で感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素を求める。
【００５３】
次のステップＳ３０３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３の方へ導くように設定する。
【００５４】
次のステップＳ３０４では、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。次に、ステップＳ３０５において、モータ６１により円板部材６３を一定速度で回転させる。次のステップＳ３０６において、検査するウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の検査するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。
【００５５】
そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および円板部材６３を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１に達する。
【００５６】
このとき、ウェハＷのパターン変化に対して感度の高い領域の反射光は、ＤＭＤ素子３１におけるＯＦＦ状態の画素（マイクロミラー）で反射してレンズ３４を通り、分光プリズム３５により、赤色の光は第１の検出素子３６ａ、緑色の光は第２の検出素子３６ｂ、青色の光は第３の検出素子３６ｃへ導かれる。またこのとき、走査部６０の円板部材６３を回転させることにより、第１〜第１７のピンホール６３ａ１〜６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールにより順番にウェハＷの走査エリアＣを走査しながら、２次元の走査エリアＣに関するデータを高速に各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで検出することができる。
【００５７】
そこで、次のステップＳ３０７において、ＣＰＵ４３は、データ取得テーブルを作成して記録部４１に記録する。データ取得テーブルとは、前述のデータ取得位置Ａ（１，１）…とロータリーエンコーダ６２のカウント値（すなわち、円板部材６３の回転角）との対応関係を示す表である。
【００５８】
データ取得テーブルの作成方法は、まず、円板部材６３が回転し、第１のピンホール６３ａ１（図４も参照）がデータ取得位置Ａ（１，１）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。次に、第１のピンホール６３ａ１がデータ取得位置Ａ（２，１）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。このようにして、第１のピンホール６３ａ１がデータ取得位置Ａ（１，１）〜Ａ（１７，１）にそれぞれ到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。これにより１走査分のデータ取得テーブルの登録が済んだことになる。
【００５９】
続いて、第２のピンホール６３ａ２がデータ取得位置Ａ（１，２）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。次に、第２のピンホール６３ａ２がデータ取得位置Ａ（２，２）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。このようにして、第２のピンホール６３ａ２がデータ取得位置Ａ（１，２）〜Ａ（１７，２）にそれぞれ到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。
【００６０】
以下同様にして、全てのピンホール６３ａ１〜６３ａ１７についてそれぞれ、データ取得位置に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。これにより、データ取得テーブルが完成する。図５に、ロータリーエンコーダ６２として１周２００００パルスのエンコーダを使用したときのデータ取得テーブルの例を示す。なお、データ取得位置の間隔は、分解能により変えてもよい。
【００６１】
次のステップＳ３０８において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０７で作成したデータ取得テーブルを利用して、全てのデータ取得位置で走査エリアＣに関するデータを各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃにより取得したか否かを判定する。データの取得が済んでいない場合にはステップＳ３０９へ進み、データの取得が済んでいる場合にはステップＳ３１１へ進む。なお、データを取得する順番は、データ取得位置Ａ（１，１）〜Ａ（１７，１）、Ａ（１，２）〜Ａ（１７，２）、…Ａ（１，１７）〜Ａ（１７，１７）の順番で行ってもよく、ランダムに行ってもよい。
【００６２】
ステップＳ３０９では、ＣＰＵ４３が、ステップＳ３０７で作成したデータ取得テーブルを利用して、円板部材６３の回転により、ピンホールがデータ取得の済んでいないデータ取得位置に到達したか否かを判定する。到達していなければステップＳ３０９へ戻り、到達したらステップＳ３１０へ進む。
【００６３】
ステップＳ３１０において、ＣＰＵ４３は、いずれかのデータ取得位置において、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃによりＤＭＤ素子３１から導かれた感度の高い反射光を検出し、その検出信号から反射光の輝度（階調）を測定する。このとき、前述したように、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃにフォトダイオードやアバランシェ素子等を使用することで、ウェハＷからの反射光に応じた微弱信号を高速に電気信号（検出信号）に変換することができ（例えば、ＣＣＤで１００ｍｓ程度なのに対し、アバランシェ素子では、サンプリング周波数が数ｋＨｚであり、１サンプリング時間は数ｍｓ程度）、ウェハＷ上のパターンの状態（変化）を高速に検出することができる。なお、図１３〜図１５の例では、第３の検出素子３６ｃで検出した青色の光を用いることになる。また、ＤＭＤ素子３１の画素（マイクロミラー）は、ＯＮ状態の方が位置精度が高いのにもかかわらず、ＯＦＦ状態のときに各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定しているが、レンズ３４を縮小レンズにすることで、ＯＦＦ状態のときの反射方向にズレが生じても許容範囲内とすることができる。
【００６４】
なお、検出した反射光の輝度データは記録部４１に記録され、記録部４１のデータ取得テーブルに、当該検出を行ったデータ取得位置においてデータ取得済みであることが登録される。そして、ステップＳ３１０の処理が終わるとステップＳ３０８へ戻る。前述したように、ステップＳ３０８において全てのデータの取得が済んでいる場合にはステップＳ３１１へ進む。
【００６５】
そして、ステップＳ３１１において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３１０で測定した輝度データおよびデータ取得テーブルから、図１６に示すような２次元の輝度分布（階調の分布）を作成する。図１６は測定結果の一例であり、１つのマスに１つの輝度データ（本実施形態の場合、ウェハＷの表面におけるφ１０μｍのエリアの測定値）が記載される。図１６における各マスの位置関係は、図４のデータ取得位置Ａ（１，１）〜Ａ（１７，１）、Ａ（１，２）〜Ａ（１７，２）、…Ａ（１，１７）〜Ａ（１７，１７）に対応する。
【００６６】
また、２次元の輝度分布はモニタ４４に表示され、測定結果（検査結果）をオペレータが目視で確認することにより、ウェハＷ上のパターンの変化（すなわち、パターンの欠陥）を検出することが可能になる。また、２次元の輝度分布を図１７に示すような３次元のグラフとして表示することにより、パターンの変化を認識しやすくすることもできる。
【００６７】
またこのとき、測定した輝度データからパターンの良否を自動的に判定することも可能である。パターンの自動判定方法について説明すると、ＣＰＵ４３は、まず、図１６の測定結果から輝度（階調）の平均値を算出し、算出した平均値と予め設定しておいた良品範囲とを比較する。そして、算出した平均値が良品範囲内であれば良品であると判定し、良品範囲外であれば不良であると判定する。これにより、パターンの良否を自動的に判定することができる。なお、平均するデータの範囲を変えることにより、あたかもウェハＷ上での視野サイズを変更した効果を得ることができる。また、輝度の平均値ではなく、最大値や最小値を算出して所定の良品範囲と比較することにより、局所的な欠陥を見つけることができる。さらに、標準偏差を算出するようにすれば、パターンのばらつきを検査することができる。また、上記自動判定方法において、測定した輝度データをそのまま使用したが、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によるパターン形状の測定結果と相関をとることにより、測定した輝度データからパターンの線幅を算出し、算出したパターンの線幅を使用して同様の良否判定を行うこともできる（後述の（１）式を参照）。
【００６８】
このように、本実施形態の検査装置によれば、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃにより輝度が検出される瞳面に対応したウェハＷの範囲（すなわち、走査エリアＣ）を走査する走査部６０を備えて構成されるため、２次元の検査エリアについてウェハステージ５を移動させることなく高速に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）と同等の高感度で、ウェハＷの表面に形成されたパターンを検査することが可能になる。
【００６９】
なお、走査部６０は、モータ６１を用いて、視野絞りである円板部材６３に形成されたピンホール（孔部）を移動させることで、走査エリアＣを走査するように構成されている。このようにすれば、モータ６１および円板部材６３からなる簡便な構成で、高速に検査を行うことができる。
【００７０】
またこのとき、モータ６１を用いて、円板部材６３に形成された複数のピンホール６３ａ１〜６３ａ１７をそれぞれ回転移動させることで、複数のピンホール６３ａ１〜６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールにより順番に、走査エリアＣを走査している。このようにすれば、円板部材６３による回転移動を利用して走査エリアＣの走査を行うため、走査部６０の大きさを小さくすることができる。
【００７１】
また、前述のように、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、瞳面（フーリエ画像）において、ウェハＷの表面状態の変化（パターンの変化）に応じ輝度が大きく変化する部分の輝度を検出することにより、感度の高い検査を行うことができる。
【００７２】
また、２次元撮像素子３３および各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃが、ウェハＷからの光のうち直線偏光である照明光と偏光方向が略直交する偏光成分を検出するようにすることで、いわゆるクロスニコルの状態となって構造性複屈折を利用した感度の高い検査が可能になる。なお、偏光子１７と検光子２１の偏光方向は、９０°（クロスニコルの状態）に限らず、検査対象のパターンで発生する構造性複屈折による楕円偏光の回転に合わせて微調整してもよい。
【００７３】
またこのとき、落射照明によりウェハＷの表面を照明することで、装置の大きさを小型にすることができる。
【００７４】
なお、上述の実施形態において、各ピンホール６３ａ１〜６３ａ１７の大きさを直径φ１ｍｍとしたが、これに限られるものではなく、大きさを直径φ０．５ｍｍとしてもよい。この場合、図６に示すように、円板部材６３′には、３４個のピンホール６３ｂ１〜６３ｂ３４が形成される。そして、各ピンホール６３ｂ１〜６３ｂ３４は、上述の実施形態の場合と同様に、円板部材６３′において互いに異なる径方向位置および周方向位置にそれぞれ配置され、第１〜第３４のピンホール６３ａ１〜６３ａ３４のうちいずれか１つのピンホールが検出光学系２０の光学視野範囲内に位置するようになっている。このようにすれば、倍率が１００倍の対物レンズ６を使用した場合、ウェハＷの表面における検出範囲（視野）は直径φ５μｍとなり、分解能を変更することができる。なおこのとき、モータ６１により円板部材６３′を回転させると、図７に示すように、第１〜第３４のピンホール６３ａ１〜６３ａ３４はそれぞれ、走査エリアＣにおいてデータ取得位置Ｂ（１，１）〜Ｂ（３４，１）、Ｂ（１，２）〜Ｂ（３４，２）、…Ｂ（１，３４）〜Ｂ（３４，３４）の順番で走査を行う。
【００７５】
また、上述の実施形態において、走査部６０は、モータ６１および円板部材６３を有して構成されているが、これに限られるものではない。そこで、走査部の変形例について図１８および図１９を参照しながら説明する。変形例に係る走査部１６０は、図１８に示すように、矩形板状の視野絞り板１６３と、視野絞り板１６３を直線移動させるリニア駆動部１６１と、視野絞り板１６３の位置を検出するリニアエンコーダ１６２とを有して構成される。
【００７６】
リニア駆動部１６１は、固定部１６１ａと、可動部１６１ｂとから構成される。固定部１６１ａは装置（検出光学系２０）に固定され、可動部１６１ｂを直線上で駆動する。可動部１６１ｂに視野絞り板１６３が取り付けられ、視野絞り板１６３は、リニア駆動部１６１により検出光学系２０の光軸に対して垂直方向に駆動される。
【００７７】
視野絞り板１６３は、図１９に示すように、１７個のピンホール１６３ａ１〜１６３ａ１７を有する矩形板状に形成される。各ピンホール１６３ａ１〜１６３ａ１７は、視野絞り板１６３において視野絞り板１６３の直線移動方向に対し斜めに並ぶように配置され、第１〜第１７のピンホール１６３ａ１〜１６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールが検出光学系２０の光学視野範囲内に位置するようになっている。これにより、ウェハＷの表面上における検出範囲（視野）が決定される。
【００７８】
また、各ピンホール１６３ａ１〜１６３ａ１７は直径φ１ｍｍであり、倍率が１００倍の対物レンズ６を使用した場合、ウェハＷの表面における検出範囲（視野）は直径φ１０μｍとなる。リニア駆動部１６１により視野絞り板１６３を直線移動させると、上述の実施形態の場合と同様に、第１のピンホール１６３ａ１は、走査エリアＣにおける一番上の列のデータ取得位置Ａ（１，１）、Ａ（２，１）、…Ａ（１７，１）を走査する（図４を参照）。第１〜第１７のピンホール１６３ａ１〜１６３ａ１７はそれぞれ、走査エリアＣにおいて１走査分ずれた位置を順に走査するように、視野絞り板１６３の直線移動方向と垂直な方向の位置をずらしてある。そのため、第１のピンホール１６３ａ１による走査が終わると、第２のピンホール１６３ａ２は、第１のピンホール１６３ａ１が走査した位置から１走査分ずれた位置のデータ取得位置Ａ（１，２）、Ａ（２，２）、…Ａ（１７，２）を走査する。以下、同様にして１走査分ずれた位置のデータ取得位置を走査していき、第１７のピンホール１６３ａ１７は、走査エリアＣにおける一番下の列のデータ取得位置Ａ（１，１７）、Ａ（２，１７）、…Ａ（１７，１７）を走査する。
【００７９】
そして、視野絞り板１６３は、円板部材６３と同様にウェハＷと共役の位置に配置され、リニア駆動部１６１により視野絞り板１６３を直線移動させると、いずれか１つのピンホールにより順番にウェハＷの走査エリアＣを走査しながら、走査エリアＣに関する２次元のデータを撮像部３０の各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで検出することができる。このようにしても、上述の実施形態の場合と同様に、１辺が約１７０μｍの広い範囲を、ウェハステージ５を移動させることなく高速に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）と同等の感度でパターンの変化を測定することが可能になる。なお、視野絞り板１６３（可動部１６１ｂ）の位置はリニアエンコーダ１６２に検出され、リニアエンコーダ１６２のカウント値を用いれば、前述のデータ取得テーブルを同様に作成することが可能である。
【００８０】
また、上述の実施形態において、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３の方へ導くように設定しているが、これに限られるものではない。例えば、図２０に示すように、ＤＭＤ素子３１とレンズ３２との間にハーフプリズム３８を配置し、ＤＭＤ素子３１から２次元撮像素子３３へ向かう光の一部をハーフプリズム３８からレンズ３４および分光プリズム３５を介して各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃへ導くようにしてもよい。この場合、ステップＳ３０３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３および各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導かないように設定する。これにより、ＤＭＤ素子３１の画素をより位置精度の高いＯＮ状態にしてウェハＷからの光を各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くことができる。
【００８１】
また、上述の実施形態において、ウェハＷの欠陥検査を行う検査装置１を例に説明を行ったが、被検基板はウェハＷに限られず、例えば液晶ガラス基板であっても構わない。
【００８２】
また、上述の実施形態において、階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定しているが、これに限られるものではない。そこで、図２１に示すフローチャートを用いて、感度の高い領域の決定方法の変形例について説明する。この方法は、上述の実施形態の場合と同様に、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを用いて、各々のパターンのフーリエ画像とパターン毎の線幅のデータとに基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定するものである。なお、上記のパターンに対応する線幅のデータは、例えば、スキャトロメータや走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の線幅測定器で測定したものを利用し、これら線幅のデータ群は予め入力インターフェース４２より入力して記録部４１に記録されているものとする。また、走査部として上述の円板部材６３を有した走査部６０を用いることにする。
【００８３】
まず、前述の実施形態の場合と同様に、ステップＳ２５１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２５２において、検査点（いずれかのピンホール６３ａ１〜６３ａ１７）が視野の中心になるように円板部材６３を位置決めする。次のステップＳ２５３において、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）をＯＮ状態にして、ウェハＷからの光が全て２次元撮像素子３３の方へ反射するようにする。次のステップＳ２５４において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
【００８４】
次のステップＳ２５５において、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショットの一部分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。次のステップＳ２５６において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
【００８５】
次のステップＳ２５７において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の全てのパターンについて測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ２５８へ進み、判定がＮｏであればステップＳ２５５へ戻り、未だ測定が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ２５６の撮像を行う。
【００８６】
ステップＳ２５８において、ＣＰＵ４３は、上述の実施形態の場合と同様に、各フーリエ画像について、フーリエ画像の分割領域ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。
【００８７】
さて、次のステップＳ２５９では、同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnの同じ分割領域における階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅のデータを記録部４１から読み出す。またこのとき、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ２５８で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnごとに、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの輝度データの階調値との対応関係を求める。
【００８８】
続いて、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの階調値との対応関係に基づいて、最小二乗法により分割領域Ｐｍでの階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を求める。ここで、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅をｙとし、分割領域ＰｍでのＢ（あるいはＲもしくはＧ）の階調値をｘとし、傾きをａとし、ｙ切片をｂとすると、近似式は次の（１）式で表わされる。
【００８９】
ｙ＝ａｘ+ｂ      …（１）
【００９０】
なお、係数ａの絶対値は、パターンの線幅の変化に対する階調変化の逆数（すなわち、パターンの変化に対する検出感度の逆数）に相当する。すなわち、上記の係数ａの絶対値が小さくなると、線幅の差が同じでもフーリエ画像の階調変化が大きくなるので、パターンの変化に対する検出感度がより高くなる。そして、これらの工程を全ての分割領域について、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに行う。
【００９１】
次に、ステップＳ２６０において、ＣＰＵ４３は、フーリエ画像上の各分割領域において、ステップＳ２５９で得た近似式とパターンの線幅との相関誤差をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、各々のフーリエ画像ＦＩ1〜ＦＩnに対応するパターンの線幅と、近似式を用いて算出されるパターンの線幅との偏差のデータを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに算出し、算出した偏差のデータから各分割領域の色成分ごとに標準偏差を算出し、その値を相関誤差とする。
【００９２】
そして、ステップＳ２６１において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２５９で求めた係数ａと、ステップＳ２６０で求めた相関誤差とに基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、係数ａの絶対値が小さく、かつ相関誤差が十分に小さい分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。具体的には、例えば、係数ａの絶対値の小ささと、相関誤差の小ささとに応じて各々の分割領域のスコアリングを行い、このスコアリングの結果に基づいて感度の高い分割領域を決定する。このようにしても、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
【００９３】
なお、上述の実施形態において、ＤＭＤ素子３１を用いて反射角度をＯＮ状態とＯＦＦ状態とで切り替えたが、これに限られるものではなく、ＳＬＭ（Space Light Modulator）等の光空間変調器を用いれば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）用のサンプル光をそれぞれ別々に取り出すことができる。また、固定的なマイクロミラーを走査することで最適な検出位置を求め、その最適な検出位置にマイクロミラーを配置した状態でサンプリングすることで、ＤＭＤ素子３１等を用いたのと同等の情報を得ることもできる。
【符号の説明】
【００９４】
Ｗ  ウェハ（被検基板）
１  検査装置
１０  照明光学系（照明部）              １７  偏光子
２０  検出光学系（観察光学系）          ２１  検光子
３０  撮像部
３６ａ  第１の検出素子（検出部）
３６ｂ  第２の検出素子（検出部）
３６ｃ  第３の検出素子（検出部）
４０  制御ユニット                      ４３  ＣＰＵ（検査部）
６０  走査部
６１  モータ（駆動部）
６３  円板部材（板状部材）              ６３  円板部材（変形例）
６３ａ１〜６３ａ１７  ピンホール（孔部）
６３ｂ１〜６３ｂ３４  ピンホール（変形例）
１６０  走査部（変形例）
１６１  リニア駆動部（１６１ａ  固定部，１６１ｂ  可動部）
１６３  視野絞り部材（板状部材）
【図１】
2009125839.tif 000003
【図２】
2009125839.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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