(57)【要約】    【課題】  微細なパターンを高い分解能で検出する欠陥検査方法、その装置及び半導体基板を高歩留まりで製造する方法を提供する。    【解決手段】  Ｘｅランプ３、楕円鏡４、マスク５とからなる輪帯状の照明を形成するランプハウス２４は、輪帯状の照明光を、ＸＹＺステージ２上に載置された微細パターンを形成したウエハ（被検査対象物）１を、コリメータレンズ６、光量調整用フイルタ１４及びコンデンサレンズ７を介して、円又は楕円偏光変換素子により円又は楕円偏光させて、対物レンズ９を介して照明し、その反射光をハーフミラー８ａ、８ｂ、ズームレンズ１３を介し、反射光の画像をイメージセンサ１２ａにより検出する。ステージＸＹＺを移動させ、センサ１２ａにより走査し画像信号を得る。この画像出力をＡ／Ｄ変換器１５ａにより変換して基準画像と比較して不一致を欠陥として検出するものである。【選択図】  図１
2006227016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する検出光学系とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項２】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項３】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する検出光学系とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項４】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光の一部分の光量を制御する光量制御フィルタを通して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項５】
前記検出光学系に光学倍率可変手段を備えたことを特徴とする請求項１または３記載の被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項６】
前記検出光学系に光学倍率可変手段を備えたことを特徴とする請求項１または３記載の被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項７】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換するパターンの検出光学系と、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して瞳の画像信号に変換する瞳の検出光学系と、該瞳の検出光学系の第２のイメージセンサから得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項８】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換するパターンの検出光学系と、前記対物レンズの瞳内に入射した０次を含む回折光の局所性の分布の画像を第２のイメージセンサにより受光して瞳の画像信号に変換する瞳の検出光学系と、該瞳の検出光学系の第２のイメージセンサから得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項９】
前記パターンの検出光学系に光学倍率可変手段を備えたことを特徴とする請求項７または８記載の被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項１０】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換するパターンの検出光学系と、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して瞳の画像信号に変換する瞳の検出光学系と、該瞳の検出光学系の第２のイメージセンサから得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御する制御手段と、前記パターンの検出光学系の第１のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項１１】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換するパターンの検出光学系と、前記対物レンズの瞳内に入射した０次を含む回折光の局所性の分布の画像を第２のイメージセンサにより受光して瞳の画像信号に変換する瞳の検出光学系と、該瞳の検出光学系の第２のイメージセンサから得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御する制御手段と、前記パターンの検出光学系の第１のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記パターンの検出光学系に光学倍率可変手段を備えたことを特徴とする請求項１０または１１に記載の被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項１３】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換するパターンの検出光学系と、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して瞳の画像信号に変換する瞳の検出光学系と、該瞳の検出光学系の第２のイメージセンサから得られる瞳の画像信号に基づいて前記パターンの検出光学系における光量制御用フィルタによる強度または光量を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項１４】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光の一部分の光量を制御する光量制御フィルタを通して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換するパターンの検出光学系と、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して瞳の画像信号に変換する瞳の検出光学系と、該瞳の検出光学系の第２のイメージセンサから得られる瞳の画像信号に基づいて前記パターンの検出光学系における光量制御用フィルタによる強度または光量を制御する制御手段と、前記パターンの検出光学系の第１のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項１５】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を更に偏光変換光学素子により偏光を加えて形成される偏光・輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する検出光学系とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項１６】
前記照明光学系における偏光変換光学素子は、前記偏光として円または楕円偏光を加える円または楕円偏光変換光学素子で形成したことを特徴とする請求項１５に記載の被検査対象物上のパターンの検出装置。
【請求項１７】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を更に偏光変換光学素子により偏光を加えて形成される偏光・輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する照明光学系と、該照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する検出光学系と、該検出光学系のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出する比較手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項１８】
前記照明光学系における偏光変換光学素子は、前記偏光として円または楕円偏光を加える円または楕円偏光変換光学素子で形成したことを特徴とする請求項１７記載の被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項１９】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する第１の照明光学系と、前記被検査対象物上のパターンに対して集光された暗視野照明を施す第２の照明光学系と、前記第１の照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する第１の検出光学系と、前記第２の照明光学系で照明された被検査対象物上のパターン上から反射して前記対物レンズの瞳内に入射する散乱光を集光して得られる被検査対象物上のパターン上の異物からの光をイメージセンサにより受光して異物を示す信号に変換する第２の検出光学系と、前記第１の検出光学系のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥情報を検出する比較手段と、前記第２の検出光学系から得られる信号に基づいて異物情報を検出する異物検出手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項２０】
多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を出射する光源と、該光源から出射された輪帯状の拡散照明光を更に偏光変換光学素子により偏光を加えて形成される偏光・輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射する第１の照明光学系と、前記被検査対象物上のパターンに対して集光された暗視野照明を施す第２の照明光学系と、前記第１の照明光学系により集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換する第１の検出光学系と、前記第２の照明光学系で照明された被検査対象物上のパターン上から反射して前記対物レンズの瞳内に入射する散乱光を集光して得られる被検査対象物上のパターン上の異物からの光をイメージセンサにより受光して異物を示す信号に変換する第２の検出光学系と、前記第１の検出光学系のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥情報を検出する比較手段と、前記第２の検出光学系から得られる信号に基づいて異物情報を検出する異物検出手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項２１】
対物レンズを介して被検査対象物の検出視野においてほぼ一様に照明光を施す照明手段と、前記被検査対象物からの反射光を光電変換により検出画像とする画像検出手段と、前記検出画像と基準画像とを比較する画像比較手段とを備えたことを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項２２】
前記対物レンズの瞳上の画像をレンズにより結像させて検出する瞳画像検出手段を備えたことを特徴とする請求項２１記載の被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【請求項２３】
前記照明光の偏光状態を制御する偏光状態制御手段を備えたことを特徴とする請求項２１または２２記載の被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細な回路パターンまたは配線パターンを有する半導体ウエハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の半導体基板を高歩留まりで製造する半導体基板の製造方法、半導体ウエハ、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の被検査対象物上に形成された微細な回路パターンまたは配線パターンからなる被検査パターンの高精度な寸法を測定、検出する被検査対象物上のパターン検出方法及びその装置、前記被検査対象物上のパターンにおける微細な欠陥検査を行う被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置、並びにそれらに用いられる顕微鏡に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、例えば、半導体ウエハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等上に形成された回路パターンまたは配線パターンからなる被検査パターンは、高集積化のニーズに対応して微細化が図られている。ところで、高集積化に伴って回路パターンまたは配線パターンは益々微細化されるため、検出しなければならない欠陥についても益々微小なものとなる。このように微小な欠陥の検出が、回路パターンまたは配線パターンを製造する際、これら回路パターンまたは配線パターンの良否を判定する上で非常に重要な課題となってきている。しかし、前記微細化が更に進んで、回路パターンまたは配線パターン等の被検査パターンにおいて、微小欠陥検出が結像光学系の解像限界に達してきたので、本質的な解像度の向上が求められている。このように本質的な解像度の向上を図る従来技術としては、特開平５−１６０００２号公報が知られている。この従来技術には、マスク上に形成された微細な回路パターンに対して、光源空間フィルタにより多数の仮想の点光源を配列して構成された輪帯状の拡散照明を施す照明手段と、該照明手段によってほぼ一様に拡散照明されたマスクを透過若しくは反射する上記微細なパターンからの回折光を十分に取り込み、この取り込まれた光の内、０次回折光又は低次回折光の少なくとも一部を遮光する結像空間フィルタを有する光学的瞳を有し、該光学的瞳を通過して結像された回路パターンを受光して画像信号を得る受光手段と、該受光手段から得られる画像信号とマスクパターンデータ又はウエハパターンデータ又は転写シュミレータからのデータと比較してパターンを検査する比較手段とを備えたパターン検査装置について記載されている。またこの従来技術においては、パターン形状データに応じて光源空間フィルタ及び結像空間フィルタの形状を制御することについて記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−１６０００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
最近、例えば、半導体ウエハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の半導体基板上に形成された回路パターンまたは配線パターンからなる被検査パターンは、高集積化のニーズに対応して微細化が図られている。ところで、高集積化に伴って回路パターンまたは配線パターンは益々微細化（高密度化）されるため、検出しなければならない欠陥についても益々微小なものとなる。しかしながら、上記従来技術においては、被検査対象物上の微細なパターンに対して輪帯状の拡散照明を施して、対物レンズの開口（瞳）内に上記微細なパターンからの回折光を十分に取り込んで、高解像度の画像信号を得て微細なパターンの欠陥を検出しているが、被検査対象物上に存在する様々な微細パターンに対応させて高信頼度で微細な欠陥を検出する点について十分考慮されていないという課題を有していた。また微細なパターンを有する半導体ウエハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の半導体基板を、欠陥の発生を低減して高歩留まりで製造することについても十分考慮されていないという課題を有していた。
【０００５】
本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、半導体ウエハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の微細なパターンを有する半導体基板を高歩留まりで製造するようにした半導体基板の製造方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、半導体ウエハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の被検査対象物上に存在する様々な微細パターンに対応させて高信頼度で微細パターンを検出できるようにした被検査対象物上のパターンの検出方法及びその装置（顕微鏡システム）を提供することにある。また本発明の他の目的は、半導体ウエハ、ＴＦＴ液晶基板、薄膜多層基板、プリント基板等の被検査対象物上に存在する様々な微細パターンに対応させて高信頼度で微細パターンの微細な欠陥を検査する被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、各種のプロセス装置によって構成された製造ラインによりパターンを有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法において、予め前記半導体基板上に発生するパターンの欠陥情報と前記製造ラインにおけるパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係を示す履歴データまたはデータベースを蓄積して因果関係を示す履歴データまたはデータベースを構築する履歴データまたはデータベース構築工程と、前記製造ラインの所望箇所に至った前記半導体基板に対して、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して集光して照射し、前記半導体基板上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較してパターンの欠陥情報を検出する欠陥検査工程と、この欠陥検査工程により検出されたパターンの欠陥情報と前記履歴データまたはデータベース構築工程で構築された因果関係を示す履歴データまたはデータベースとに基づいて前記製造ラインの所望箇所より上流の製造ラインにおいてパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析する欠陥発生解析工程と、この欠陥発生解析工程によって解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因を取り除くように前記上流の製造ラインにおけるプロセス条件を制御するプロセス条件制御工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
【０００７】
また本発明は、各種のプロセス装置によって構成された製造ラインによりパターンを有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法において、予め前記半導体基板上に発生するパターンの欠陥情報と前記製造ラインにおけるパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係を示す履歴データまたはデータベースを蓄積して因果関係を示す履歴データまたはデータベースを構築する履歴データまたはデータベース構築工程と、前記製造ラインの所望箇所に至った前記半導体基板に対して、この半導体基板上に形成されたパターンに適するように制御された多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して集光して照射し、前記半導体基板上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの高解像度の画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較してパターンの欠陥情報を検出する欠陥検査工程と、この欠陥検査工程により検出されたパターンの欠陥情報と前記履歴データまたはデータベース構築工程で構築された因果関係を示す履歴データまたはデータベースとに基づいて前記製造ラインの所望箇所より上流の製造ラインにおいてパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析する欠陥発生解析工程と、この欠陥発生解析工程によって解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因を取り除くように前記上流の製造ラインにおけるプロセス条件を制御するプロセス条件制御工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
【０００８】
また本発明は、各種のプロセス装置によって構成された製造ラインによりパターンを有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法において、予め前記半導体基板上に発生するパターンの欠陥情報と前記製造ラインにおけるパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係を示す履歴データまたはデータベースを蓄積して因果関係を示す履歴データまたはデータベースを構築する履歴データまたはデータベース構築工程と、前記製造ラインの所望箇所に至った前記半導体基板に対して、対物レンズの瞳上の画像に基づいて制御された多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して集光して照射し、前記半導体基板上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの高解像度の画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較してパターンの欠陥情報を検出する欠陥検査工程と、この欠陥検査工程により検出されたパターンの欠陥情報と前記履歴データまたはデータベース構築工程で構築された因果関係を示す履歴データまたはデータベースとに基づいて前記製造ラインの所望箇所より上流の製造ラインにおいてパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析する欠陥発生解析工程と、この欠陥発生解析工程によって解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因を取り除くように前記上流の製造ラインにおけるプロセス条件を制御するプロセス条件制御工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
【０００９】
また本発明は、各種のプロセス装置によって構成された製造ラインによりパターンを有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法において、予め前記半導体基板上に発生するパターンの欠陥情報と前記製造ラインにおけるパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係を示す履歴データまたはデータベースを蓄積して因果関係を示す履歴データまたはデータベースを構築する履歴データまたはデータベース構築工程と、前記製造ラインの所望箇所に至った前記半導体基板に対して、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を更に偏光を加えて形成される偏光・輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して集光して照射し、前記半導体基板上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較してパターンの欠陥情報を検出する欠陥検査工程と、この欠陥検査工程により検出されたパターンの欠陥情報と前記履歴データまたはデータベース構築工程で構築された因果関係を示す履歴データまたはデータベースとに基づいて前記製造ラインの所望箇所より上流の製造ラインにおいてパターンの欠陥を発生させる欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析する欠陥発生解析工程と、この欠陥発生解析工程によって解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因を取り除くように前記上流の製造ラインにおけるプロセス条件を制御するプロセス条件制御工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
【００１０】
また本発明は、前記半導体基板の製造方法において、前記欠陥検査工程における偏光が、円または楕円偏光であることを特徴とする。また本発明は、各種のプロセス装置によって構成された製造ラインによりパターンを有する半導体基板を製造する半導体基板の製造方法において、予め前記半導体基板上に発生するパターンの欠陥情報と前記製造ラインにおけるパターンの欠陥及びパターン上の異物を発生させる欠陥・異物発生原因または欠陥・異物発生要因との因果関係を示す履歴データまたはデータベースを蓄積して因果関係を示す履歴データまたはデータベースを構築する履歴データまたはデータベース構築工程と、前記製造ラインの所望箇所に至った前記半導体基板に対して、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して集光して照射し、前記半導体基板上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較してパターンの欠陥情報を検出する欠陥検査工程と、前記製造ラインの所望箇所に至った前記半導体基板に対して、暗視野照明を施して前記半導体基板上のパターン上の異物から反射して前記対物レンズの瞳内に入射する散乱光を集光して得られる被検査対象物上のパターン上の異物をイメージセンサにより受光して異物を示す信号に変換してパターン上の異物情報を検出する異物検査工程と、前記欠陥検査工程により検出されたパターンの欠陥情報および前記異物検査工程により検出されたパターン上の異物情報と前記履歴データまたはデータベース構築工程で構築された因果関係を示す履歴データまたはデータベースとに基づいて前記製造ラインの所望箇所より上流の製造ラインにおいてパターンの欠陥及びパターン上の異物を発生させる欠陥・異物発生原因または欠陥・異物発生要因を解析する欠陥・異物発生解析工程と、この欠陥・異物発生解析工程によって解析された欠陥・異物発生原因または欠陥・異物発生要因を取り除くように前記上流の製造ラインにおけるプロセス条件を制御するプロセス条件制御工程とを有することを特徴とする半導体基板の製造方法である。
【００１１】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、この集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置である。また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、この集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この変換されたパターンの画像信号に基づいて被検査対象物上のパターンを検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出方法及びその装置である。
【００１２】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、この集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光の一部分の光量を制御する光量制御フィルタを通して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この変換されたパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置である。
【００１３】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して変換して得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御し、前記集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この変換されたパターンの画像信号に基づいて被検査対象物上のパターンを検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出方法及びその装置である。また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、前記対物レンズの瞳内に入射した０次を含む回折光の局所性の分布の画像を第２のイメージセンサにより受光して変換して得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御し、前記集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この変換されたパターンの画像信号に基づいて被検査対象物上のパターンを検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出方法及びその装置である。
【００１４】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して変換して得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御し、前記集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この第１のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置である。また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、前記対物レンズの瞳内に入射した０次を含む回折光の局所性の分布の画像を第２のイメージセンサにより受光して変換して得られる瞳の画像信号に基づいて前記光源における輪帯状の拡散照明光を制御し、前記集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この第１のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置である。
【００１５】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して変換して得られる瞳の画像信号に基づいて前記パターンの検出光学系における光量制御用フィルタによる強度または光量を制御し、前記集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この変換されたパターンの画像信号に基づいて被検査対象物上のパターンを検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出方法及びその装置である。また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、前記対物レンズの瞳上の画像を第２のイメージセンサにより受光して変換して得られる瞳の画像信号に基づいて前記パターンの検出光学系における光量制御用フィルタによる強度または光量を制御し、前記集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光の一部分の光量を制御する光量制御フィルタを通して前記対物レンズの瞳内に入射した０次回折光を含む１次または２次の回折光を部分的に強度または光量を変える光量制御用フィルタを通して得られる０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像を第１のイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、この第１のイメージセンサから得られるパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置である。
【００１６】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を更に偏光を加えて形成される偏光・輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、この集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号に基づいて被検査対象物上のパターンを検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの検出方法及びその装置である。
【００１７】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を更に偏光を加えて形成される偏光・輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、この集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥を検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置である。
【００１８】
また本発明は、被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置において、前記偏光が、円または楕円偏光であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の拡散照明光を対物レンズの瞳を通して被検査対象物上のパターンに対して集光して照射し、この集光照射された輪帯状の拡散照明光によって被検査対象物上のパターンから反射して前記対物レンズの瞳内に入射する０次回折光を含む１次または２次の回折光を集光して得られる被検査対象物上のパターンの画像をイメージセンサにより受光してパターンの画像信号に変換し、このパターンの画像信号を基準のパターンの画像信号と比較して一致により被検査対象物上のパターンを消去して不一致により欠陥情報を検出し、被検査対象物上のパターンに対して暗視野照明を施して前記半導体基板上のパターン上の異物から反射して前記対物レンズの瞳内に入射する散乱光を集光して得られる被検査対象物上のパターン上の異物をイメージセンサにより受光して異物を示す信号に変換してパターン上の異物情報を検出することを特徴とする被検査対象物上のパターンの欠陥検査方法及びその装置である。また本発明は、対物レンズを介して被検査対象物の検出視野においてほぼ一様な輪帯状の照明光を施す照明手段と、前記被検査対象物からの反射光を光電変換手段により検出画像とする画像検出手段と、前記検出画像と基準画像との画像比較手段とを具備することを特徴とするパターン検査装置及びその方法である。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記輪帯状の照明光は、多数の仮想の点光源から構成されることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記対物レンズの瞳上の画像を検出して瞳画像の情報を検出する瞳画像情報検出手段と、前記検出された瞳画像情報を用いて前記輪帯状の照明、いわゆるσ値などの入射角を制御する照明制御手段とを具備することを特徴とする。また本発明は、パターン検査装置及びその方法において、前記瞳画像情報検出手段は、対物レンズの瞳内に入射する０次回折光と±１次回折光の分布あるいは強度のいずれかまたは両方を検出するように構成したことを特徴とする。また本発明は、パターン検査装置及びその方法において、前記瞳画像情報検出手段により検出された０次光と±１次回折光の強度により、前記輪帯状の照明光を部分的に減衰させ、または前記±１次回折光を生じない前記輪帯状の照明光を部分的に遮光させるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記対物レンズの瞳もしくはそれとに共役な位置のいずれかに部分的に光強度を制御する光強度制御部（光量制御用フィルタ）を備えたことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記光強度制御部は、前記０次回折光と前記±１次回折光の強度を同一もしくはほぼ等しくするように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記０次回折光の入射角度を変えるように、もしくは１次回折光の反射角度を変えるように輪帯状の照明光を制御するように構成したことを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、パターン検査装置及びその方法において、前記検出画像より回路パターンの密度を算出するパターンの密度算出手段と、前記算出密度に応じて、前記照明手段を制御する照明制御手段とを具備することを特徴とする。また本発明は、パターン検査装置及びその方法において、前記検出された瞳画像を解析する手段と、前記解析結果に基づき、前記画像比較手段のパターン欠陥検査感度を制御する感度制御手段とを具備することを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記瞳画像情報より、周期性を有するパターンであるか否かを判断するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記瞳画像情報より、パターン上の異物の有無を判断するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置において、前記輪帯状の照明光の光量が所望値となるように制御するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記輪帯状の照明光照射手段は、放電ランプ光を集光した二次光源位置にリング状の遮光板を複数配設し、前記複数の遮光板を切り換えて制御されるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記輪帯状の照明光照射手段は、放電ランプを楕円鏡により集光した２次光源位置にリング状の遮光板を配置し、これらをその光軸方向に移動させて制御されるように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、前記画像検出手段には光学倍率可変機構を備えたことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、光学倍率可変機構により、検出画像の画素寸法をパターンの極大、極小値が保存されるように選ぶように構成したことを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、照明光の偏光状態を制御することを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、円偏光照明若しくは円に近い楕円偏光照明を被検査対象物に照射することを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、直線偏光を円偏光若しくは楕円偏光に変換して被検査対象物に照射し、被検査対象物からの反射光を直線偏光に変換して検出するように構成したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、偏光ビームスプリッタにより直線偏光を得、λ／４板により円又は楕円偏光を得、これを被検査対象物に照射し、反射光をこのλ／４板を通して直線偏光にし、この直線偏光を偏光ビームスプリッタを介して検出することを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、誘電多層膜をコーティングしたスプリッタにより直線偏光を得、λ／４板により円又は楕円偏光を得、これを被検査対象物に照射し、反射光をこのλ／４板を通して直線偏光にし、スプリッタを介して検出することを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、偏光を制御するための光学素子を無限遠補正系の対物レンズ及び結像レンズ（第２の対物レンズ或いはチューブレンズ）の間に挿入したことを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、照明光路途中に拡散板を挿入してパタ−ンに応じて照明光の指向性を制御することを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、少なくとも１次元イメージセンサの蓄積時間を検出光量に応じて可変とすることを特徴とする。また本発明は、前記パターン検査装置及びその方法において、検査中に、被検査対象物（試料）上の定めた位置の画像を記憶し、解析する手段を有することを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、対物レンズを介して被検査対象物の検出視野においてほぼ一様に照明を施す輪帯状の照明手段と、対物レンズの瞳位置に結像するレンズを介して瞳画像を検出する手段と、対物レンズの瞳に共役な位置に部分的に光強度を制御する手段とを備え、前記検出した瞳画像情報を用い、前記輪帯状照明の制御もしくは前記部分的に光強度を制御のいずれかがなされるように構成したことを特徴とする顕微鏡システムである。
【００２４】
上記各技術的手段の働きは次ぎのとおりである。本発明の構成によれば、半導体ウエハ、ＴＦＴ基板、薄膜多層基板、プリント基板等の微細なパターン（例えばピッチが１μｍ以下（０．８〜０．４μｍ）のパターン）を有する半導体基板において微細な欠陥を高分解能で、かつ高感度に検出して半導体基板を微細な欠陥の発生を低減して高歩留まりで製造することができる。また本発明の構成によれば、例えば輪帯状の照明により、半導体基板（被検査対象物）に対して集束した照明光を斜めに入射させ、パターンが微細な場合においても、その反射光である０次回折光と１次回折光（＋１次回折光あるいは−１次回折光のいずれか）を対物レンズの開口（瞳）内に十分に取り込むことが可能となり、その結果イメージセンサで受光してパターンの画像信号として十分な分解能が得られ、しかも対物レンズの瞳面の画像をモニタすることにより、反射光である０次回折光と１次回折光（＋１次回折光あるいは−１次回折光のいずれか）を認識し、これにより、例えば輪帯状の照明を制御することにより、微細なパターンに対応させて常に最適な条件で、十分な分解能で、かつ深い焦点深度でパターンの画像信号を検出することができる。そして、このフーリエ変換面（瞳面）の画像により、反射光である０次回折光と１次回折光（＋１次回折光あるいは−１次回折光のいずれか）の局所性分布もしくは強度分布を検出し、前記検出された回折光の局所性分布もしくは強度分布（パターンの密度に相応）に応じて、輪帯状の照明を制御すれば、例えば４ＭｂＤＲＡＭメモリ素子では、パターン密度がそれほど高くないため、予め設定した条件の輪帯状の照明により通常の分解能で十分検査することができ、また例えば１６ＭｂＤＲＡＭメモリ素子においては、予め設定した条件のより高分解能となる輪帯状の照明で検査することができる。さらに、例えばメモリ素子のセル部ではパターン密度が高いため、予め設定した条件の輪帯状の照明により高分解能で検査し、セル部以外のラフな領域では検査感度を低下させてもよいため、通常の照明を用いて高速に検査することができる。
【００２５】
また本発明の構成によれば、被検査対象物上の微細なパターンに対して輪帯状の照明を施してこの微細なパターンから高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号とチップ比較またはセル比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる。また本発明の構成によれば、輪帯状照明と偏光照明（特に円または楕円偏光照明が優れている。）とを併用して被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンからの画像もしくは画像信号を高解像度（高い分解能）で、且つ高い濃淡差（明るさ）でもって検出することができる。また本発明の構成によれば、輪帯状照明と偏光照明（特に円または楕円偏光照明が優れている。）とを併用して被検査対象物上の微細な様々な方向性を有するパターンに対して施すことにより、微細な様々な方向性を有するパターンからの画像もしくは画像信号を高解像度（高い分解能）で、且つ高い濃淡差（明るさ）でもって検出することができる。また本発明の構成によれば、輪帯状照明と偏光照明（特に円または楕円偏光照明が優れている。）とを併用して被検査対象物上の微細な様々な方向性を有するパターンに対して施してこの微細な様々な方向性を有するパターンから高解像度（高い分解能）で、且つ高い濃淡差（明るさ）を有する画像信号を検出し、この高解像度で、且つ高い濃淡差（明るさ）を有する画像信号を、基準の高解像度で、且つ高い濃淡差（明るさ）を有する画像信号と比較して一致により微細な様々な方向性を有するパターンを消去することによって、微細な様々な方向性を有するパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細な様々な方向性を有するパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる。
【００２６】
また本発明の構成によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する回折光に基づく画像を検出し、この画像に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像もしくは画像信号を検出することができる。また本発明の構成によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する回折光に基づく画像を検出し、この画像に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる。
【００２７】
また本発明の構成によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する０次回折光と１次回折光（＋１次回折光或いは−１次回折光のいずれか）との局所性分布を、対物レンズの瞳モニタにより認識（観察もしくは検出）し、この認識（観察もしくは検出）された回折光の局所性分布に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像もしくは画像信号を検出することができる。また本発明の構成によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する０次回折光と１次回折光（＋１次回折光或いは−１次回折光のいずれか）との局所性分布を、対物レンズの瞳モニタにより認識（観察もしくは検出）し、この認識（観察もしくは検出）された回折光の局所性分布に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる。
【００２８】
また本発明によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する回折光に基づく微細なパターンの密度を示す画像を検出し、この画像に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、半導体ウエハ、ＴＦＴ基板、薄膜多層基板、プリント基板等の微細なパターンを有する半導体基板において微細なパターン上において発生する微細な欠陥を高信頼度で検査することができ、その結果を半導体基板の製造プロセスへフィードバックすることによって、微細なパターンを有する半導体基板を高歩留まりで製造することができる。また本発明によれば、輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施してこの微細なパターンから高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる効果を奏する。また本発明によれば、輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施し、この微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する０次回折光と１次回折光（＋１次回折光或いは−１次回折光のいずれか）との内、０次回折光の少なくとも一部分を、対物レンズの瞳と共役な位置に設けられた光量を制御するフィルタにより減衰させて０次回折光と１次回折光とを受光することにより、この微細なパターンから高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【００３０】
また本発明によれば、輪帯状照明と偏光照明（特に円または楕円偏光照明が優れている。）とを併用して被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンからの画像もしくは画像信号を高解像度（高い分解能）で、且つ高い濃淡差（明るさ）でもって検出することができる効果を奏する。また本発明によれば、輪帯状照明と偏光照明（特に円または楕円偏光照明が優れている。）とを併用して被検査対象物上の微細な様々な方向性を有するパターンに対して施すことにより、微細な様々な方向性を有するパターンからの画像もしくは画像信号を高解像度（高い分解能）で、且つ高い濃淡差（明るさ）でもって検出することができる効果を奏する。また本発明によれば、輪帯状照明と偏光照明（特に円または楕円偏光照明が優れている。）とを併用して被検査対象物上の微細な様々な方向性を有するパターンに対して施してこの微細な様々な方向性を有するパターンから高解像度（高い分解能）で、且つ高い濃淡差（明るさ）を有する画像信号を検出し、この高解像度で、且つ高い濃淡差（明るさ）を有する画像信号を、基準の高解像度で、且つ高い濃淡差（明るさ）を有する画像信号と比較して一致により微細な様々な方向性を有するパターンを消去することによって、微細な様々な方向性を有するパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細な様々な方向性を有するパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【００３１】
また本発明によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する回折光に基づく画像を検出し、この画像に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像もしくは画像信号を検出することができる効果を奏する。また本発明によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する回折光に基づく画像を検出し、この画像に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【００３２】
また本発明によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する０次回折光と１次回折光（＋１次回折光或いは−１次回折光のいずれか）との局所性分布を、対物レンズの瞳モニタにより認識（観察もしくは検出）し、この認識（観察もしくは検出）された回折光の局所性分布に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像もしくは画像信号を検出することができる効果を奏する。また本発明によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する０次回折光と１次回折光（＋１次回折光或いは−１次回折光のいずれか）との局所性分布を、対物レンズの瞳モニタにより認識（観察もしくは検出）し、この認識（観察もしくは検出）された回折光の局所性分布に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【００３３】
また本発明によれば、被検査対象物上の微細なパターンから発生して対物レンズの瞳内に入射する回折光に基づく微細なパターンの密度を示す画像を検出し、この画像に基づいて輪帯状照明（例えば、外σ値、内σ値）を制御し、この制御された輪帯状照明を被検査対象物上の微細なパターンに対して施すことにより、微細なパターンに対応させた高解像度（高い分解能）の画像信号を検出し、この高解像度の画像信号を基準の高解像度の画像信号と比較して一致により微細なパターンを消去することによって、微細なパターン上の欠陥を検出するようにしたので、微細なパターン上の欠陥を高信頼度で検査することができる効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
本発明に係る被検査対象物上のパターンの検出並びにこのパターン上の欠陥検査についての実施例を図１ないし図３７を参照して説明する。また本発明に係る被検査対象物の欠陥検査を半導体製造プロセスに適用した実施例について図３８を用いて説明する。まず本実施例においては、対物レンズを介して被検査対象物の検出視野においてほぼ一様に照明を施す照明手段として、輪帯状の照明（輪帯状の拡散照明）を用いた場合について説明する。
【００３５】
〔第１の実施例〕
図１は、本発明に係わる輪帯状の照明を用いたパターン検査装置の一実施例を示すブロック図である。本発明に係わるパターン検査装置は、パターン検査をするＬＳＩウエハ等の被検査対象物（被検査パターン）１と、該ＬＳＩウエハ等の被検査対象物１を載置するＸＹＺθステージ２と、光源用のＸｅランプ３、集光用楕円鏡４及び多数の仮想の点光源から形成された輪帯状の二次光源を形成する輪帯状の照明（輪帯状の拡散照明）形成用の円板状マスク５（輪帯状の照明用二次光源）から構成される輪帯状の照明用二次光源と、コリメータレンズ６、光量調整フイルタ１４及びコンデンサレンズ７から構成された照明光学系と、ハーフミラー８ａ、８ｂ、対物レンズ９、収束レンズ１１、対物レンズ９の瞳面１０ａと共役な瞳面１０ｂに減衰フィルタ３８を設けたズームレンズ１３、及び２次元又は１次元のイメージセンサ１２ａ、１２ｂから構成されたパターン検出光学系と、該イメージセンサ１２ａ、１２ｂから検出される画像信号をディジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器１５ａ、１５ｂ、Ａ／Ｄ変換器１５ａから得られるディジタル画像信号を記憶して遅延させる遅延メモリ１６、該遅延メモリ１６に記憶された遅延ディジタル画像信号と上記Ａ／Ｄ変換器１５ａから得られるディジタル画像信号とを比較する比較回路１７、Ａ／Ｄ変換器１５ａから得られるディジタル画像信号からパターンのエッジを検出するエッジ検出器２１、対物レンズ９の瞳面１０ａの画像を検出するイメージセンサ１２ｂからＡ／Ｄ変換器１５ｂを介して得られる対物レンズ９の瞳面１０ａのディジタル画像信号に基づいて移動機構１９による二次光源である輪帯状の照明形成用の円板状マスク５の制御、及び移動機構３９による減衰フィルタ３８の制御と、エッジ検出器２１から検出されるエッジ信号に基づいて比較回路１７における比較と、ドライバ４５によるＸＹＺθステージ２の制御とを行うＣＰＵ２１から構成された欠陥検出のための画像処理及び制御系から構成される。なお、１８は比較回路１７から得られる欠陥判定出力である。そしてこの欠陥判定出力１８はＣＰＵ２０にも入力されて被検査対象物１上における欠陥発生位置（座標）を付加して少なくとも被検査対象物１の単位毎、所定の製造工程からサンプリングされた複数の被検査対象物１の単位毎に記憶手段（図示せず）に記憶される。この記憶手段に記憶された少なくとも被検査対象物１の単位毎、所定の製造工程からサンプリングされた被検査対象物１の工程単位毎の欠陥情報４０がＣＰＵ２０から出力される。この欠陥情報４０には、欠陥判定出力１８に基づいて得られる被検査対象物１上における欠陥発生位置（座標）が含まれると共に、ＣＰＵ２０において欠陥判定出力１８に基づいて分類される図２３に示す欠陥の種類（突起欠陥２３１、欠け欠陥２３６、オープン欠陥２３２、ショート欠陥２３４、変色欠陥２３３、汚染物２３５等）が含まれる。必ずしも、これらの欠陥の種類は、明確に分類されなくても良い。
【００３６】
図１において、ライトハウス２４は、一次光源であるＸｅランプ３と、該Ｘｅランプ３から出射した光を集める楕円鏡４と、多数の仮想の点光源から形成される二次光源としての輪帯状の照明を形成するための円板状マスク５とによって構成される。ＣＰＵ２０からの指令により円板状マスク（輪帯状の照明用二次光源）５をステップ状に回転させて種類の異なる輪帯状の照明（例えば図３に示す。内σがない場合は通常の照明に近くなる。）を切り換える移動機構１９が備えられている。上記円形状マスク５は、多数の仮想の点光源から形成される輪帯状の二次光源であるから、この輪帯状の二次光源５からは輪帯状の拡散照明となる。
【００３７】
従って、円板状マスク（輪帯状の照明用二次光源）５から出射された輪帯状の照明は、コリメータレンズ６及びコリメータレンズ７により対物レンズ９の瞳１０ａ上に図７、図９、図１０に示すように入射照明光２４として集光され、この集光された入射照明光は、対物レンズ９によって集光して、ＸＹＺステージ２（θステージは図示せず）上に載置されたＬＳＩウエハ等の被検査対象物１上に照射する。なお、光量調整用フイルタ１４は、被検査対象物１上に照射する光量を調整するものである。１４ａは、この光量調整用フィルタ１４を駆動する駆動機構で、ＣＰＵ２０からの指令で制御される。上記ＬＳＩウエハ等の被検査対象物１上のパターンから０次反射回折光（正反射光）と、＋、−側に１次、２次なる反射回折光とが生じる。このようにＬＳＩウエハ等の被検査対象物１上のパターンから生じた０次反射回折光（正反射光）と、＋、−側に１次、２次なる反射回折光との内、対物レンズ９の瞳１０ａに入射した反射回折光は、ハーフミラー８ａ及びハーフミラー８ｂで反射してズームレンズ１３の瞳１０ｂ上に入射し、この反射回折光はズームレンズ１３によってイメージセンサ１２ａ上に集光されて結像される。イメージセンサ１２ａは、ＬＳＩウエハ等の被検査対象物１上のパターンから生じ、対物レンズ９の瞳１０ａに入射した反射回折光像を受光し、被検査対象物１上のパターンの反射回折光像の画像信号を出力することになる。対物レンズ９の瞳１０ａとズームレンズ１３の瞳１０ｂとは共役な関係にある。必要に応じて、このズームレンズ１３の瞳１０上に減衰フィルタ３８を設けることによって対物レンズ９の瞳１０ａに入射した０次回折光を減衰させることができる。
【００３８】
一方、対物レンズ９の瞳１０ａに入射した反射回折光像は、収束レンズ１１によってイメージセンサ１２ｂ上に結像されるようになっている。従って、イメージセンサ１２ｂは、対物レンズ９の瞳１０ａに入射した反射回折光像を受光して対物レンズ９の瞳１０ａに入射した反射回折光像の画像信号を出力し、該画像信号から対物レンズ９の瞳１０ａに入射した反射回折光の状態を検出することができる。即ち、図１３と図１４とに示すように、ＬＳＩウエハ等の被検査対象物１上のパターンの周期性が異なると入射照明光２４に対する１次回折光の発生状況が変わってきて対物レンズ９の瞳１０ａに入射する１次回折光も変動することになる。図１３は、被検査対象物１上のパターンの密度（周期性）が高い場合を示し、図１４は、被検査対象物１上のパターンの密度（周期性）が低い場合を示す。また後述する（数２）式の関係からも被検査対象物１上のパターンのピッチＰ（密度（周期性））または入射照明光２４の波長λが変化すると入射照明光２４の入射角ψに対する１次回折光の回折角度θも変化し、対物レンズ９の瞳１０ａに入射する１次回折光も変動することになる。
【００３９】
ところで、被検査対象物１において、例えばＬＳＩウエハの場合、このＬＳＩウエハの種類が変わると、パターンのピッチＰ（密度（周期性））も変わることになる。ＬＳＩのウエハにおいて、例えば２５６ＭＤＲＡＭや６４ＭＤＲＡＭなどのように品種が変わるとパターンのピッチＰ（密度（周期性））も変化することになる。また品種が同一でも、工程が変わるとパターンの密度（周期性）も変わる場合があり、例えば配線工程における被検査対象物、拡散工程における被検査対象物などではパターンのピッチＰが変わる。またＬＳＩウエハにおける１つのチップ内においてメモリ部と周辺回路部においてパターンのピッチＰが変化する。また被検査対象物１の断面構造に応じて入射照明光２４の波長λを変えることが必要となる。例えば、被検査対象物１を形成する薄膜において膜厚変動が生じるため、この薄膜における光干渉によって被検査対象物からの反射光において変動が生じることになる。この反射光の変動を避けるために、薄膜における光干渉が生じにくい入射照明光２４の波長λを選ぶために入射照明光２４の波長λを変更することが必要となる。例えば、後の実施例に示すように、照明光学系において複数種類の波長の光を出射する光源を用いて波長選択フィルターによって入射照明光２４の波長λを変更することができる。このように、被検査対象物１上のパターンのピッチＰ（密度（周期性））または入射照明光２４の波長λが変化すると入射照明光２４の入射角ψに対する１次回折光の回折角度θも変化し、対物レンズ９の瞳１０ａに入射する１次回折光も変動することになる。そこで、被検査対象物１の種類や断面構造に応じて該被検査対象物から発生する回折光の内、特に１次回折光を最適な状態で対物レンズ９の瞳１０ａに入射するように、輪帯状の照明用二次光源５のσ、即ち、被検査対象物１に照射する照明光の入射角ψを制御する必要がある。従って、ＣＰＵ２０は、イメージセンサ１２ｂからＡ／Ｄ変換器１５ｂを介して得られる対物レンズ９の瞳（フーリエ変換面）１０ａ上のディジタルフーリエ変換画像信号に対してフーリエ変換画像解析を行い、このフーリエ変換画像解析結果に基づいてエッジ密度判定（被検査対象物１上のパターンの周期性密度判定）を行い、イメージセンサ１２ａから高密度の被検査対象物１上のパターンからの画像信号が忠実に得られるべく、対物レンズ９の瞳１０ａに入射した反射回折光像のディジタル画像信号が最適になるように、即ち、被検査対象物１上のパターンからの０次回折光と１次回折光とが対物レンズ９の瞳１０ａに十分入るように、移動機構１９を駆動制御して最適な輪帯状の照明用二次光源５（例えば、図３及び図４に示す。図４には、内σが０の通常の光源も含まれている。）を選択する。
【００４０】
なお、照明は、いわゆる照明むらのないケーラー照明である。また、図示しないが、ＬＳＩウエハ等の被検査対象物１上のパターンからの反射回折光の像がイメージセンサ１２ａに明確に結ぶように焦点合わせがなされている。即ち、ＬＳＩウェーハ等の被検査対象物１上のパターン（表面）は、上述した検出光学系に対して自動焦点合わせされるものとする。そして、ＬＳＩウエハ等の被検査対象物１を載置したＸステージを移動させながらイメージセンサ１２ａによりスキャン（走査）して撮像することによりイメージセンサ１２ａから被検査対象物１上のパターンの二次元の画像信号を得ることができる。この場合、Ｘステージの移動は、連続送り、ステップ送りでもよく、リピート送りでもよい。このようにしてイメージセンサ１２ａから得られる被検査対象物１上のパターンの二次元の画像信号を、Ａ／Ｄ変換器１５ａによりＡ／Ｄ変換して二次元のディジタル画像信号を遅延メモリ１６に記憶させて繰り返されるチップまたはセルの間遅延させ、この遅延された二次元のディジタル画像信号と、上記Ａ／Ｄ変換器１５ａから出力された二次元のディジタル画像信号とを比較回路１７によりチップ比較またはセル比較して、両ディジタル画像信号の不一致により欠陥１８として検出する。
【００４１】
上記比較回路１７は公知の技術であり、詳細な説明は省略し、簡単に説明する。この比較回路１７は、本来同一となるように形成された被検査対象物１上のパターンの各々について遅延メモリ１６及びＡ／Ｄ変換器１５ａの各々から得られる二次元の濃淡画像信号（ディジタル画像信号）に対して微分処理を施し、この微分処理によって得られる各濃淡画像信号の極性を比較してこの極性の不一致の画素数が設定値以下となるように上記比較する二つの濃淡画像信号を位置合わせし、この位置合わせされた二つの濃淡画像信号の差画像信号を検出し、この差画像信号を所望の閾値で二値化して欠陥を検出するものようにしたものである。なお、この比較回路１７における比較処理については、本発明者らの特開平３−２０９８４３号公報に詳細に記載されている。また、上記エッジ検出器２１は、イメージセンサ１２ａによって検出され、Ａ／Ｄ変換器１５ａを介して得られる二次元のディジタル画像信号に基づいて被検査対象物１上のパターンのエッジを検出するものである。ＣＰＵ２０は、エッジ検出器２１で検出された被検査対象物１上のパターンのエッジ情報を取り込み、比較回路１７にフィードバックすることによって、比較回路１７において二つの濃淡画像信号（ディジタル画像信号）の位置合わせを実行し、更に遅延メモリ１６から読みだすタイミングを制御することによってチップ比較またはセル比較を行うことができる。
【００４２】
また、前記比較回路１７は、上記に説明した回路に限定されることなく、他のの構成の比較回路を用いて差し支えないことはいうまでもない。また、Ａ／Ｄ変換器１５ａから得られる指定したステージ座標上の位置の二次元のディジタル画像信号を遅延メモリ１６に記憶し、ＣＰＵ２０にてこれを読み取り、解析することもできる。特に検査対象として被検査対象物１における欠陥を含む場合は、欠陥の特徴を解析でき、従って最適な検査条件を見出すことができる。次に上記輪帯状の照明を形成するための円板状マスク（輪帯状の照明用二次光源）５について図２、３、４、５を参照して説明する。即ち、図２は、図１に示す実施例における円板状マスク（多数種類の輪帯状の照明用マスク要素を配列したもの）の略示説明図である。図３は、図２に示す円板状マスク（多数種類の輪帯状の照明用マスク要素を配列したもの）の具体的一実施例を示す図である。図４は、図２に示す円板状マスク（多数種類の輪帯状の照明用マスク要素を配列したもの）の他の具体的実施例を示す図である。図５は、図３及び図４に示す一つの輪帯状の照明用マスク要素について説明するための図である。図２に示すように、円板状マスク５は、例えば多数種類の輪帯状の照明用マスク要素５−１、５−２、・・５−ｎを形成し、この円板状マスク５を回転駆動させる移動機構１９により切り換えるものである。図３は、図２に示される多数種類の輪帯状の照明用マスク要素５−１、５−２、・・５−ｎを５ａ−１、５ａ−２、・・５ａ−ｎによって詳細に示した図である。即ち、図３における５ａ−１は内σと外σとの間を透明にしたリング状のマスク要素を示し、５ａ−２は５ａ−１より内σも外σも大きくしたリング状のマスク要素を示し、５ａ−ｎはリング状の透明部の一部を遮蔽したリング状のマスク要素を示す。
【００４３】
図４は、図２に示される多数種類の輪帯状の照明用マスク要素５−１、５−２、・・５−ｎを５ｂ−１、５ｂ−２、５ｂ−３、５ｂ−４、５ｂ−５、５ｂ−６、５ｂ−７、５ｂ−８、５ｂ−９、５ｂ−１０によって詳細に示した図である。５ｂ−１は内σが０．６、外σが１．０の間を透明にしたリング状のマスク要素を示し、５ｂ−２は内σが０．４、外σが１．０の間を透明にしたリング状のマスク要素を示し、５ｂ−３は内σが０．２、外σが１．０の間を透明にしたリング状のマスク要素を示し、５ｂ−４は内σが０．４、外σが０．８の間を透明にしたリング状のマスク要素を示し、５ｂ−５は内σが０．２、外σが０．８の間を透明にしたリング状のマスク要素を示し、５ｂ−６は内σが０．４、外σが０．６の間を透明にしたリング状のマスク要素を示し、５ｂ−７は内σが０．２、外σが０．６の間を透明にしたリング状のマスク要素を示す。これら５ｂ−１〜５ｂ−７までは輪帯状の照明用二次光源を形成する。５ｂ−８はσが０．８９の円形透明部で形成されたマスク要素を示し、５ｂ−９はσが０．７７の円形透明部で形成されたマスク要素を示し、５ｂ−１０はσが０．６５の円形透明部で形成されたマスク要素を示す。これら５ｂ−８〜５ｂ−１０まではσが異なる通常の二次光源を形成する。なお、σが１．０は、対物レンズ９の開口（ＮＡ（Numerical Aperture））（瞳の径に相当）と等しいことを示す。図５は、図４に示すリング状のマスク要素の具体的寸法を示すための図である。即ちＭは遮光する不透明なマスク面である。そしてマスクの厚さｔを２．３ｍｍとする。そして５ｂ−１〜５ｂ−７までの各リング状のマスク要素における外σの直径の寸法、内σの直径の寸法を次の（表１）に示す。
【００４４】
【表１】
2006227016.tif 000003
【００４５】
なお、上記各リング状のマスク要素において、内σの内側を不透明にしたが、不透明にすると光量が減少するので、内σの内側を半透明に形成して光量を著しく減少させることなく、高密度の被検査対象物１上のパターンに対応させることができる。また内σと外σとの間においては透明に近い状態であれば良い。また上記実施例の場合内σと外σとの間をリング状の透明部で形成したが、円形透明部をリング状に多数並べて形成しても良いことは明らかである。以上説明したように円板状のマスク５上に多数種類のマスク要素を形成することにより、多数種類の２次光源が形成できるので、様々な被検査対象物１に対して適切な入射照明光を得ることができる。その結果、様々な被検査対象物１から得られる０次回折光と１次回折光（＋１次回折光あるいは−１次回折光のいずれか）を対物レンズ９の開口（瞳）１０ａ内に取り込むことができ、様々な被検査対象物１に対して十分な分解能を有する二次元の画像信号をイメージセンサ１２ａから得ることができる。次に輪帯状の照明を用いることによって被検査対象物上の高密度パターンに対して十分な分解能でもって二次元の画像信号が得られる理由について説明する。即ち、通常の照明の場合、図１２に示す入射照明光３０の入射角ψがほぼ０に近い状態となる。そして被検査対象物１のピッチＰが細かい場合（高密度パターンの場合）後述する（数２）式の関係から０次回折光（ｍ＝０）の回折角θは上記入射角ψと同じになって対物レンズ９の瞳１０ａ内に入るが、＋１次回折光、−１次回折光ともにピッチＰが小さいため回折角θが大きくなって対物レンズ９の瞳１０ａ内に入らないことになる。これにより被検査対象物上の高密度のパターンからは０次の回折光のみとなり、即ち直流成分の光のみとなり、回折光に基づく被検査対象物上のパターンからの画像が得られなくなる。
【００４６】
上記の事項を、いわゆるアッベの回折理論によりさらに詳しく説明できる。
【００４７】
すなわち、入射照明光３０の光軸に対する入射角ψと結像される空間周波数との関係については、アッベの回折理論が適用される。被検査対象物上の格子状パターンからの１次回折光が結像系（対物レンズ９）の瞳１０ａ内を通過できるか否かにより、被検査対象物上の格子状パターンが結像できるかどうか決まる。回折光３１が結像系（対物レンズ９）の瞳面１０ａの一点に集光し、この集光点が瞳１０ａの内側にあれば、回折光は結像系（対物レンズ９）を通過し、０次回折光と結像面上で干渉し、格子状パターンの像を結像する。なお、この構成おいては、焦点深度も深くなるという利点がある。被検査対象物上の格子状パターンの構造が細かくなると（ピッチＰが細かくなると）、光軸に対する１次回折光のなす角度θは大きくなっていき、角度θが結像系（対物レンズ９）のＮＡ（Numerical Aperture：開口）より大きくなると、結像系（対物レンズ９）の瞳１０ａを通過できず、上記格子状パターンは結像されなくなる。ところで、単なる斜め照明では光軸と光源を結ぶ面内で分解能が向上するが、他の面内では分解能は向上しない。このため任意の方向での分解能を向上させるには、上記したような輪帯状の照明を行って、更に被検査対象物のパターンの向きに応じて１次回折光が結像系（対物レンズ９）のＮＡ内に入らない入射照明光を入射しないようにすることが必要である。なお、０次回折光が結像系（対物レンズ９）の瞳１０ａ内に入らない照明方法は、いわゆる暗視野照明にあたる。もちろん、このように暗視野照明によって結像系（対物レンズ９）の開口内に１次回折光しか存在しなければ、分解能が極めて低いものとなる。
【００４８】
図１において、ＣＰＵ２０は、対物レンズ９の瞳１０ａのモニタであるイメージセンサ１２ｂにより検出される情報に基づき、被検査対象物１のパターンが変化しても、常に１次回折光及び０次回折光とが対物レンズ９の瞳１０ａ内に入るように、移動機構１９を駆動制御して円板状マスク５（輪帯状の照明用二次光源）から構成される輪帯状の照明用光源を切り替えて輪帯状の照明を制御する。具体的には、ＣＰＵ２０は、イメージセンサ１２ｂにより検出されるフーリエ変換面（対物レンズ９の瞳１０ａの面）の画像を用いて、移動機構１９を駆動制御して円板状マスク５を５ａ−１、５ａ−２、・・または５ｂ−１、５ｂ−２、・・等に切り換えることにより、被検査対象物１のパターンに応じて、１次回折光２３が対物レンズ９の瞳１０ａ内に入らない入射照明光を、遮光したりもしくは強度を低下させるべく、上記輪帯状の照明を制御する。ただし、被検査対象物１のパターンに周期性が見られない場合、即ち、様々な回折角を持った広がりを有する回折光（回折成分が連続している）の場合には、孤立パターン（周期性がみられないパターン）とみなせるので、入射照明光の過度な斜方入射はやめて、適度な輪帯状の照明用二次光源（円板状マスク５による図４に示すマスク要素５ｂ−４、５ｂ−５、５ｂ−６、５ｂ−７（外σが小さいもの））や通常の円形状の照明用光源（図４に示すマスク要素５ｂ−８、５ｂ−９、５ｂ−１０）の照明を選択する。
【００４９】
また、エッジ検出器２１は、イメージセンサ１２ａで検出される被検査対象物１のパターンの画像信号を微分し、しきい値処理によって被検査対象物１のパターンのエッジ情報を検出するものである。従って、ＣＰＵ２０は、エッジ検出器２１で検出される被検査対象物１のパターンのエッジ情報に基づいて例えば、パターンのエッジで囲まれる面積を算出することによって被検査対象物１のパターン幅を算出し、この被検査対象物１のパターン幅に基づいて被検査対象物１の密度（ピッチＰ）を算出し、この算出された被検査対象物１のパターンの密度（ピッチＰ）に応じて、移動機構１９を駆動制御して円板状マスク５から構成される輪帯状の照明用光源を切り替えて輪帯状の照明を制御する。例えば、パターンの密度が高いときは入射照明光をより斜めから入射させる。即ち、具体的には、ＣＰＵ２０は、算出される被検査対象物１のパターン密度を、予め設定された設定値と比較し、パターンの密度に応じて輪帯状の照明を制御、すなわち密度が高いほど斜め入射成分を多くするように、輪帯状の照明用光源として、図４に示すマスク要素５ｂ−１、５ｂ−２、５ｂ−３（外σが大きいもの）を選択する。もちろん、ＣＰＵ２０が行う輪帯状の照明の制御は、前もって定めた条件（入力手段３２によって入力されたステージ２に搭載される被検査対象物１のパターンの種類の情報または被検査対象物１の製造工程を管理しているホストコンピュータからのステージ２に搭載される被検査対象物１の工程を含めた種類の情報）により行ってもよい。即ち、ステージ２に搭載される被検査対象物１の種類が、例えば４ＭｂＤＲＡＭメモリ素子の場合には、パターンの密度がそれほど高くなく、パターンを低分解能で認識できるため、予め設定した条件の輪帯状の照明（円形状の照明に近い輪帯状の照明（円板状マスク５による図４に示すマスク要素５ｂ−４、５ｂ−５、５ｂ−６、５ｂ−７（外σが小さいもの）））または円形状の照明（図４に示すマスク要素５ｂ−８、５ｂ−９、５ｂ−１０）を用い、１６ＭｂＤＲＡＭメモリ素子の場合には、高密度のパターンを高分解能で検出する必要があるため、予め設定した条件の高分解能となる輪帯状の照明（図４に示すマスク要素５ｂ−１、５ｂ−２、５ｂ−３（外σが大きいもの））を用いるように輪帯状の照明を制御する必要がある。なお、円形状の照明において、σが図４に示すマスク要素５ｂ−１０（σが０．６５）より小さい０．５程度のマスク要素を用いれば、深さが深い溝または穴のパターンの画像をイメージセンサ１２ａが受光して深さが深い溝または穴のパターンの高コントラストの画像信号を得ることができる。
【００５０】
また、例えばメモリ素子のセル部ではパターンの密度が高いため、予め設定した条件の輪帯状の照明により高分解能で、セル部以外のラフな領域では検査感度を落さないように（入射照明光の照明強度を落さないように）、通常の円形状の照明を用いることも可能になる。このようにして、円形状の照明も含め、様々な輪帯状の照明を用いることにより、種々のパターン（回路パターン）に対して対物レンズ（結像光学系）９により高分解能で、且つ高感度で検出することができ、特に集積度が増加するのに伴って生じる高密度のパターンに対して対応することができる。また、焦点深度を犠牲にしないように、必要以上の対物レンズ（結像光学系）９のＮＡ（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ：開口）を確保する必要もない。また、対物レンズ９の瞳１０ａの位置と共役な位置１０ｂに光強度を部分的に制御する手段（減衰フィルタ３８）を設け、この光強度を部分的に制御する手段（減衰フィルタ３８）により、１次回折光が対物レンズ９の瞳１０ａに入らない場合、対物レンズ９の瞳１０ａに入って減衰フィルタ３８に到達する０次回折光を遮光したり、もしくは強度を低下させる。また、＋１次回折光と−１次回折光と０次回折光とが対物レンズ９の瞳１０ａに入る場合には、上記光強度を部分的に制御する手段（減衰フィルタ３８）により、１次回折光と０次回折光との強度を一致させるように制御することもできる。即ち、ＣＰＵ２０は、対物レンズ９の瞳１０ａのモニタであるイメージセンサ１２ｂにより検出される情報に基づき、被検査対象物１のパターンに応じて、イメージセンサ１２ａが０次回折光と１次回折光とをバランスさせて受光するように移動機構３９を駆動制御して光強度を部分的に制御する手段（減衰フィルタ３８）を切り替えて部分的に透過率（減衰率）を制御することができる。
【００５１】
次に、被検査対象物１として、図６に示すようなＬＳＩウエハパターンにおける格子状のパターンを例にして、輪帯状の照明を用いて格子状のパターンを高解像度で検出することについて説明する。即ち、図６は、ＬＳＩウエハパターンの周辺回路部におけるラインとスペースとからなる格子状のパターンを示す略示図である。図６において、１０１はＹ軸方向に延びたパターンライン（ゲートも含む配線パターン）を示す。この格子状のパターンライン１０１はＸ軸方向にはピッチＰで繰り返されるものである。またこのパターンライン１０１の間にはスペース（絶縁物等で形成される場合もある。）が形成されている。図７には、図６に示す格子状のパターンに対して照明する輪帯状の入射照明光２４と、光軸３３を通るＸＺ面において入射させる入射照明光２４ａによって図６に示す格子状のパターンから反射して得られる０次回折光２２ａ及び＋１次回折光２５ａ、−１次回折光２６ａとを対物レンズ９の瞳１０ａ上において概略示す略示説明図である。図８は、図７に示す入射照明光２４ａによって図６に示す格子状のパターンから反射して得られる０次回折光２２ａ及び＋１次回折光２５ａ、−１次回折光２６ａとを光軸３３を通るＸＺ面において概略示す略示説明図である。即ち、図７及び図８に示す如く、対物レンズ９の瞳１０ａ上をモニタであるイメージセンサ１２ｂにより検出した画像上では、瞳１０ａ内において０次回折光２２ａと＋１次回折光２５ａとが点状ではなく、面積を持ったものとして観測される。なお、３４は、輪帯状の照明２４による格子状のＬＳＩウエハパターン上の照明範囲を示す。
【００５２】
図６に示す如く、格子状のＬＳＩウエハパターンがＹ軸の方向に向いている場合では、図７及び図８に示すように０次回折光２２ａは後述する（数２）式の関係から入射照明光２４ａの入射角ψと０次回折光２２ａの出射角θとは同一となり入射照明光２４ａと対称な位置に生じ、＋１次回折光２５ａ、−１次回折光２６ａは後述する（数２）式の関係でもって左右の位置に生じる。格子状のＬＳＩウエハパターンがＹ軸の方向に向いているため、＋１次回折光２５ａ、−１次回折光２６ａは、瞳内の左右の位置に生じるが、上下の位置には生じないか、生じたとしても弱い。しかし、図７及び図８からわかるように、輪帯状の照明２４をすることによって、０次回折光２２はもとより、必ず＋１次の回折光２５または−１次の回折光２６を対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射させることができ、イメージセンサ１２ａによって格子状のＬＳＩウエハパターンの画像信号を高解像度で検出することができる。
【００５３】
図９は、図６に示す格子状のパターンに対して照明する輪帯状の入射照明光２４と、光軸３３を通るＹＺ面において入射させる入射照明光２４ｂによって図６に示す格子状のパターンから反射して得られる０次回折光２２ｂ及び＋１次回折光２５ｂ、−１次回折光２６ｂとを対物レンズ９の瞳１０ａ上において概略示す略示説明図である。即ち、格子状のＬＳＩウエハパターンがＹ軸の方向に向いているため、０次回折光２２ｂは後述する（数２）式の関係から入射照明光２４ｂの入射角ψと０次回折光２２ｂの出射角θとは同一となり入射照明光２４ｂと対称な位置に生じ、＋１次回折光２５ｂ、−１次回折光２６ｂは図９に示すように対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射する状態になる。しかし、格子状のＬＳＩウエハパターンがＹ軸の方向に向いているため、＋１次回折光２５ｂ、−１次回折光２６ｂは対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射したとしても弱く、格子状のＬＳＩウエハパターンの解像度に大きく寄与しないので、図３に示すマスク要素５ａ−ｎを用いてＹ軸方向の輪帯状の照明を除去しても良い。また、これらの１次回折光２３ｂは０次回折光２２ｂに比べて弱くなるが、図９に示すように、＋１次の回折光２５ｂと−１次の回折光２６ｂの両方が対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射させた場合においては、０次回折光２２ｂが対物レンズ９の瞳１０ａに入射してイメージセンサ１２ａで受光したとしても、格子状のＬＳＩウエハパターンの解像度がそれ程低下することにはならない。
【００５４】
図１０には、対物レンズ９の瞳１０ａ（ＮＡ）に対して輪帯状の照明の外σ及び内σのそれぞれを図７ないし図９に示すものより大きくした場合における図６に示す格子状のパターンに対して照明する輪帯状の入射照明光２４’と、光軸３３を通るＸＺ面及びＹＺ面において入射させる入射照明光２４’ａ、２４’ｂによって図６に示す格子状のパターンから反射して得られる０次回折光２２’ａ、２２’ｂ及び＋１次回折光２５’ａ、２５’ｂ、−１次回折光２６’ａ、２６’ｂとを対物レンズ９の瞳１０ａ上において概略示す略示説明図である。図１０に示す如く、対物レンズ９の瞳１０ａ（ＮＡ）に対して輪帯状の照明の外σ及び内σのそれぞれを図７ないし図９に示すものより大きくした場合には、両方の＋１次回折光２５’ｂ、及び−１次回折光２６’ｂが瞳１０ａ内に入射されないことになり、０次回折光２２’ｂをイメージセンサ１２ａで受光すると格子状のパターンの解像度を落すことになる。従って、これらＹ軸方向に向いた０次回折光２２’ｂを発生させないように、図３に示すマスク要素５ａ−ｎを用いてＹ軸方向の輪帯状の照明をなくすことによって実現することができる。また図３に示すマスク要素５ａ−ｎと同様な光強度を部分的に制御する手段（減衰フィルタ３８）を対物レンズ９の瞳１０ａの位置と共役な位置１０ｂに設置してＹ軸方向に向いた０次回折光２２’ｂを遮光することによって、０次回折光２２’ｂをイメージセンサ１２ａで受光しないようにすることができる。このように構成すれば、輪帯状の照明の外σ及び内σのそれぞれを、対物レンズ９の瞳１０ａ（ＮＡ）に対して大きくして照明しても格子状のパターンをイメージセンサ１２ａによって高解像度で検出することができる。
【００５５】
ところで、図１０に示す実施例においては、対物レンズ９の瞳１０ａ（ＮＡ）に対して輪帯状の照明の外σ及び内σのそれぞれを図７ないし図９に示すものより大きくした場合について示したが、輪帯状の照明の外σ及び内σのそれぞれを図７ないし図９に示すものにして、対物レンズ９の瞳１０ａ（ＮＡ）を小さくした場合も、対物レンズ９の瞳１０ａ（ＮＡ）に入射する回折光の発生状態は、図１０に示す実施例と同様になり、０次回折光２２’ｂをイメージセンサ１２ａで受光しないようにすることが必要となる。また後述する（数２）式の関係から明らかなように格子状のパターンのピッチＰが図７ないし図９に示す場合より細かくなった場合、また輪帯状の照明光の波長λが図７ないし図９に示す場合より長くなった場合には、対物レンズ９の瞳１０ａ（ＮＡ）に入射する回折光の発生状態は、図１０に示す実施例と同様になり、０次回折光２２’ｂをイメージセンサ１２ａで受光しないようにすることが必要となる。次に、輪帯状の照明による格子状のパターンから得られる回折現象について説明する。まず、任意の輪帯状の照明のσ値と光軸３３に対する入射角ψとの関係を図１１及び図１２を参照して説明する。即ち、図１１は、被検査対象物１の格子状パターン面へ照明する入射照明光３０における対物レンズ９の光軸３３に対するσ値とその入射角ψとの関係を示す説明図、図１２は、入射角ψと回折光３１の出射角（回折角）θとの関係を示す説明図である。図１１において、対物レンズ９の瞳１０ａに入射する輪帯状の照明のσ値と被検査対象物１に照射される入射角ψとでは、下式が成立する。
【００５６】
σ１：σ２＝ｓｉｎψ１：ｓｉｎψ２
ｓｉｎψ２＝（σ２／σ１）×ｓｉｎψ１
本検討においては、対物レンズ９として色収差が補正されたもので、倍率が４０倍（ｘ４０）でＮＡ＝０．８のものを用いる。この対物レンズ９の場合、最大入射角は、σ＝１．０のときには、ＮＡ＝ｓｉｎψｍａｘ＝０．８を満足する。即ち、σ＝１．０は、対物レンズ９のＮＡ（開口）（射出瞳）を示している。
【００５７】
ｓｉｎψ＝（σ／１）×０．８＝０．８σ
これより入射角ψは、次に示す（数１）式の関係から得られる。
【００５８】
ψ＝ｓｉｎ−１（０．８σ）                        （数１）
つぎに、入射角ψと回折角θとの関係を説明する。
【００５９】
図１２において、第ｍ次回折光３１の回折角θは、次に示す（数２）式の関係を有する。
【００６０】
Ｐ＝ｍλ／（ｓｉｎψ−ｓｉｎθ）
ｓｉｎθ＝ｓｉｎψ−ｍλ／Ｐ
θ＝ａｓｉｎ（ｓｉｎψ−（ｍλ／Ｐ））                  （数２）
なお、（数２）式において、λは照明光の波長（μｍ）、θは回折角（出射角）、Ｐはパターンピッチ（μｍ）、ｍは回折光の次数を示すものである。また（数２）式において、ａｓｉｎは、ａｒｃｓｉｎを表すものである。上記の（数１）式、（数２）式に基づき、波長λと被検査対象物のパターンピッチＰとを変えたときの輪帯状の照明のσ値に対する理論値（入射角ψと回折角θ）が下記の（表２）、（表３）、（表４）、（表５）に示される。
【００６１】
【表２】
2006227016.tif 000004
【００６２】
【表３】
2006227016.tif 000005
【００６３】
【表４】
2006227016.tif 000006
【００６４】
【表５】
2006227016.tif 000007
【００６５】
上記（表２）は波長λが０．４μｍで、パターンピッチＰが０．６１μｍの場合を示し、上記（表３）は波長λが０．６μｍで、パターンピッチＰが０．６１μｍの場合を示し、上記（表４）は波長λが０．４μｍで、パターンピッチＰが０．７μｍの場合を示し、上記（表５）は波長λが０．６μｍで、パターンピッチＰが０．７μｍの場合を示し、入射角ψと回折角θとは上記（数１）式及び（数２）式に基づいて算出される。なお、ＬＳＩウエハパターンにおいて、パターンピッチＰ＝０．６１μｍは２５６Ｍｂが対応し、パターンピッチＰ＝０．７μｍは６４Ｍｂが対応する。また、表中にて−印は、計算不可能（理論的には−１次回折光が発生しないこと）を示している。また、１次回折光の回折角θが５３．１３度以上の場合には、ＮＡ＝０．８の対物レンズ９の瞳１０ａ内に入らないことになる。
【００６６】
これらの理論値による輪帯状の照明（σ値＝０．４、０．６）２４と格子状のパターン（図１３がパターンピッチＰ＝０．６１μｍ、図１４はパターンピッチＰ＝０．７μｍ）から強められて得られる＋１次回折光２５、２５”との関係を図１３及び図１４に示している。図１３（ａ）は、σ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明（波長λは０．４μｍ〜０．６μｍの範囲とする。）２４によるパターンピッチＰ＝０．６１μｍの格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターンにおける２５６Ｍｂに対応する。）から強められて得られる＋１次回折光２５を示し、図１３（ｂ）は、σ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明（波長λは０．４μｍ〜０．６μｍの範囲とする。）２４による入射角ψと、パターンピッチＰ＝０．６１μｍの格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターンにおける２５６Ｍｂに対応する。）から得られる＋１次回折光の回折角θの範囲を示す線図である。図１３（ｂ）に示す＋１次回折光の回折範囲（回折角θの範囲）は、（表２）及び（表３）におけるσ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明に対応するものである。そして図１３（ｂ）に示す斜線が交叉している領域が、σ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明によってパターンピッチＰ＝０．６１μｍの格子状のパターンから強められて得られる＋１次回折光の領域（輪帯状の照明光の平均波長（波長λが０．５μｍ）の場合における＋１次回折光の領域に対応する。）を示す。即ち、図１３（ａ）に、パターンピッチＰ＝０．６１μｍの格子状のパターンから強められて対物レンズ９の瞳１０ａ上に入射する＋１次回折光の輪帯状の領域２５を示す。
【００６７】
図１４（ａ）は、σ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明（波長λは０．４μｍ〜０．６μｍの範囲とする。）２４によるパターンピッチＰ＝０．７μｍの格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターンにおける６４Ｍｂに対応する。）から強められて得られる＋１次回折光２５”を示し、図１４（ｂ）は、σ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明（波長λは０．４μｍ〜０．６μｍの範囲とする。）２４による入射角ψと、パターンピッチＰ＝０．７μｍの格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターンにおける６４Ｍｂに対応する。）から得られる＋１次回折光の回折角θの範囲を示す線図である。図１４（ｂ）に示す＋１次回折光の回折範囲（回折角θの範囲）は、（表４）及び（表５）におけるσ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明に対応するものである。そして図１４（ｂ）に示す斜線が交叉している領域が、σ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明によってパターンピッチＰ＝０．７μｍの格子状のパターンから強められて得られる＋１次回折光の領域（輪帯状の照明光の平均波長（波長λが０．５μｍ）の場合における＋１次回折光の領域に対応する。）を示す。即ち、図１４（ａ）に、パターンピッチＰ＝０．７μｍの格子状のパターンから強められて対物レンズ９の瞳１０ａ上に入射する＋１次回折光の輪帯状の領域２５”を示す。
【００６８】
この図１３と図１４とを比較するに、パターンピッチＰが細かくなれば、１次回折光の回折角θが大きくなることが示され、輪帯状の照明が必要となることが明らかである。このように、図１３及び図１４に示すσ値＝０．４、０．６の輪帯状の照明は、図４に示す５ｂ−６のマスク要素を用いることによって実現することができる。以上の説明は、上記（数１）式及び（数２）式に基づくものであるが、実際発明者が実験したところ、対物レンズ９の瞳１０ａ上をモニタであるイメージセンサ１２ｂにより検出した画像からほぼ同様な結果（図１３に示す結果：パターンピッチＰ＝０．６１μｍの格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターンにおける２５６Ｍｂに対応する。）、図１４に示す結果：パターンピッチＰ＝０．７μｍの格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターンにおける６４Ｍｂに対応する。））が得られた。
【００６９】
以上、図７乃至図１４に示す実施例では、図６に示すようにＬＳＩウエハパターンにおいてＸ軸方向に繰り返される格子状のパターンの場合について説明したが、実際にはＬＳＩウエハパターンにおいて図１５に示すようなＹ軸方向に繰り返されるパターンライン１０２からなる格子状のパターンも存在することになる。そこで、輪帯状の照明２４によって図１５に示すようなＹ軸方向に繰り返されるパターンライン１０２からなる格子状のパターンから得られる回折光２２ａ、２５ａ、２６ａが対物レンズ９の瞳１０ａに入射する状態は、図１６に示すようになる。図６に示すパターンライン１０１からなる格子状のパターンと図１５に示すパターンライン１０２からなる格子状のパターンとは９０度回転させたものであるため、図１６に示す状態は、図７に示す状態を９０度回転させたものとなる。従って、図１５に示すパターンライン１０２からなる格子状のパターンについての回折光の発生状態は、図８乃至図１０に示す回折光の発生状態を９０度回転させたものとなる。即ち、輪帯状の入射照明光２４の内、光軸３３を通るＹＺ面において入射させる入射照明光２４ａによって図１５に示す格子状のパターンから反射して得られる０次回折光２２ａ及び＋１次回折光２５ａ、−１次回折光２６ａは、対物レンズ９の瞳１０ａ上に図１６に示すように入射することになり、パターンライン１０２と直交する方向の入射照明光２４ａが解像度の向上に有効であることがわかる。しかし、図９について説明したのと同様に、輪帯状の入射照明光２４の内、光軸３３を通るＸＺ面において入射させる入射照明光によって図１５に示す格子状のパターンから反射して得られる＋１次回折光２５ｂ、−１次回折光２６ｂが対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射したとしても、０次回折光２２ｂに比べて弱く、解像度の向上に寄与しないので、図３に示すマスク要素５ａ−ｍを用いて輪帯状の入射照明光２４の内、Ｘ軸方向（光軸３３を通るＸＺ面）において入射させる入射照明光を除去することが好ましい。
【００７０】
何れにしても、ＣＰＵ２０は、輪帯状の照明によって格子状のパターンから発生して対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射する回折光の分布状態を、対物レンズ９の瞳１０ａ（フーリエ変換面）上の画像（０次回折光２５ａの発生位置及びその明るさ、並びに＋１次回折光２５ａの発生位置及びその明るさ）を受光するイメージセンサ１２ｂから得られる画像信号に基づいて検出することができる。即ち、ＣＰＵ２０は、イメージセンサ１２ｂから得られる画像信号に基づいて検出される対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射する回折光の分布状態（０次回折光２５ａの発生位置及びその明るさ、並びに＋１次回折光２５ａの発生位置及びその明るさ）に基づいて、移動機構１９を駆動制御してマスク要素を選択し、被検査対象物１の格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターン）に適する輪帯状の照明を得ることができる。その結果、イメージセンサ１２ａから被検査対象物１の格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターン）の高解像度の画像信号を得ることができる。
【００７１】
次に、対物レンズ９の瞳１０ａの位置と共役な位置１０ｂに設けた光強度を部分的に制御する手段（減衰フィルタ３８）の作用について説明する。即ち、図９及び図１０に示すように、対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射し、イメージセンサ１２ａにより受光することの必要でない０次回折光２２ｂ，２２’ｂなどを減衰フィルタ３８で遮光することができる。この場合、減衰フィルタ３８は空間フィルタの役目をすることになる。また図８及び図１６に示すように対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射した０次回折光２２ａの強度を、図１７及び図１８に示すように対物レンズ９の瞳１０ａの位置と共役な位置１０ｂに設けた減衰フィルタ３８により制御することにより、イメージセンサ１２ａは対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射した０次回折光２２ａの強度と＋１次回折光２５ａの強度とをバランスさせて受光することができ、その結果被検査対象物１の格子状のパターンの画像を高解像度で、且つ高コントラストで検出することができる。上記減衰フィルタ３８の形状としては、図３に示すマスク要素５ａ−１・・と同様の形状をもつものである。ただし、図３に示す如く、リング状の形状をもつ必要は必ずしもなく、任意の位置の光強度を制御できるものであれば、どんな形状のものでもよい。しかし、減衰フィルタ３８の形状としてリング状の形状を用いる場合には、０次回折光２２ａと＋１次回折光２５ａとを同じリング状の領域に発生しないように、輪帯状の照明２４を最適化する必要がある。
【００７２】
図１７は、輪帯状の照明２４ａによって被検査対象物１の格子状のパターンから発生する０次回折光２２ａ及び＋１次回折光２５ａ等が、対物レンズ９の瞳１０ａ及びこの瞳１０ａと共役な位置の瞳１０ｂに進む状態を示す図である。図１８は対物レンズ９の瞳１０ａと共役な位置の瞳１０ｂ上に配置された減衰フィルタ３８を示す図である。即ち、対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射した０次回折光２２ａと＋１次回折光２５ａとの内、０次回折光２２ａが瞳１０ｂ上にて減衰フィルタ３８により強度が制御されることがわかる。図１９は減衰フィルタ３８ａを略示する図であり、（ａ）は減衰フィルタ３８ａの透過特性を示し、（ｂ）はその形状を示す。図２０は他の減衰フィルタ３８ｂを略示する図であり、（ａ）は減衰フィルタ３８ｂの透過特性を示し、（ｂ）はその形状を示す。このように減衰フィルタ３８の透過特性およびその形状を、輪帯状の照明２４ａによって被検査対象物１の格子状のパターンから発生する０次回折光２２ａ及び＋１次回折光２５ａに合わせて最適化すれば良い。
【００７３】
なお、輪帯状の照明が被検査対象物１の格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターン）に応じて最適化可能な場合には、上記減衰フィルタ３８を設置する必要はない。しかし、輪帯状の照明だけで、最適化するためには、被検査対象物１上の様々なパターンに対応できるように様々な種類の輪帯状の照明を用意して選択することが必要となる。そこで、輪帯状の照明の選択を最小限にする場合には、受光する側で減衰フィルタ３８などを用いて回折光の強度を制御してイメージセンサ１２ａにより被検査対象物１の格子状のパターンの画像を高解像度で、且つ高コントラストで検出することが望ましい。この減衰フィルタ３８についても、ＣＰＵ２０は、イメージセンサ１２ｂから得られる画像信号に基づいて検出される対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射する回折光の分布状態（０次回折光２５ａの発生位置及びその明るさ、並びに＋１次回折光２５ａの発生位置及びその明るさ）に基づいて、移動機構３９を駆動制御して減衰フィルタ３８を選択し、被検査対象物１の格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターン）に適する０次回折光及び１次回折光の強度を得ることができる。その結果、イメージセンサ１２ａから被検査対象物１の格子状のパターン（ＬＳＩウエハパターン）の高解像度の画像信号を得ることができる。
【００７４】
何れにしても、被検査対象物１上の様々なパターンに対応できるように輪帯状の照明だけで、最適化することは難しいので、上記の如く減衰フィルタ３８を用いてイメージセンサ１２ａが受光する回折光の強度を制御し、また比較回路１７またはＣＰＵ２０が行う画像処理において閾値等を制御して検出感度を制御することが必要となる。このように比較回路１７またはＣＰＵ２０が行う画像処理における閾値等の制御は、イメージセンサ１２ｂが検出する対物レンズ９の瞳１０ｂの画像またはイメージセンサ１２ａが検出する被検査対象物１上のパターンの画像に基づいて行うようにすれば良い。ＣＰＵ２０は、例えば、イメージセンサ１２ｂが検出するフーリエ変換面の画像（対物レンズ９の瞳１０ｂの画像）における回折光の局所性分布（広がりを含めた発生位置およびその強度）に応じて、例えばメモリセルなどのように繰返し性の高いパターンを有する領域であると判断して、比較回路１７またはＣＰＵ２０が行う画像処理において閾値等を制御して検出感度を高めるようにすれば良い。逆に繰返し性の低いパターンを有する領域と判断される場合には、比較回路１７またはＣＰＵ２０が行う画像処理において閾値等を制御して検出感度を低くすれば良い。
【００７５】
特に比較回路１７またはＣＰＵ２０が行う画像処理により、被検査対象物１上のパターンにおける欠陥を検査する場合にも、例えば、イメージセンサ１２ｂが検出するフーリエ変換面の画像（対物レンズ９の瞳１０ｂの画像）における回折光の局所性分布（広がりを含めた発生位置およびその強度）に応じて、閾値等を制御して検出感度を高めるようにすれば、輪帯状の照明により例えばメモリセルなどのように繰返し性の高いパターンを有する領域における欠陥を容易に検出することができる。次に、多数の仮想の点光源から形成される円板状マスク（輪帯状の照明用二次光源）５から出射される輪帯状の照明のリング形状を変える他の実施例を図２１及び図２２を用いて説明する。即ち、図２１及び図２２は、各々輪帯状の照明を制御する他の実施例を略示する図である。図２１においては、Ｘｅランプ３と楕円鏡４と輪帯照明を形成するための円板状マスク５とにより構成されたランプハウス２４を、コリメータレンズ６に対して光軸方向に移動させることにより、リング形状を変え、輪帯状の照明を制御するものである。図２２においては、コリメータレンズ６を、Ｘｅランプ３と楕円鏡４と輪帯照明を形成するための円板状マスク５とにより構成されたランプハウス２４に対して光軸方向に移動させることにより、リング形状を変え、輪帯状の照明を制御するものである。
【００７６】
なお、図１、図２１、図２２に示す多数の仮想の点光源から形成される輪帯状の照明用二次光源５を形成するランプハウス２４の実施例においては、Ｘｅランプ３を縦方向に配置した場合を示すが、このようにＸｅランプ３を縦方向に配置した場合には光軸方向の光束が少なくなるので、Ｘｅランプ３を横方向に配置して光軸方向の光束が多くなるように構成することもできる。また、ランプハウス２４内の光源としては、Ｘｅランプのみならず、Ｈｇランプ、ハロゲンランプなども用いても差し支えない。また、多数の仮想の点光源から形成される円板状マスク（輪帯状の照明用二次光源）５を被検査対象物１のパターンに応じて選択した場合、輪帯状の照明用二次光源５から出射される輪帯状の照明の光量が大幅に変動することが生じるので、図１に示すイメージセンサ１２ａが受光する光量が大幅に変化しないように、ＣＰＵ２０はイメージセンサ１２ａからＡ／Ｄ変換器４１を介して得られる画像信号４１に基づいてＮＤフィルタ等の光量調整フィルタ１４を制御することによって光量制御を行う。
【００７７】
〔第２の実施例〕
次ぎに、本発明に係る輪帯状の照明を用いた被検査対象物１のパターン検査等に用いられる顕微鏡システム（顕微鏡観察システム）について図２３を用いて説明する。本実施例は、本発明に係る顕微鏡システム（顕微鏡観察システム）をＬＳＩウエハパターン等の被検査対象物１のパターン検査に適用した場合である。図２３は、本発明の第２の実施例に係る顕微鏡システム（顕微鏡観察システム）を略示した説明図である。図２３において、図中、図１と同一符号は同等部分であるので再度の説明は省略する。図２３に示す多数の仮想の点光源から形成される輪帯状の照明を用いた顕微鏡システムは、図１に示されるパターン検査装置と共通部分の説明を省略し、特徴部分のみを説明する。即ち、図２３において、図１のイメージセンサ１２ａ、１２ｂには、ＴＶカメラ１２ａ’、１２ｂ’を使用し、その出力画像をモニタ２７ａ，２７ｂにより、作業者が目視観察できるようになっている。なお、１２ａ’、１２ｂ’は画像を検出できるものであれば良く、ＴＶカメラでなく、イメージセンサで構成しても良い。すなわち、ＴＶカメラ１２ａ’はパターン画像を、ＴＶカメラ１２ｂ’は対物レンズ９の瞳１０ａ上の画像を検出し、各々の画像をモニタ２７ａ，２７ｂに表示する。また、試料台２をドライバ４５によりＸ，Ｙ，Ｚ，θ（回転）軸方向に駆動制御して移動できるように、コントローラ４６が接続されている。このコントローラ４６は、ＴＶカメラ１２ｂ’で検出されてモニタ２７ｂ上に表示される対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射した０次を含む１次回折光の局所性分布の画像に基づいて、移動機構１９、ランプハウス２４、コリメータレンズ６を駆動制御して被検査対象物１のパターンに適切な輪帯状の照明または通常の円形状の照明を選択する。移動機構１９による円板状マスク５を駆動制御する場合には、円板状マスク５に形成されたマスク要素を選択すれば良い。またランプハウス２４、コリメータレンズ６を駆動制御する場合には、図２１、図２２に示すように、相対的に矢印方向に駆動制御すれば良い。
【００７８】
またコントローラ４６は、ＴＶカメラ１２ｂ’で検出されてモニタ２７ｂ上に表示される対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射した０次を含む１次回折光の局所性分布の画像に基づいて、移動機構３９を駆動制御して被検査対象物１のパターンに適切な減衰フィルタ３８を選択する。なお、輪帯状の照明用二次光源５により被検査対象物１のパターンに適切なまたは通常の円形状の照明が選択できれば、必ずしも減衰フィルタ３８を設置する必要はない。またコントローラ４６は、ＴＶカメラ１２ａ’で検出されてモニタ２７ａ上に表示される被検査対象物１のパターンの画像に基づいて、制御機構１４ｂを駆動制御して被検査対象物１のパターンから得られる光量が適切になるように、光量制御フィルタ１４を制御する。このように輪帯状の照明を用いた顕微鏡観察システムによれば、ＬＳＩウエハパターンのように６４ＭｂＤＲＡＭ，２５６ＭｂＤＲＡＭのメモリ素子のように、格子状のパターンのピッチＰ（例えば０．７μｍ、０．６１μｍ）が、照明光の波長λ（例えば４００〜６００ｎｍ）に近くなって高密度になったとしても、この高密度のパターンを、ＴＶカメラ１２ａ’で検出されてモニタ２７ａ上に表示される被検査対象物１のパターンの画像により高解像度で、かつ高コントラストで観察することができる。なお、円形状の照明において、σが０．５程度のマスク要素を用いて照明すれば、深さが深い溝または穴の画像をＴＶカメラ１２ａ’によって受光してモニタ２７ａに高コントラストで表示することができる。
【００７９】
〔第３の実施例〕
次に、上記第１及び第２の実施例における変形例について説明する。
【００８０】
即ち、上記第１及び第２の実施例においては、輪帯状の照明及び円形状の照明に基づいて説明したが、上記輪帯状の照明には、いわゆる変形照明（斜め照明）（この変形照明は、少なくとも０次回折光および１次もしくは２次の回折光が対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射される照明条件をさすものである。）も含むものである。暗視野照明は、通常０次回折光が対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射されないので、変形照明（斜め照明）には、含まれない。また、上記第１及び第２の実施例においては、減衰フィルタ３８として、図１９及び図２０に示すように光の透過率を減衰させるものであるが、位相シフト法と呼ばれる方法、すなわち位相膜を用いて０次回折光２２ａの位相をシフトさせてイメージセンサ１２ａが受光する＋１次回折光２５ａに比べて０次回折光２２ａの光量を減衰させても良い。即ち、対物レンズ９の瞳１０ａの位置と共役な位置１０ｂに光強度を部分的に制御する手段（減衰フィルタ）３８を設けたが、この位置１０ｂに位相板を置いてもよい。例えば、０次回折光２２ａの位相を＋１次回折光２５ａの位相に対してπ／２だけ進めてイメージセンサ１２ｂで受光する０次回折光２２ａを弱めることができる。また、この位相板に吸収特性を具備させて、イメージセンサ１２ｂで受光する０次回折光２２ａを弱めることもできる。
【００８１】
また、上記第１及び第２の実施例においては、０次回折光と±１次回折光という枠組みで論じたが、０次回折光（非回折光）と回折光（±１次回折光または±２次回折光など）という枠組みにも適用できることはいうまでもない。即ち、パターンのピッチＰが細かくなった（パターンが高密度になった）としても、パターンから得られる０次回折光と＋２次回折光または−２次回折光とが対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射するように輪帯状の照明を施すようにしても良い。通常は前記（数２）式の関係で示されるように、１次回折角の方が２次回折角より小さいことになる。しかし、パターンのピッチＰや輪帯状の照明の波長λにより２次回折角が１次回折角より小さくなる場合がありえる。また、上記第１及び第２の実施例においては、ライトハウス２４内の光源として、例えばＸｅランプ３の実施例（寸法について明記していない。）を示したが、大きな光源（即ち、インコヒーレント光を照射する光源）でもよいし、点光源（即ち、コヒーレント光を照射する光源）でもよい。また、光源を選ぶことによって、１次光源のみ（マスク要素なし）で、適切なσ値を得ることもできる。また、上記第１及び第２の実施例においては、輪帯状の照明の波長λとして、通常の４００〜６００ｎｍの波長で説明したが、上記各実施例において、照明波長について記述していないが、輪帯状の照明の波長λとして、所謂ｉ線（約３６５ｎｍ）などの波長でも良いし、勿論エキシマレーザ光（紫外光）のような短波長でも良い。輪帯状の照明光として、エキシマレーザ光（紫外光）のような短波長の光を用いれば、解像度がより一層向上することはいうまでもない。
【００８２】
また、上記第１及び第２の実施例における輪帯状の照明の制御は、被検査対象物のパターンの種類毎（例えばＬＳＩウエハパターンの場合には、プロセス工程毎またはＬＳＩウエハの品種毎）に行っても差し支えない。勿論、１つのＬＳＩウエハ内で、輪帯状の照明をダイナミックに制御しても差し支えない。また被検査対象物１のパターンの欠陥検査の場合には、感度の制御を上記輪帯状の照明の制御と同様に被検査対象物のパターンの種類毎に行っても良く、また１つのＬＳＩウエハ内でダイナミックに行っても良い。
【００８３】
また、上記第１及び第２の実施例におけるランプハウス２４内の一次光源（Ｘｅランプ３）を含めた輪帯状の照明用二次光源の調整は、被検査対象物１として鏡面ウエハを用いて対物レンズ９の瞳１０ａ上におけるリング状の照度分布（イメージセンサ１２ｂで検出される対物レンズ９の瞳１０ａ上におけるリング状の０次回折光２２の分布）が一様になるように行えば良い。即ち、被検査対象物１として鏡面ウエハを用いてイメージセンサ１２ｂで検出される対物レンズ９の瞳１０ａ上におけるリング状の０次回折光２２の分布が一様になるように、輪帯状の照明用二次光源を形成する例えばＸｅランプ３の位置や楕円鏡４の位置を調整することによって行えば良い。また、上記第１及び第２の実施例においては、イメージセンサ１２ｂ、１２ｂ’で検出される対物レンズ９の瞳１０ａ上の回折光（０次回折光及び＋１次回折光）の局所性分布（広がりを含めた位置及び明るさ）に基づく画像情報（モニタ情報）が、ＣＰＵ２０またはコントローラ４６により各部の条件制御に使用されていることを説明した。即ち、この各部の条件制御として、輪帯状の照明の制御（例えば図３、図４に示した内σ、外σの値や入射範囲の制御）及び光量調整フィルタ１４による光量の制御などの照明条件の制御、減衰フィルタ３８による検出光量の制御、並びに比較器１７等における検出感度の制御がある。またＣＰＵ２０またはコントローラ４６は、イメージセンサ１２ｂ、１２ｂ’で検出される対物レンズ９の瞳１０ａ上の回折光の局所性分布に基づく画像情報から、例えばメモリ素子などでは繰返し部の領域か、それ以外の領域かを識別することができ、その結果、識別された繰返し部の領域か、それ以外の領域かに応じて適切な円形状の照明を含めて輪帯状の照明の制御を行うことができる。
【００８４】
〔第４の実施例〕
次ぎに、輪帯状の照明を用いて光学的に解像度を向上させてＬＳＩウエハパターンとしてメモリセル部における欠陥を検査する実施例について、図２４〜図２７を用いて説明する。即ち、図２４は、ＬＳＩウエハパターンのメモリセル部における欠陥を示す図である。図２５は、このＬＳＩウエハパターンとＡ／Ｄ変換器１５ａから得られる検出画素との関係を示す図である。図２６は、輪帯状の照明によって高密度パターンから高解像度でイメージセンサ１２ａによって受光して得られる画像信号波形を示す図である。図２７には、図２６に示す画像信号に対してＡ／Ｄ変換器１５ａで行うサンプリングについて説明するための図である。ＬＳＩウエハパターンのメモリセル部においては、図２４に示す如く、パターン上に種々の欠陥（即ち突起２３１、オープン２３２、変色２３３、短絡２３４、欠け２３５、汚染物２３６等）が存在し、これらの欠陥２３１〜２３６を高信頼度で検出するためには、まずイメージセンサ１２ａにより前記パターンを画像信号として高解像度に検出できなければならない。ところで、輪帯状の照明を用いることにより、図２６（ａ）に示すパターンに対してイメージセンサ１２ａからは、図２６（ｂ）に示す高解像度の画像信号が得られる。図２６（ａ）は、図２４に示すパターンの一部を拡大して示しており、図２６（ｂ）は、パターンＡ−Ａ’において、横軸にその位置、縦軸にイメージセンサ１２ａから得られる画像信号（パターン検出信号）における明るさの波形を示すものである。図２６においては、輪帯状の照明を用いてイメージセンサ１２ａから、ターンのエッジ情報が現われた高解像度の画像信号を得た場合を示す。ところで、輪帯状の照明を施した場合、突起欠陥２３１、欠け欠陥２３６および汚染物２３５等からは、様々な回折角をもった広がりをもった（だらだらっとした）＋１次回折光が得られて、パターンとは異なる画像信号がイメージセンサ１２ａから得ることができる。また輪帯状の照明を施した場合、オープン欠陥２３２やショート欠陥２３４については、Ｘ軸方向の＋１次回折光成分が発生しないため、パターンとは異なる画像信号がイメージセンサ１２ａから得ることができる。また輪帯状の照明を施した場合、変色欠陥２３３からは、変色欠陥のない領域に比べて、例えば０次回折光の発生状態が変わり、変色欠陥２３３を示す画像信号をイメージセンサ１２ａから得ることができる。
【００８５】
図２５には、図２４に示すＬＳＩウエハパターンに対してＡ／Ｄ変換器１５ａにおいてサンプリングする検出画素が大きい場合を示す。図２５に示すように、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいてサンプリングする検出画素２４１が大きい場合には、一つの検出画素２４１内にパターンのエッジが二つ存在することになり、パターンのエッジ情報が失われることになる。このようにパターンのエッジ情報が失われるのを防止するには、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいてサンプリングする検出画素２４１の寸法を小さくすればよい。検出画素２４１の寸法を小にすると、Ａ／Ｄ変換器１５ａから得られるサンプリングされたディジタル画像信号情報が増大し、比較回路１７等で行う欠陥検出画像処理量が増大し、欠陥検出に時間を要することになる。従って、図２７に示す如く、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいて、パターンＡ−Ａ’に対して、パターン明るさの極小値、極大値が保存されるような検出画素寸法（サイズ）でサンプリングして濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号に変換すれば良い。即ち、ＣＰＵ２０は、最初Ａ／Ｄ変換器１５ａに対してサンプリングする画素サイズを小さくしてＡ／Ｄ変換器１５ａから得られるディジタル画像信号４１（図２７（ａ）に示す。）からパターン明るさの極小値（パターンのエッジ情報を示す。）、極大値の間隔を算出し、これらが割り切れるような検出画素寸法を設定する。Ａ／Ｄ変換器１５ａは、ＣＰＵ２０において設定された検出画素寸法４２に基づいてサンプリングすることにより、パターンのエッジの情報を失うことなく比較的大きな検出画素寸法でサンプリングされた濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号（図２７（ｂ）に示す。）を得ることができる。これにより、比較回路１７等において行う欠陥検出画像処理の情報を低減して高速で、しかも高信頼度で欠陥検査を行うことができる。
【００８６】
図２７（ａ）を参照して説明すると、ＣＰＵ２０は、最初Ａ／Ｄ変換器１５ａに対してサンプリングする画素サイズを小さくしてＡ／Ｄ変換器１５ａから得られるディジタル画像信号４１からｘ１＝ｘ２＝ｘ３＝ｘ４であるｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４間の検出画素寸法をｘ１／２と選び、極小値と極大値との間隔が大きいｘ５、ｘ６部は、検出画素寸法を３ｘ１／２、２ｘ１になるように設定する。このように設定された検出画素寸法に相当する信号４２がＡ／Ｄ変換器１５ａに提供される。
【００８７】
図２７（ｂ）は、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいて、図２７（ａ）に示すＡ−Ａ’部の画像信号の波形に対してＣＰＵ２０から提供された信号４２に基づいてサンプリングされたディジタル画像信号の波形を示す。図２７（ｂ）から明らかなように、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいて、イメージセンサ１２ａから出力される画像信号からパターンのエッジを示す最小値及び最大値が保存されたディジタル画像信号が得られる。これにより、比較回路１７等において、遅延メモリ１６においてセル間隔、またはチップ間隔遅延させたディジタル画像信号とＡ／Ｄ変換器１５ａから直接得られるディジタル画像信号とをセル比較またはチップ比較することによって高解像度で得られるパターンのエッジを示す画像信号を消去して欠陥を高速度で、且つ高信頼度で検査することができる。パターンのエッジを示す画像信号はセルの間隔またはチップの間隔で繰り返されるので、上記比較回路１７等においてセル比較またはチップ比較する際一致して検出され、パターンのエッジを示す画像信号を消去することができる。その結果、上記比較回路１７等におけるセル比較またはチップ比較において、欠陥を示す信号１８を不一致として検出することができる。
【００８８】
なお、ＣＰＵ２０が極小値と極大値との間もサンプリングすべく、検出画素寸法として、ｘ＝ｘ１／４あるいはｘ１／８に設定することができる。これにより、Ａ／Ｄ変換器１５ａは、上記設定された検出画素寸法（ｘ＝ｘ１／４あるいはｘ１／８）でサンプリングして濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号を得ることができる。この場合、サンプリング間隔が狭くなっているので、イメージセンサ１２ａから得られる高解像度の画像信号を忠実にディジタル画像信号に変換することができる。
【００８９】
また、ＣＰＵ２０は、最初Ａ／Ｄ変換器１５ａに対してサンプリングする画素サイズを小さくしてＡ／Ｄ変換器１５ａから得られるディジタル画像信号４１に基づいて、図１に示す如く、ズームレンズ制御信号４３によりズームレンズ１３を制御することにより、イメージセンサ１２ａで受光する画像の倍率を変化させることができる。その結果、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいて、検出画素寸法を決める信号４２を一定にしておいても、サンプリングされる検出画素寸法を、ズームレンズ１３による倍率に応じて変化させることができる。従って、ズームレンズ１３による倍率を変えたい場合には、ＣＰＵ２０からの指令で制御することができる。更に、輪帯状の照明によって格子状のパターンから発生して対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射した０次回折光２２ａと＋１次回折光２５ａとをイメージセンサ１２ａによって受光して得られる高解像度の画像信号についてのＡ／Ｄ変換器１５ａにおけるサンプリングについて、図２８、図２９、図３０を参照して説明する。図２８〜図３０の（ａ）における格子状のパターン（ライン  アンド  スペースのウエハパターン）は、０．４２μｍ幅のラインと０．４２μｍ幅のスペースとからなるピッチＰ＝０．８４μｍの繰り返しパターンである。
【００９０】
図２８（ｂ）に示すサンプリングされた濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号波形は、検出画素寸法を０．０１７５μｍにした場合を示し、格子状のパターンのエッジ情報が鮮明に検出されていることがわかる。即ち、イメージセンサ１２ａで受光して得られる高分解能の画像信号がＡ／Ｄ変換器１５ａによって忠実に濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号に変換されたことを示す。図２９（ｂ）に示すサンプリングされた濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号波形は、検出画素寸法を０．１４μｍにした場合を示し、格子状のパターンのエッジ情報（極小値、極大値等の極値の情報）が保存された状態で検出されていることがわかる。図３０（ｂ）に示すサンプリングされた濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号波形は、検出画素寸法を０．２８μｍにした場合を示し、格子状のパターンのエッジ情報（極小値、極大値等の極値の情報）が一部失われて検出されることがわかる。従って、０．４２μｍ幅のラインと０．４２μｍ幅のスペースとからなるピッチＰ＝０．８４μｍの繰り返しパターン（格子状のパターン）に対しては、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいて、ＣＰＵ２０から信号４２によって設定される検出画素寸法を約０．３μｍ以下にしてサンプリングして濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号に変換する必要がある。これにより、Ａ／Ｄ変換器１５ａから得られる濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号には、格子状のパターンのエッジ情報（極小値、極大値等の極値の情報）が保存された状態で検出されることになり、欠陥と弁別して検出することが可能となり、比較回路１７等においてセル比較またはチップ比較によって欠陥（即ち突起２３１、オープン２３２、変色２３３、短絡２３４、欠け２３５、汚染物２３６等）を検出することができる。即ち、Ａ／Ｄ変換器１５ａにおいて、パターンの極小値、極大値が保存されるようなサンプリングを実施すると、大きな検出画素寸法でも、パターン情報は損なわれず、比較回路１７等において高速で、且つ高精度な欠陥検査等が行なうことができる。上記図２８〜図３０に示す実施例では、１次元の格子状のパターンを例にしてサンプリングされた濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号波形について説明したが、２次元の格子状のパターンに対しても成り立つことはいうまでもない。
【００９１】
〔第５の実施例〕
前記実施例においては、被検査対象物１に形成されたパターン上の欠陥を検査する実施例と、被検査対象物１に形成されたパターンを観察する顕微鏡観察システムの実施例とについて説明したが、本発明は、被検査対象物１に形成されたパターン上に存在する異物検査および被検査対象物１に形成されたパターンの寸法測定に適用することができる。即ち、前記第４の実施例で説明したように、Ａ／Ｄ変換器１５ａから被検査対象物１に形成されたパターンに忠実な濃淡（明るさ）を示すディジタル画像信号を得ることによって、例えばＣＰＵ２０は上記パターンの寸法を高精度に測定することができる。また、前記第４の実施例で説明したように、欠陥検査と同様に、被検査対象物１に形成されたパターン（ＬＳＩウエハパターン）上に存在する異物も検出することができる。即ち、異物からは、突起欠陥２３１や欠け欠陥２３６等と同様に、様々な回折角をもった広がりを有する１次以上の回折光が対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射することになる。一方パターンからは、０次回折光及び＋１次回折光が対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射することになり、イメージセンサ１２ａからは異なった画像信号が検出され、比較回路１７等によりセル比較またはチップ比較することによって異物を検出することができる。勿論、鏡面ウエハ上の異物も同様に検出することができる。
【００９２】
また、後述する実施例において説明するように、パターンの情報をセル比較またはチップ比較で消去するのではなく、空間フィルタ３０９を用いることによって消去することができる。また、イメージセンサ１２ｂが検出する対物レンズ９の瞳１０ａ上の画像信号に基づいて、異物を検出することができる。即ち、鏡面ウエハ上の異物については、イメージセンサ１２ｂが検出する対物レンズ９の瞳１０ａ上の画像信号から直接検出することができる。被検査対象物１に形成されたパターン（ＬＳＩウエハパターン）上に存在する異物ついても、対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射する回折光の局所性分布が異物とパターンとでは異なることにより、イメージセンサ１２ｂが検出する対物レンズ９の瞳１０ａ上の画像信号からパターン情報を消去することによって検出することができる。即ち、遅延メモリ１６と同様に、イメージセンサ１２ｂが検出する異物が存在しない正常なパターンから得られる瞳１０ａ上の基準の画像信号を記憶しておくことにより、比較回路等においてこの記憶された瞳１０ａ上の基準の画像信号と実際イメージセンサ１２ｂが検出する被検査のパターンから得られる瞳１０ａ上の画像信号とを比較することによってパターン情報を消去して異物を検出することができる。また正常なパターンから得られる瞳１０ａ上の回折光の局所性分布情報もしくはこれを反転した局所性分布情報（空間フィルタ（図３１及び図３３において３０９で示す。））で、被検査のパターンから得られる瞳１０ａ上の回折光の局所性分布情報をマスキング（遮光）することによって、パターン情報を消去して異物を検出することができる。
【００９３】
〔第６の実施例〕
次に、図３１及び図３２を参照して、本発明に係るパターン検査装置における光学系の具体的構成について説明する。図３１及び図３２は、図１に示す実施例のパターン検査装置における光学系の具体的な構成図であり、図３１はその平面図、図３２はその正面図である。
【００９４】
図３１及び図３２に示すパターン検査装置における光学系の構成は、図１に示すパターン検査装置における光学系の構成と基本的には同一あり、図中、図１と同一符号は、同等部分であるので、再度の詳細な説明を省略する。本実施例の特徴的な部分について説明する。
【００９５】
本実施例においては、画像観察用テレビカメラとして、輪帯状の照明（明視野照明）用ＴＶ１及び暗視野照明用ＴＶ２、対物レンズ９の瞳１０ａを観察する瞳観察用テレビカメラとして、暗視野照明用ＴＶ４が追加されている。従って、輪帯状の照明（明視野照明）用ＴＶカメラＴＶ１及び暗視野照明用ＴＶカメラＴＶ２は、画像観察のために用いられる。なお、対物レンズ９の瞳１０ａを観察する瞳観察用テレビカメラとしての輪帯状の照明（明視野照明）用ＴＶ３は、イメージセンサ１２ｂと同じものを示す。即ち、輪帯状の照明（明視野照明）用ＴＶ３（１２ｂ）で撮像する瞳１０ａ上の画像（輪帯状の照明によって被検査対象物１上のパターンから得られる回折光の局所性分布）に基づいて、ＣＰＵ２０は輪帯状の照明用フィルタ（円板状マスク：開口絞り）５または０次回折光光量制御用瞳フィルタ（減衰フィルタ）３８または比較回路１７等における欠陥検出感度またはＡ／Ｄ変換器１５ａにおけるサンプリングによる検出画素寸法またはズームレンズ１３による倍率等を選択制御する。また暗視野照明用ＴＶ４で撮像する瞳１０ａ上の画像（後述する暗視野照明によって被検査対象物１上のパターンから得られる散乱光の分布）に基づいて、ＣＰＵ２０は空間フィルタ３０９または比較回路等における異物の検出感度またはリニアイメージセンサ３０８から得られる画像信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器におけるサンプリングによる検出画素寸法等を選択制御する。これにより被検査対象物１上のパターンに対して最適化をはかることができる。なお、ダイクロイックミラー３２５は、６００ｎｍ以下の波長の輪帯状の照明によって被検査対象物１から得られる回折光による瞳１０ａの画像の光を透過させ、後述する７８０〜８００ｎｍの波長の暗視野照明によって被検査対象物１から得られる散乱光による瞳１０ａの画像の光を反射させるものである。３２６はミラーである。
【００９６】
また、ランプハウス２４′内には、図１に示す１次光源３、４として、Ｈｇ−ＸｅランプＬ１とＸｅランプＬ２との２種類で構成し、これら２種類の１次光源を切換えミラー３１７で切り換えられるように構成している。Ｈｇ−ＸｅランプＬ１は、輝線スペクトルをもち、短波長幅での高輝度照明が可能であり、ＸｅランプＬ２は、白色光照明が可能である。即ち、輪帯状の照明用フィルタ（輪帯状の照明用二次光源：円板状マスク：開口絞り）５により円形状の照明も含めて輪帯状の照明をする場合、Ｈｇ−ＸｅランプＬ１を用いた短波長幅での高輝度照明とＸｅランプＬ２を用いた白色光照明とを切り換えて照明することができる。なお、３１８は、Ｈｇ−ＸｅランプＬ１またはＸｅランプＬ２から出射される光の強度を均一化するインテグレータである。３４１は上記１次光源Ｌ１，Ｌ２における照度の変動をモニタする照度モニタである。この照度モニタ３４１でモニタされた１次光源Ｌ１，Ｌ２における照度の変動に応じて光量制御フィルタ１４を制御したり、Ａ／Ｄ変換器１５における変換レベルを補正する。３１６は輪帯状の照明光の波長を例えば６００ｎｍ以下に選択する波長選択フィルタである。３１９は円形状の照明も含め、輪帯状の照明以外の光を遮光する視野絞りである。３０１はミラーである。
【００９７】
また第２の対物レンズ３０３の先に設けられたダイクロイックミラー３２０は、６００ｎｍ以下の波長の輪帯状の照明によって被検査対象物１から得られる回折光の光を透過させ、後述する７８０〜８００ｎｍの波長の暗視野照明によって被検査対象物１から得られる散乱光を反射させるものである。３２１はハーフミラーである。３２５及び３２６はレンズである。そして７８０〜８００ｎｍの波長の暗視野照明によって被検査対象物１上のパターンから生じる散乱光による空間像を空間フィルタ３０９の位置に形成されるようになっている。３２２、３２４及び３２７はミラーである。３２３はハーフミラーである。
【００９８】
更に、異物を高感度で検出できるように、半導体レーザ光源Ｌ３により出射されたレーザ光を集光して被検査対象物（ＬＳＩウエハ）１に対して斜め方向から照射する暗視野照明光学系（３０４、３０５、３０６、３０７）が備えられている。３０４は、半導体レーザー光源Ｌ３により出射されたレーザ光のビーム径を拡大するビームエキスパンダー（ビーム拡大光学系）である。３０５、３０６は各々レーザ光を反射させるミラーである。３０７は、ビーム径が拡大されたレーザ光を集光して被検査対象物１に対して斜め方向から照射する集光レンズである。この暗視野照明光学系（３０４、３０５、３０６、３０７）による暗視野照明により被検査対象物１上から発生する０次回折光（正反射光）は対物レンズ９の瞳１０ａに入らず、被検査対象物１上に存在する異物から発生する散乱光（１次以上の回折光）のみが対物レンズ９の瞳１０ａに入射して、イメージセンサ３０８で受光して信号を出力することによって異物を検出することができる。３０９は空間フィルタで、上記暗視野照明によって被検査対象物１上のパターンのエッジから生じて対物レンズ９の瞳１０ａ内に入射する散乱光（１次以上の回折光）を遮光して消去するものである。なお、前記半導体レーザ光源Ｌ３から出射するレーザ光の波長は、ランプハウス２４′による輪帯状の照明（明視野照明）の波長と異なる任意の波長、例えば７８０〜８００ｎｍである。
【００９９】
更に、被検査対象物１上のパターンをイメージセンサ１２ａにより画像信号として高精度に検出するため、自動焦点制御光学系が設置されている。この自動焦点制御光学系は、光源３１０と、６００〜７００ｎｍの波長にするフィルタ３１１と、自動フォーカス（Ａ／Ｆ）用パターン３１５と、該Ａ／Ｆ用パターン３１５を被検査対象物１上に投影する投影レンズ３１４と、ハーフミラー３１２、３１３と、合焦点面の前後に配置されたセンサＳ１と、センサＳ２とで構成される。センサＳ１とセンサＳ２とで投影レンズ３１４により被検査対象物１上に投影されたＡ／Ｆ用パターン３１５のコントラスト信号を検出してセンサＳ１から得られるコントラスト信号とセンサＳ２から得られるコントラスト信号が一致するように被検査対象物１を矢印で示すように上下に微動制御させることによって、被検査対象物１の表面（パターン面）を対物レンズ（結像光学系）９に対して焦点合わせされることになる。なお、検出光学系の光路中に設けられたダイクロイックミラー３０２は、波長が６００〜７００ｎｍの自動焦点合わせ用の光を反射させ、波長が６００ｎｍ以下の輪帯状の照明（明視野照明）用の光及び波長が７５０ｎｍ以上の暗視野照明用の光を透過させるものである。
【０１００】
図３３及び図３４は、図３１及び図３２に示すパターン検査装置における光学系の構成を更に具体的に示したものである。図３３はその平面図、図３４はその正面図である。即ち、対物レンズ９として無限遠補正系のものを用いるため、長焦点距離（例えばｆ＝２００ｍｍ）の第２の対物レンズ（チューブレンズともいう）３０３が必要である。輪帯状の照明（明視野照明）用リニアイメージセンサ１２ａ及び暗視野照明用リニアイメージセンサ３０８は、ＴＤＩ（Time Delay & Integration）時間遅延積分型イメージセンサで構成する。更に本実施例の特徴的な部分について説明する。即ち、本実施例においては、対物レンズ９と第２の対物レンズ３０３との間に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ（Polarization Beam Splitter））８ａ’とλ／４板（１／４波長板）５１とを設置することにある。対物レンズ９と第２の対物レンズ３０３との間は平行光であるため、上記光学素子８ａ’、５１を挿入しても収差等の劣化が少ない。このＰＢＳ８ａ’とλ／４板５１との機能は図３５及び図３６に示す通りである。即ち、円形状の照明光または輪帯状の照明光３３０は、ＰＢＳ８ａ’によりＰ偏光３３１はそのまま透過し、Ｓ偏光３３２は反射してλ／４板５１に達する。このλ／４板５１に達したＳ偏光３３２は、位相が９０度相当分遅れた成分が生じ（異常光線と常光線の屈折率が等しくなく、異常光線の方が光路長が長い。このため異常光線と常光線に位相差π／２が生じ、これらの振幅が等しいため）円偏光または楕円偏光３３４に変換されて対物レンズ９を介して被検査対象物１であるウエハに照射される。対物レンズ９の瞳１０ａに入射した回折光（反射光）は、再びλ／４板５１に達し、円偏光または楕円偏光はＰ偏光３３３になる。このＰ偏光３３３はＰＢＳ８ａ’を透過するので、そのまま第２の対物レンズ３０３を通して検出器であるイメージセンサ１２ａに達する。即ち、図３６には、ＰＢＳ８ａ’によって直線偏光に変換された入射光線（Ｓ偏光）３３２が１／４波長板５１に対して角度ω（入射光線の直線偏光面と波長板５１の主断面とがなす角度）が正確に４５°（＋あるいは−）である場合、直線偏光の入射光線３３２を円偏光３３４（あるいはその逆に）変換できることを示す。角度ωが４５°以外の場合は、直線偏光から楕円偏光３３４に（あるいはその逆に）変換される。
【０１０１】
次に図３７及び図３８に、本実施例による効果を示したものである。被検査対象物１は、２５６ＭＤＲＡＭのライン＆スペースのパタ−ン（ピッチＰが０．６１μｍの高密度の格子状パターン）である。図３７は上記パターンの回転方向に対するイメージセンサ１２ａによって受光されるパターンからの明るさ（検出強度）を示したものである。図中の円偏光・輪帯状の照明（楕円偏光・輪帯状の照明も含む）が図３１〜図３４に示す実施例によるものである。図中の直線偏光照明はλ／４板５１がない照明に相当する。また、図中のハーフミラーはＰＢＳ８ａ’の代わりに通常のハーフミラーを用いた照明（λ／４板５１を用いた照明）を示す。図３７に示す関係から、被検査対象物１上の高密度のパターンが、例えば図２４に示すようにメモリセルのパターンのように様々な回転方向をもったとしても、円偏光・輪帯状の照明（楕円偏光・輪帯状の照明も含む）を施せば、イメージセンサ１２ａからパターンの方向性にあまり影響されることなく高い明るさ（検出強度）を有する画像信号を得ることができる。また輪帯状の照明を施すことによって、直線偏光照明（Ｓ偏光照明）でも、ハーフミラー照明（λ／４板５１を用いた照明）でも、通常の円形状の照明のみに比べて、被検査対象物１上に形成されたパターンが周辺回路部などのように特定の方向性をもったものに対して、高い明るさ（検出強度）を有する画像信号を得ることができる。またハーフミラー照明（λ／４板５１を用いた照明）の方が直線偏光照明（Ｓ偏光照明）より優れていることがわかる。以上説明したように、イメージセンサ１２ａから高い明るさ（検出強度）を有する画像信号を得ることができることは、高密度のパターンに対して効率の高い照明が実現できたことを示すものである。
【０１０２】
また図３８には、上記パターンの回転方向に対するイメージセンサ１２ａによって受光されるパターンからのコントラスト（解像度を示す極小値と極大値の比）を示したものである。図中の円偏光・輪帯状の照明（楕円偏光・輪帯状の照明も含む）が図３１〜図３４に示す実施例によるものである。図中の円偏光は円偏光照明のみであり、直線偏光照明はλ／４板５１がないＳ偏光照明に相当する。なお、円偏光・輪帯状の照明の場合、パターンの角度に対してコントラストが一定値になっていないのは、実験時に完全な円偏光にはなっておらず、楕円偏光になっているためである。楕円率を小さく、真円にするには、光学素子（λ／４板５１）に直線偏光入射光をいれるようにし（入射面に平行或いは垂直に電気ベクトル振動方向をそろえる）、被検査対象物１に照射する前で位相板を用いて円偏光にすれば良い。
【０１０３】
図３８に示す関係から、被検査対象物１上の高密度のパターンが、例えば図２４に示すようにメモリセルのパターンのように様々な回転方向をもったとしても、円偏光・輪帯状の照明（楕円偏光・輪帯状の照明も含む）を施せば、イメージセンサ１２ａから高密度のパターンの方向性にあまり影響されることなく、高いコントラスト（高解像度）を有する画像信号を得ることができる。即ち、円偏光照明と輪帯状の照明とを併用することによって、高密度のパタ−ンの向きに依存せず、常時イメージセンサ１２ａから高いコントラストを有する画像信号が得られることになり、その結果高密度のパターン上の微細な欠陥等を検出することができる。また通常の円形状の照明に円偏光照明を組み合わせるだけ（円偏光照明のみ）でも、通常の円形状の照明に比べて、イメージセンサ１２ａから高密度のパターンの方向性にあまり影響されることなく高いコントラスト（高解像度）を有する画像信号を得ることができる。しかし、円偏光照明と輪帯状の照明とを併用することによって、円偏光照明のみに比べて高いコントラスト（高解像度）を有する画像信号を得ることができる。
【０１０４】
また輪帯状の照明を施すことによって、直線偏光照明（Ｓ偏光照明）でも、被検査対象物１上に形成された高密度のパターンが周辺回路部などのように特定の方向性をもったものに対しては、高いコントラスト（高解像度）を有する画像信号を得ることができる。しかし、通常の超ＬＳＩ（ＶＬＳＩ，ＵＬＳＩ）等では縦横の高密度のパタ−ンが存在するので、常時この高密度のパタ−ンの向きに合わせて直線偏光を照射することは困難となる。特定された配線パタ−ンのように、特定された方向性を有する場合には、直線偏光照明における偏光状態を上記配線パターンの方向に合うように制御して上記直線偏光照明を上記特定された配線パターンのみに限定して照明することにより、イメージセンサ１２ａから高コントラストを有する画像信号を検出することができる。
【０１０５】
上記実施例では、ＰＢＳ８ａ’を用いて説明したが、誘電多層膜をコーティングしたハーフミラーで構成しても同様の効果が得られる。また、ＰＢＳ８ａ’の代わりに偏光板を用いて直線偏光を得ても良いが、この場合は偏光板を通過する光が減衰して明るさ（検出強度）は低下するが、コントラストはＰＢＳ８ａ’と同様に向上することになる。
【０１０６】
〔第７の実施例〕
本実施例は、図３１〜図３４に示す実施例において、視野絞り３１９または輪帯状の照明用フィルタ（開口絞り）５の位置（対物レンズ９の瞳１０ａと共役な位置）に拡散板を挿入したものである。拡散板は、光を拡散させるものである。この拡散板は、砂番８００等で指定されたものである。このようにすると、被検査対象物１への輪帯状の照明光のみまたは偏光照明と輪帯状の照明との併用による照明光の拡散性が増し、金属配線パタ−ン等の表面に微小な凹凸の変化があったとしても、明るい一様な反射光が得られ、対物レンズ９等を通してイメージセンサ１２ａや明視野観察用ＴＶカメラＴＶ１  により金属配線パタ−ン等の表面を均一な明るさを有する画像として検出または観察できる。この拡散照明は、輪帯照明及び偏光照明と矛盾することなく、同一光学系で同時に実施することができる。拡散の程度は、被検査対象物１上のパタ−ンに応じて選択するものである。
【０１０７】
また図３１〜図３４に示す実施例においては、イメージセンサ１２ａはＴＤＩ（Time Delay & Integration）時間遅延積分型イメージセンサで構成されているので、被検査対象物１としてパタ−ンの反射率が低く、明るさ（検出強度）が十分でない場合には、上記イメージセンサの蓄積時間を増加させるように制御すれば良い。このように被検査対象物１のパターンに応じて上記イメージセンサの蓄積時間を適切に定めれば良い。また被検査対象物１のパターンに対する照明条件に応じて上記イメージセンサの蓄積時間を定めれば良い。
【０１０８】
〔第８の実施例〕
次に図１に示す装置の比較回路１８から出力される欠陥判定出力１８及びＣＰＵ２０から出力される欠陥情報４０を入力して、例えば半導体の製造プロセスにおける欠陥発生原因を解析し、この解析された欠陥発生原因を取り除くことによって良品の半導体チップを高歩留まりで生産することについて図３９を用いて説明する。即ち、３８０は、半導体の製造ラインを示す。３８１は半導体ウエハ１ａの搬送経路を示す。３８２は半導体製造工程の内、絶縁膜を形成するＣＶＤ成膜工程を実行するＣＶＤ装置を示す。３８３は、半導体製造工程の内、配線膜を形成するスパッタリング工程を実行するスパッタリング装置を示す。３８４は半導体製造工程の内、レジスト塗布、露光、現像等を行う露光工程を実行する露工装置を示す。３８５は半導体製造工程の内、パターニングをするエッチング工程を実行するエッチング装置を示す。このように半導体ウエハは様々な製造工程を経て製造される。
【０１０９】
ところで、３９０は、図１に示す装置の比較回路１８から出力される欠陥判定出力１８及びＣＰＵ２０から出力される欠陥情報４０を入力して、上記半導体を製造する各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５からなる製造ライン３８０における欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析する解析用コンピュータである。この解析用コンピュータ３９０は、図１に示す装置の比較回路１８から出力される欠陥判定出力１８及びＣＰＵ２０から出力される欠陥情報４０を入力するインターフェース３９１、解析等の処理を実行するＣＰＵ３９２、解析等のプログラムを格納したメモリ３９３、制御回路３９４、３９５、３９６、３９７、欠陥発生原因等の解析結果を出力する印刷装置等の出力装置３９８、各種データを表示する表示装置３９９、図１に示す装置から得られない例えば各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５に関するデータ及び製造ライン３８０に流す半導体ウエハ１ａに関するデータ等を入力する入力装置（キーボード、ディスク等から構成された。）４０１、半導体ウエハ１ａ上に発生した欠陥と各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５からなる製造ライン３８０において欠陥を発生させた欠陥発生原因又は欠陥発生要因との因果関係の履歴データまたはデータベースを記憶した外部記憶装置４０２、ＣＰＵ３９２によって解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因に関する情報４１０を各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５へ提供するインターフェース４０３、及びこれらを接続するバスライン４００で構成されている。従って、解析用コンピュータ３９０におけるＣＰＵ３９２は、入力された欠陥判定出力１８及び欠陥情報４０と、外部記憶装置４０２に記憶された半導体ウエハ１ａ上に発生した欠陥と各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５からなる製造ライン３８０において欠陥を発生させた欠陥発生原因または欠陥発生要因との因果関係の履歴データまたはデータベースとに基づいて、各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５からなる製造ライン３８０における欠陥を発生させた欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析し、この解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因に関する情報４１０を各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５へ提供する。この欠陥発生原因または欠陥発生要因に関する情報４１０が提供された各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５は、洗浄も含めて各種プロセス条件を制御して欠陥発生原因または欠陥発生要因を取り除くことによって良品の半導体ウエハ１ａを次工程へ送り出すことができ、その結果半導体を高歩留まりで製造することができる。なお、図１に示す装置で欠陥検査を行う半導体ウエハ１ａは、上記製造ライン３８０において、欠陥を発生しやすい個所の前後工程から、半導体ウエハ１ａ単位、またはロット単位でサンプリングされる。
【０１１０】
また解析用コンピュータ３９０におけるＣＰＵ３９２は、イメージセンサ３０８から検出された異物信号に基づいてＣＰＵ２０から得られて入力された異物情報と、外部記憶装置４０２に記憶された半導体ウエハ１ａ上に発生した異物と各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５からなる製造ライン３８０において異物を発生させた異物発生原因または異物発生要因との因果関係の履歴データまたはデータベースとに基づいて、各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５からなる製造ライン３８０における異物を発生させた異物発生原因または異物発生要因を解析し、この解析された異物発生原因または異物発生要因に関する情報４１０を各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５へ提供する。この異物発生原因または異物発生要因に関する情報４１０が提供された各プロセス装置３８２、３８３、３８４、３８５は、洗浄も含めて各種プロセス条件を制御して異物発生原因または異物発生要因を取り除くことによって欠陥のない良品の半導体ウエハ１ａを次工程へ送り出すことができ、その結果半導体を高歩留まりで製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明に係る被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１に示す実施例における円板状マスク（輪帯状の二次光源）の略示説明図である。
【図３】図２に示す円板状マスクにおけるマスク要素を具体的に示した略示説明図である。
【図４】図２に示す円板状マスクにおけるマスク要素を、更に具体的に示した略示説明図である。
【図５】図４に示すマスク要素の具体的寸法を示すための説明図である。
【図６】ＬＳＩウエハパターンの一実施例であるＸ軸方向に繰返される格子状のパターンを示す説明図である。
【図７】図６に示す格子状パターンに対して輪帯状の照明を施して格子状のパターンからＸ軸方向に発生して対物レンズの瞳上に入射する０次回折光と１次回折光とを示す対物レンズの瞳上のＸＹ平面図である。
【図８】図７に示す輪帯状の照明と格子状のパターンから発生して対物レンズの瞳上に入射する０次回折光と１次回折光とを示すＸＺ断面図である。
【図９】図６に示す格子状パターンに対して輪帯状の照明を施して格子状のパターンからＹ軸方向に発生して対物レンズの瞳上に入射する０次回折光と１次回折光とを示す対物レンズの瞳上のＸＹ平面図である。
【図１０】図６に示す格子状パターンに対して異なる輪帯状の照明を施して格子状のパターンからＸ軸方法及びＹ軸方向に発生して対物レンズの瞳上に入射する０次回折光と１次回折光とを示す対物レンズの瞳上のＸＹ平面図である。
【図１１】対物レンズにおけるσ値と入射角ψとの関係を示す説明図である。
【図１２】入射角ψと回折角θとの関係を示す説明図である。
【図１３】Ｐ＝０．６１μｍの格子状のパターンに対して、波長がλ＝０．４〜０．６μｍでσが０．６０〜０．４０で輪帯状の照明を施した場合における＋１次回折光の発生状況を示す線図である。
【図１４】Ｐ＝０．７μｍの格子状のパターンに対して、波長がλ＝０．４〜０．６μｍでσが０．６０〜０．４０で輪帯状の照明を施した場合における＋１次回折光の発生状況を示す線図である。
【図１５】ＬＳＩウエハパターンの一実施例であるＹ軸方向に繰返される格子状のパターンを示す説明図である。
【図１６】図１５に示す格子状パターンに対して輪帯状の照明を施して格子状のパターンからＹ軸方向に発生して対物レンズの瞳上に入射する０次回折光と１次回折光とを示す対物レンズの瞳上のＸＹ平面図である。
【図１７】減衰フィルタ（光量制御用フィルタ）で０次回折光を減衰させる状態を示すＹＺ断面を示す図である。
【図１８】図１７に示す内容を対物レンズの瞳と共役な位置に設けられた減衰フィルタ（光量制御用フィルタ）で０次回折光を減衰させる状態を示す対物レンズの瞳と共役な瞳上のＸＹ平面図である。
【図１９】透過率を約０にしたときの減衰フィルタ（光量制御用フィルタ）の断面形状とその透過率特性を示す図である。
【図２０】透過率を約０．２にしたときの減衰フィルタ（光量制御用フィルタ）の断面形状とその透過率特性を示す図である。
【図２１】本発明に係る輪帯状の照明において、コリメータレンズに対してライトハウスを光軸方向に制御する実施例を示す図である。
【図２２】本発明に係る輪帯状の照明において、ライトハウスに対してコリメータレンズを光軸方向に制御する実施例を示す図である。
【図２３】本発明に係る顕微鏡システムの一実施例を示す構成図である。
【図２４】本発明に係るウエハパターンにおける各種欠陥を示す図である。
【図２５】図２４に示すウエハパターン上のある個所における検出画素寸法との関係を示す説明図である。
【図２６】図２５に示すある個所におけるパターンとこのパターンを忠実に表した明るさに対応した画像信号波形を示す図である。
【図２７】図２６に示す明るさに対応した画像信号に対してサンプリングして得られるサンプリングされた明るさに対応した画像信号を示す図である。
【図２８】０．４２μｍの幅のラインとスペースとからなる格子状の繰返しパターンに対して検出画素寸法を０．０１７５μｍにしたときの忠実に得られる明るさに対応した画像信号波形を示す図である。
【図２９】０．４２μｍの幅のラインとスペースとからなる格子状の繰返しパターンに対して検出画素寸法を０．１４μｍにして極値が保存された明るさに対応した画像信号波形を示す図である。
【図３０】０．４２μｍの幅のラインとスペースとからなる格子状の繰返しパターンに対して検出画素寸法を０．２８μｍにして極値が保存されない明るさに対応した画像信号波形を示す図である。
【図３１】図１に示す本発明に係る被検査対象物上のパターンの欠陥検査装置の一実施例における光学系を具体的に示した平面図である。
【図３２】図３１の正面図である。
【図３３】図３１に示す実施例を更に具体的に示した平面図である。
【図３４】図３３の正面図である。
【図３５】円偏光照明を行う光学系の一実施例を示す図である。
【図３６】１／４波長板による直線偏光から円または楕円偏光への変換を説明するための図である。
【図３７】輪帯状の照明において偏光状態を制御した実験例におけるパターン角度に対する明るさに対応した検出強度を示す実験例である。
【図３８】輪帯状の照明において偏光状態を制御した実験例におけるパターン角度に対するコントラストを示す図である。
【図３９】本発明に係る解析用コンピュータを用いて欠陥発生原因または欠陥発生要因を解析し、この解析された欠陥発生原因または欠陥発生要因を製造ラインにおける各種プロセス装置へフィードバックして高歩留まりで半導体基板を製造することを説明するための図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…ＬＳＩウエハ（被検査対象物）、  ２…ＸＹＺステージ
３…Ｘｅランプ、  ４…集光用楕円鏡
５、５ａ、５ｂ…円板状マスク（輪帯状の照明用フィルタ）
６…コリメータレンズ、  ７…コンデンサレンズ
８ａ、８ｂ…ハーフミラー、  ８’ａ…偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
８′ａ、８′ｂ、８′ｃ…ダイクロイックミラー
９…対物レンズ、  １０ａ…対物レンズの瞳、  １０ｂ…１０ａと共役な瞳
１１…収束レンズ、  １２、１２ａ、１２ｂ、３０８…イメージセンサ
１３…ズームレンズ、  １４…光量調整用フイルタ
１５ａ、１５ｂ…Ａ／Ｄ変換器、  １６…遅延メモリ、  １７…比較回路
１８…欠陥出力、  １９…移動機構、  ２０…ＣＰＵ
２１…エッジ検出器、  ２４、２４′…ランプハウス、  ２５…ドライバ
２６…コントローラ、  ２７ａ、２７ｂ…モニタ
３８…減衰フィルタ（光量制御用フィルタ）、  ３９…移動機構
５１…λ／４板、  ３０２、３２０、３２５…ダイクロイックミラー
３０３…第２の対物レンズ、  ３０９…空間フィルタ
３１５…自動フォーカス用パターン、  ３１６…波長選択フィルタ
３１７…切換え用ミラー、  ３１９…視野絞り、ＴＶ１…画像観察明視野用テレビカメラ
ＴＶ２…画像観察暗視野用テレビカメラ
ＴＶ３（１２ｂ）…瞳観察明視野用テレビカメラ（イメージセンサ）
ＴＶ４…瞳観察暗視野用テレビカメラ
Ｌ１…Ｈｇ−Ｘｅランプ光源、  Ｌ２…Ｘｅランプ、  Ｌ３…半導体レーザ
Ｌ３、３０４〜３０７…異物検出用暗視野照明光学系
Ｓ１…センサ、  Ｓ２…センサ。
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年4月12日(2006.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の照明光を対物レンズを通して被検査対象物上に形成されたパターンの第１の領域に集光して照射し、第２の照明光を前記対物レンズの外側から前記パターンの第１の領域に斜め方向から照射し、前記第１の照明による前記パターンの第１の領域からの反射光のうち前記対物レンズの瞳内に入射した反射光による光学像を第１の撮像手段で撮像し、前記第２の照明による前記パターンの第１の領域からの回折光のうち前記対物レンズの瞳内に入射した回折光による光学像を第２の撮像手段で撮像し、前記第１の撮像手段で撮像して得た第１の画像信号を処理した結果と前記第２の撮像手段で撮像して得た第２の画像信号を処理した結果に基づいて前記パターンの第１の領域の欠陥を検出することを特徴とするパターンの欠陥検査方法。
【請求項２】
第１の波長の照明光を対物レンズを通して被検査対象物上に形成されたパターンの第１の領域に集光して照射し、該第１の波長の照明光の照射による前記パターンの第１の領域からの反射光のうち前記対物レンズの瞳内に入射した反射光による光学像を第１の撮像手段で撮像し、該第１の撮像手段で撮像して得た画像信号を処理して前記パターンの第１の領域の第１の欠陥情報を得、第２の波長の照明光を前記対物レンズの外側から前記パターンの第１の領域に斜め方向から照射し、該第２の波長の照明光の照射による前記パターンの第１の領域からの回折光のうち前記対物レンズの瞳内に入射した回折光による光学像を第２の撮像手段で撮像し、該第２の撮像手段で撮像して得た第２の画像信号を処理して前記パターンの第１の領域の第２の欠陥情報を得、前記得られた第１の欠陥情報と第２の欠陥情報とを用いて前記パターンの第１の領域の欠陥を検出することを特徴とするパターンの欠陥検査方法。
【請求項３】
前記第２の照明による前記パターンの第１の領域からの回折光のうち前記対物レンズの瞳内に入射した回折光による光学像の一部を空間フィルタで遮光し、該空間フィルタで遮光されなかった光学像を第２の撮像手段で撮像することを特徴とする請求項１または２に記載のパターンの欠陥検査方法。
【請求項４】
第１の照明光を発射する第１の光源手段と、該第１の光源手段から発射された照明光を対物レンズを通して被検査対象物上に形成されたパターンの第１の領域に集光して照射する第１の照明手段と、第２の照明光を発射する第２の光源手段と、該第２の光源手段から発射された照明光を前記第１の照明手段の対物レンズの外側から前記パターンの第１の領域に斜め方向から照射する第２の照明手段と、前記第１の照明手段の照明による前記パターンの第１の領域からの反射光のうち前記対物レンズの瞳内に入射した反射光による光学像を形成する第１の光学像形成手段と、該第１の光学像形成手段で形成した光学像を撮像する第１の撮像手段と、前記第２の照明手段の照明による前記パターンの第１の領域からの回折光で前記対物レンズの瞳内に入射した回折光のうち前記パターンからの回折光を遮光した残りの回折光による光学像を形成する第２の光学像形成手段と、該第２の光学像形成手段で形成した光学像を撮像する第２の撮像手段と、前記第１の撮像手段で撮像して得た第１の画像信号と前記第２の撮像手段で撮像して得た第２の画像信号とを処理して前記パターンの第１の領域の欠陥を検出する画像処理手段とを備えたことを特徴とするパターンの欠陥検査装置。
【請求項５】
第１の波長の照明光を発射する第１の光源手段と、該第１の光源手段から発射された照明光を対物レンズを通して被検査対象物上に形成されたパターンの第１の領域に集光して照射する第１の照明手段と、該第１の照明手段の第１の波長の照明光の照射による前記パターンの第１の領域からの反射光のうち前記対物レンズの瞳内に入射した反射光による光学像を形成する第１の光学像形成手段と、該第１の光学像形成手段で形成した光学像を撮像する第１の撮像手段と、該第１の撮像手段で撮像して得た画像信号を記憶しておいた参照画像信号と比較して前記パターンの第１の領域の第１の欠陥情報を得る第１の画像処理手段と、第２の波長の照明光を発射する第２の光源手段と、該第２の光源手段から発射された照明光を前記第１の照明手段の対物レンズの外側から前記パターンの第１の領域に斜め方向から照射する第２の照明手段と、該第２の照明手段の第２の波長の照明光の照射による前記パターンの第１の領域から発生する回折光で前記対物レンズの瞳内に入射した回折光のうち前記パターンからの回折光を遮光した残りの回折光による光学像を形成する第２の光学像形成手段と、該第２の光学像形成手段で形成した光学像を撮像する第２の撮像手段と、該第２の撮像手段で撮像して得た第２の画像信号を予め記憶しておいた閾値と比較して前記パターンの第１の領域の第２の欠陥情報を得る第２の画像処理手段と、前記第１の画像処理手段により得られた前記第１の欠陥情報と前記第２の画像処理手段により得られた前記第２の欠陥情報とを用いて前記パターンの第１の領域の欠陥を検出する欠陥検出手段とを備えたことを特徴とするパターンの欠陥検査装置。
【請求項６】
前記第２の光学像形成手段は、前記第２の照明手段からの照明光の照射による前記パターンの第１の領域から発生する回折光で前記対物レンズの瞳内に入射した回折光のうち前記パターンからの回折光を空間フィルタで遮光し、該空間フィルタを透過した回折光による光学像を形成することを特徴とする請求項４または５に記載のパターンの欠陥検査装置。