(57)【要約】【課題】照明光を短波長化しないで、繰り返しピッチの微細化に対応できる検査装置を提供する。【解決手段】被検査基板２０を照明するための発散光束を射出する光源手段Ｌｓと、発散光束を、その光束の主光線が所定の入射角を有するように入射して、被検基板に導く照射部材３５と、被検基板からの光を集光し、被検基板の像を結像する結像手段３６、３７と、結像された像を撮像する撮像手段３９と、光源手段から照射部材に至る光路中に設けられた第１の偏光板３４と、結像手段から撮像手段に至る光路中に設けられた第２の偏光板３８と、第１の偏光板と第２の偏光板との少なくとも一方を光軸と垂直な面内で回動させる回動手段と、回動手段による複数の回動位置における撮像手段により得られる画像により被検査基板の表面の欠陥を検出する検出手段１５とを備える。【選択図】  図１
2006250843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査基板を照明するための発散光束を射出する光源手段と、
前記発散光束を、その光束の主光線が所定の入射角を有するように入射して、前記被検基板に導く照射部材と、
前記被検基板からの光を集光し、前記被検基板の像を結像する結像手段と、  前記結像された像を撮像する撮像手段と、
前記光源手段から前記照射部材に至る光路中に設けられた第１の偏光板と、
前記結像手段から前記撮像手段に至る光路中に設けられた第２の偏光板と、
前記第１の偏光板と前記第２の偏光板との少なくとも一方を光軸と垂直な面内で回動させる回動手段と、
前記回動手段による複数の回動位置における前記撮像手段により得られる画像により前記被検査基板の表面の欠陥を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記回動手段は、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とがクロスニコルの状態になる位置に回動可能であることを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
被検査基板を照明するための発散光束を射出する光源手段と、
前記発散光束を、その光束の主光線が所定の入射角を有するように入射して、前記被検基板に導く照射部材と、
前記被検基板からの光を集光し、前記被検基板の像を結像する結像手段と、  前記結像された像を撮像する撮像手段と、
前記光源手段から前記照射部材に至る光路中に設けられた第１の偏光板と、
前記結像手段から前記撮像手段に至る光路中に設けられ、前記第１の偏光板とクロスニコルの状態になるように配置された第２の偏光板と、
前記被検基板を、前記照射部材によって照明される領域に対して、前記被検基板の表面と平行な方向に相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による複数の移動位置における前記撮像手段により得られる画像により前記被検査基板の表面の欠陥を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の基板表面の検査を行う表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路素子等の製造工程におけるウエハの表面に形成された繰り返しパターンの欠陥の検査装置として、従来から、回折を利用したものが知られている。回折を利用した装置では、パターンのピッチによりステージのチルト角の調整が必要になる。また、より微細なパターンへの対応のためには照明光の波長の短波長化が必要である。
【特許文献１】特開平１０−２３２１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、繰り返しピッチの微細化（すなわち配線パターンなどのライン・アンド・スペースの微細化）に対応するために、照明光の短波長化を行おうとすると、光源の種類が限定され、高価で大掛かりな光源となってしまう。また、更に照明系や受光系を構成する光学素子の材料も高価なものに限定され、好ましくない。
【０００４】
本発明の目的は、照明光を短波長化しなくても、確実に繰り返しピッチの微細化に対応できる表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題の解決のため請求項１の発明は、
被検査基板を照明するための発散光束を射出する光源手段と、
前記発散光束を、その光束の主光線が所定の入射角を有するように入射して、前記被検基板に導く照射部材と、
前記被検基板からの光を集光し、前記被検基板の像を結像する結像手段と、  前記結像された像を撮像する撮像手段と、
前記光源手段から前記照射部材に至る光路中に設けられた第１の偏光板と、
前記結像手段から前記撮像手段に至る光路中に設けられた第２の偏光板と、
前記第１の偏光板と前記第２の偏光板との少なくとも一方を光軸と垂直な面内で回動させる回動手段と、
前記回動手段による複数の回動位置における前記撮像手段により得られる画像により前記被検査基板の表面の欠陥を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２の発明は、
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記回動手段は、前記第１の偏光板と前記第２の偏光板とがクロスニコルの状態になる位置に回動可能であることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項３の発明は、
被検査基板を照明するための発散光束を射出する光源手段と、
前記発散光束を、その光束の主光線が所定の入射角を有するように入射して、前記被検基板に導く照射部材と、
前記被検基板からの光を集光し、前記被検基板の像を結像する結像手段と、  前記結像された像を撮像する撮像手段と、
前記光源手段から前記照射部材に至る光路中に設けられた第１の偏光板と、
前記結像手段から前記撮像手段に至る光路中に設けられ、前記第１の偏光板とクロスニコルの状態になるように配置された第２の偏光板と、
前記被検基板を、前記照射部材によって照明される領域に対して、前記被検基板の表面と平行な方向に相対移動させる移動手段と、
前記移動手段による複数の移動位置における前記撮像手段により得られる画像により前記被検査基板の表面の欠陥を検出する検出手段と
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、照明光を短波長化しなくても、繰り返しピッチが微細化された基板の検査に対応できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施形態の表面検査装置の構成を示す図である。図１において、表面検査装置は、被検基板である半導体ウエハ２０を支持するステージ１１と、アライメント系１２と、照明光学系１３と、受光光学系１４と、画像処理装置１５とで構成されている。表面検査装置は、半導体回路素子の製造工程において、半導体ウエハ２０の表面の検査を自動的に行う装置である。半導体ウエハ２０は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウエハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ１１に吸着される。
【００１０】
図１において、ランプハウスＬＳの内部には、不図示のハロゲンランプやメタルハライドランプ、水銀ランプなどの光源と、波長選択フィルタ、光量調整用のＮＤフィルタ等が内蔵されており、一部の波長の光のみが照明光Ｌ１として抽出され、ライトガイドファイバ３３に入射している。照明光学系1３はライトガイドファイバ３３と偏光板３４と凹面反射鏡３５とで構成されている。ライトガイドファイバ３３から射出された発散光束である照明光Ｌ１は球面形状の凹面反射鏡３５によりほぼ平行な光に変換され、ステージ１１上に載置されたウエハ２０を照明する。
【００１１】
ライトガイドファイバ３３の射出部付近には偏光板３４が配置されていて、ライトガイドファイバ３３から射出された照明光Ｌ１を直線偏光にする。偏光板３４によって直線偏光となった光は、凹面反射鏡３５によってコリメートされ、直線偏光のコリメート光がウエハ２０を照明する。
【００１２】
スループットを向上させるためには、ウエハ面全面の画像を一括で取ることが極めて有利であるので、本実施形態では、上述のように、光源からの光束を拡大して、凹面反射鏡３５によりコリメートし、ウエハ全面を照明できる構成となっている。
【００１３】
ウエハ２０に入射した直線偏光のコリメート光Ｌ１はウエハ表面で反射されて、受光光学系１４に入射する。受光光学系１４は、凹面反射鏡３６と偏光板３８と集光レンズ３７とで構成されている。ウエハ２０で反射された光束Ｌ２は、凹面反射鏡３６に入射して集光作用を受ける。凹面反射鏡３６で反射した集光光束は、偏光板３４とはクロスニコルの関係に配置された偏光板３８を経て、結像レンズ３７によりウエハ２０の表面と共役な位置に配置された撮像素子３９の撮像面上にウエハ２０表面の像を形成する。
【００１４】
半導体ウエハ２０の表面には、図２に示すように、複数のチップ領域２１がＸＹ方向に配列され、各チップ領域２１の中に繰り返しパターン２２が形成されている。繰り返しパターン２２のライン部の配列方向(Ｘ方向)を「繰り返しパターン２２の繰り返し方向」という。
【００１５】
また、本実施形態では、繰り返しパターン２２に対する照明光の波長と比較して繰り返しパターン２２のピッチＰが十分小さいとする。このため、繰り返しパターン２２から回折光が発生することはない。本実施形態における欠陥検査の原理は、本出願人がすでに出願した特願2003-366255号に記載されているので、ここでは原理に関しては詳しく説明しない。
【００１６】
ステージ１１の表面には、上述のパターンが形成されたウエハ２０が載置され、真空吸着等により固定保持される。さらに、ステージ１１はステージ回転機構１６によってステージ面に直交する所定の回転軸周りに回転可能に構成されている。このステージ回転機構１６により、ウエハ２０を照明する光束Ｌ１の直線偏光の振動面に対するウエハ２０表面の形成された繰り返しパターンの長手方向とのなす角度を任意の角度に設定することができる。
【００１７】
また、図１の表面検査装置において、凹面反射鏡３５と凹面反射鏡３６との間には、ステージ１１に載置されたウエハ２０の表面に形成されたパターンの向きを検知するためのアライメント系１２が配設され、予め設定された光束Ｌ１の直線偏光の振動面と繰り返しパターン２２の長手方向Ｙとのなす角度を検知して、ステージ回転機構１６により照明光学系１３及び受光光学系１４に対する繰り返しパターンの長手方向Ｙの向きを調整することができる。
【００１８】
アライメント系１２は、ステージ１１が回転しているときに、半導体ウエハ２０の外縁部を照明し、外縁部に設けられた外形基準（例えばノッチ）の回転方向の位置を検出し、所定位置でステージ１１を停止させる。その結果、半導体ウエハ２０の繰り返しパターン２２の繰り返し方向（図２のＸ方向）を、後述の照明光の入射面３Ａ（図３参照）に対して、４５度の角度に傾けて設定することができる。
【００１９】
本実施形態では、直線偏光の光束Ｌ１がＰ偏光である。つまり、図４(ａ)に示すように、直線偏光Ｌ１の進行方向とベクトルの振動方向とを含む平面（直線偏光Ｌ１の振動面）が、直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)内に含まれる。直線偏光Ｌ１の振動面は、凹面反射鏡３５の前段に配置された偏光板３４の透過軸により規定される。
【００２０】
本実施形態では、半導体ウエハ２０に入射する直線偏光Ｌ１がＰ偏光（図４(ａ)）であるため、図５に示す通り、半導体ウエハ２０の繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)に対して４５度の角度に設定された場合、半導体ウエハ２０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図５のＶ方向）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度も、４５度に設定される。
【００２１】
換言すると、直線偏光Ｌ１は、半導体ウエハ２０の表面における振動面の方向（図５のＶ方向）が繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)に対して４５度に傾いた状態で、繰り返しパターン２２を斜めに横切るような状態で、繰り返しパターン２２に入射する。
【００２２】
このような直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン２２との角度状態は、半導体ウエハ２０の表面全体において均一である。なお、４５度を１３５度,２２５度,３１５度の何れかに言い換えても、直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン２２との角度状態は同じである。また、図５の振動面の方向(Ｖ方向)と繰り返し方向(Ｘ方向)との成す角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン２２の欠陥検査の感度を最も高くするためである。
【００２３】
そして、上記の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン２２を照明すると、繰り返しパターン２２から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する（図１,図４(ｂ)）。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)内に含まれ、ステージ１１の法線１Ａに対して直線偏光Ｌ１の入射角度等しい角度だけ傾いた方向である。なお、上記の通り、繰り返しパターン２２のピッチＰが照明波長と比較して十分小さいため、繰り返しパターン２２から回折光が発生することはない。
【００２４】
次に、受光光学系１４の説明を行う。受光系１４は、図１に示すように、凹面反射鏡３６と結像レンズ３７と偏光板３８と撮像素子３９とで構成されている。
凹面反射鏡３６は、上記した照明光学系１３の凹面反射鏡３５と同様の反射鏡であり、楕円偏光Ｌ２を反射して結像レンズ３７の方に導き、結像レンズ３７と協働して撮像素子３９の撮像面に集光する。
【００２５】
ただし、結像レンズ３７と凹面反射鏡３６との間には、偏光板３８が配置されている。偏光板３８の透過軸の方位は、上記した照明光学系１３の偏光板３４の透過軸に対して直交するように設定されている（クロスニコル(直交ニコル)の状態）。したがって、偏光板３８により、楕円偏光Ｌ２の図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３に相当する偏光成分のみを抽出して、撮像素子３９に導くことができる。その結果、撮像素子３９の撮像面には、図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３に相当する偏光成分による半導体ウエハ２０の反射像が形成される。
【００２６】
撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、撮像面に形成された半導体ウエハ２０の反射像を光電変換して、画像信号を画像処理装置１５に出力する。半導体ウエハ２０の反射像の明暗は、図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３の大きさに略比例し、半導体ウエハ２０の反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン２２が理想的な形状の場合である。なお、半導体ウエハ２０の反射像の明暗は、ショット領域ごとに現れる。
【００２７】
画像処理装置１５は、撮像素子３９から出力される画像信号に基づいて、半導体ウエハ２０の反射画像を取り込む。なお、画像処理装置１５は、比較のため、良品ウエハの反射画像を予め記憶している。良品ウエハとは、繰り返しパターン２２が理想的な形状で表面全体に形成されたものである。良品ウエハの反射画像の輝度情報は、最も高い輝度値を示すと考えられる。
【００２８】
したがって、画像処理装置１５は、被検基板である半導体ウエハ２０の反射画像を取り込むと、その輝度情報を良品ウエハの反射画像の輝度情報と比較する。そして、半導体ウエハ２０の反射画像の暗い箇所の輝度値の低下量に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。例えば、輝度値の低下量が予め定めた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判断すればよい。
【００２９】
上記したように、本実施形態の表面検査装置によれば、直線偏光Ｌ１を用い、図５の振動面の方向(Ｖ方向)が繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)に対して傾いた状態で、繰り返しパターン２２を照明すると共に、正反射方向に発生した楕円偏光Ｌ２のうち、図４(ｃ)の偏光成分Ｌ３の大きさに基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出するため、照明波長と比較して繰り返しパターン２２のピッチＰが十分小さくても、確実に欠陥検査を行うことができる。つまり、照明光である直線偏光Ｌ１を短波長化しなくても、確実に繰り返しピッチの微細化に対応できる。
【００３０】
次に、凹面反射鏡３５に入射し、反射した光束の偏光状態について説明する。
図１において、凹面反射鏡３５に関して、凹面反射鏡に入射する直線偏光Ｌ１の主光線ＡＸ１を含み凹面反射鏡の光軸Ｏ35に平行な平面が、凹面反射鏡に入射する直線偏光Ｌ１の入射面である。一方、ライトガイドファイバ３３の開口数に応じて発散された照明光Ｌ１は上述のように偏光板３４で所定の直線偏光に変換され、発散光束の主光線ＡＸ１は凹面反射鏡３５の光軸Ｏ35に対してずれた部位に入射する所謂軸外しの光学系となっている。
【００３１】
従って、凹面反射鏡３５に入射する光線は、凹面反射鏡３５に対して垂直ではない。このためFrenelの反射の式に従って、偏光のＰ成分とＳ成分との間に透過率の差が発生し、その結果偏光面の回転が発生する。
【００３２】
例えば、偏光板３４により、この入射面に対して平行な振動面（Ｐ偏光）を有する直線偏光が生成されるとする。この場合、主光線ＡＸ１と光軸Ｏ３５とで形成される入射面を基準入射面とすると、光軸Ｏ３５を含み前記入射面に対して垂直な面と凹面反射鏡３５との交点付近においては、偏光面の回転は起こらないが、凹面反射鏡３５の他の部位では回転が起こる。偏光の振動面は、凹面反射鏡３５の面内のうち基準入射面を挟んで線対称に回転する。この回転量は凹面反射鏡の光軸Ｏ35から離れた部位ほど大きい。これは、凹面反射鏡３５に入射する発散光束が、凹面反射鏡３５の光軸Ｏ35からずれた位置から入射するため、図１において、凹面反射鏡３５に入射する光束の最も左側の光は最も入射角度が小さく、最も右側の光は最も入射角度が大きくなるような傾斜を有するからである（入射角度は入射光と、凹面反射鏡面の法線との角度である）。
【００３３】
このように凹面反射鏡に対する光の入射角度が面内で異なる（傾斜を有する）ため、面内で偏光面の回転にわずかの差が生じ、クロスニコルでの消光比のムラが発生する。
さらに、受光光学系１４で発生する消光比のムラについて説明する。図１において、凹面反射鏡３６に関して、凹面反射鏡３６から射出する直線偏光Ｌ２の主光線ＡＸ２を含み凹面反射鏡の光軸Ｏ36に平行な平面が、凹面反射鏡３６から射出する直線偏光Ｌ２の入射面を基準入射面である。一方、ウエハ２０を反射した平行光束Ｌ２は、凹面反射鏡３６のうち光軸Ｏ36から外れた部位に入射して収束作用を受けるので、受光光学系１４は、所謂軸外しの光学系となっている。
【００３４】
凹面反射鏡３６から射出する収束光束の偏光面の回転は、前述の照明光学系１３の場合と同様である。凹面反射鏡３６において、凹面反射鏡３６の面内のうち、前記基準入射面を挟んで線対称に、偏光の振動面が回転する。この回転量は凹面反射鏡の光軸Ｏ36から離れた部位ほど大きい。これは、凹面反射鏡３６を射出する収束光束Ｌ２が、凹面反射鏡３６の光軸Ｏ36からずれた位置から射出するため、図１において、凹面反射鏡３６から射出する光束の最も右側の光は最も入射角度が小さく、最も左側の光は最も射出角度が大きくなるような傾斜を有するからである（入射角度は入射光と、凹面反射鏡面の法線との角度である）。このように凹面反射鏡に対する光の射出角度が面内で異なる（傾斜を有する）ため、面内で偏光面の回転にわずかの差が生じ、クロスニコルでの消光比のムラが発生する。
【００３５】
本実施形態のように、クロスニコルに配置した２枚の偏光板３４、３８によって、構造複屈折による偏光の変化を検出する場合は、このような、装置に起因する僅かの偏光の乱れがノイズとなり検出精度を劣化させる。
【００３６】
このような、傾斜を有して分布する微小な偏光面の回転による、照明光の面内での偏光面の回転ムラを解消するために、本実施形態では、偏光板３４あるいは偏光板３８を回動させることによって、クロスニコル領域を移動させる構成とした。
【００３７】
図６は、偏光板３４あるいは３８の支持部材の構成を示す図である。偏光板３４あるいは３８は、環状の支持部材４０、４２によって固定されている。支持部材４０、４２は、重ね合わされているが、その結合部には、環状の回転要素部材４１が設けられ、この回転要素部材４１を介して支持部材４０、４２は結合されている。偏光板３４あるいは３８は、支持部材４０に固着されており、支持部材４０は、回転要素部材４１に沿って、支持部材４２に対して回動可能である。モータ４３の回転軸４３ａに取付けられた歯車４４は、支持部材４０の外周部に設けられた歯車の歯と噛み合うように設置されている。モータ４３を駆動することにより、歯車４４を回動させると、それに伴って支持部材４０も回動する。このような構成により、モータ４３を駆動制御することによって、偏光板３４あるいは３８を回動させることができる。回動量は、エンコーダなどによりモニタできるようになっており、所望の回動量に設定することができる。このような偏光板を回動させる構成は、偏光板３４、偏光板３８の少なくとも一方に設ければよいが、両方の偏光板に設けてもよい。
【００３８】
偏光板３４あるいは３８を回動させて、２つの偏光板のクロスニコル領域を移動させることによって、前述のような偏光面の回転の位置に変化が生じ、消光比のムラが発生する位置も変化する。本実施形態においては、偏光板３４あるいは３８を回動させて、消光比のムラを変化させた状態で画像を複数回取得し、それらを合成することによって、ムラを低減した画像を得る。
【００３９】
図７は、偏光板３４あるいは３８を回動させることによる、消光比のムラの変化を示す図である。図７（ａ）は、偏光板３４と偏光板３８とがクロスニコルの関係に配置されている状態で、ベアウエハ（表面に何も処理が施されていないウエハ）をステージ１１上に載置した場合に撮像素子３９で撮像される像を示している。このベアウエハは、表面にパターンが形成されていないので、直線偏光Ｌ１はベアウエハに照射されても楕円偏光成分が発生しない。したがって、理論的には、直線偏光Ｌ１と偏光方向が同一の光束が偏光板３８に入射することになり、偏光板３８を透過する偏光成分はなく、撮像素子３９には光が入射しないことになる。しかしながら、前述のように、凹面反射鏡３５，３６で偏光面が回転することにより、撮像素子３９にはその偏光面が回転した部分の偏光成分が入射して、その部分が明るく見えることになる。図７（ａ）において、黒い帯状領域５１ａと、領域５１ａより明るく見える領域５１ｂ、５１ｃがある。領域５１ｂ、５１ｃは、偏光面が回転した部分である。このように明るさにムラ（消光比のムラ）ができている。
【００４０】
図７（ｂ）は、偏光板３４（あるいは偏光板３８）を一方向に角度θ１だけ回動させた場合の、撮像素子３９で撮像される像を示している。図７（ａ）と比べて、偏光板３４（あるいは偏光板３８）を回動させることにより、黒い帯状領域５１ａの位置が移動する。このとき、図７（ａ）の領域５１ｃの部分に、黒い帯状領域５１ａが移動する角度θ１を探せばよい。図７（ｂ）で示す状態が、その状態である。
【００４１】
図７（ｃ）は、偏光板３４（あるいは偏光板３８）を図７（ｂ）の場合とは逆の方向にθ２だけ回動させた場合の、撮像素子３９で撮像される像を示している。図７（ａ）と比べて、偏光板３４あるいは偏光板３８を回動させることにより、黒い帯状領域５１ａの位置が図７（ｂ）とは逆方向に移動する。このとき、図７（ａ）の領域５１ｂの部分に、黒い帯状領域５１ａが移動する角度θ２を探せばよい。図７（ｃ）で示す状態が、その状態である。
【００４２】
以上で得られた３つの画像を合成することにより、黒い帯状領域５１ａが全面に分布した画像を得ることができる。したがって、図７（ｄ）に示すように、消光比のムラが低減された画像を得ることができる・
画像処理装置１５は、以上のようにして得られた角度θ１、θ２を記憶しておく。そして、検査対象のウエハ２０を検査する場合、まず、図７（ａ）と同様に、偏光板３４と偏光板３８とがクロスニコルの関係に配置されている状態で撮像して画像を得る。次に、図７（ｂ）と同様に、偏光板３４（あるいは偏光板３８）を角度θ１だけ回動させた状態で撮像して画像を得る。次に、図７（ｃ）と同様に、偏光板３４（あるいは偏光板３８）を角度θ２だけ図７（ｂ）の場合とは逆方向に回動させた状態で撮像して画像を得る。そして、得られた３つの画像を合成することにより、消光比のムラが低減された画像を得る。
【００４３】
以上のように、本実施形態によれば、偏光板３４（あるいは偏光板３８）を回動させて、複数回ウエハ２０を撮像してそれらの画像を合成することにより、凹面反射鏡３５，３６による光束の断面方向での偏光面の回転量の傾斜による画像の明るさのムラを補正することができる。そのため、ウエハの欠陥検出の検出精度を劣化させることがない。
【００４４】
次に、本発明の別の実施形態による表面検査装置について説明する。本実施形態の表面検査装置の構成は、図１と同様であるが、偏光板３４あるいは偏光板３８には前述の実施形態のように、回転させるための支持部材はなく、偏光板３４と偏光板３８とがクロスニコルの関係に配置されている状態で固定されている。ステージ１１は、ウエハ２０をウエハ２０の表面に対して平行な方向に移動可能な構成となっている。これは、いわゆるＸＹ方向に移動可能なＸ−Ｙステージであり、公知のステージで実現可能である。
【００４５】
図８は、ステージ１１を移動させてウエハ２０をウエハ２０表面に対して平行な方向に移動させた場合の、ウエハ２０面と消光比のムラとの関係を示す図である。
図８（ａ）は、照明光学系１３による照明領域の中心と、ステージ１１の中心とをほぼ一致させた状態で、ベアウエハをステージ１１上に載置した場合に撮像素子３９で撮像される像を示している。この状態は、図７（ａ）と同様の状態である。図７（ａ）と同様の理由で、黒い帯状領域５１ａと、領域５１ａより明るく見える領域５１ｂ、５１ｃがある。領域５１ｂ、５１ｃは、偏光面が回転した部分である。このように明るさにムラ（消光比のムラ）ができている。
【００４６】
図８（ｂ）は、ステージ１１を移動させることにより、ウエハの像を右下方向に移動させた状態を示している。照明光学系１３、受光光学系１４は固定されているので、黒い帯状領域５１ａの位置は変化しない。ウエハが移動したため、ウエハ面と黒い帯状領域５１ａとの位置関係が変化し、ウエハ上では、図８（ａ）での領域５１ｂの部分に、黒い帯状領域５１ａが来ることになる。
【００４７】
図８（ｃ）は、ステージ１１を図７（ｂ）の場合とは反対方向に移動させることにより、ウエハの像を左上方向に移動させた状態を示している。照明光学系１３、受光光学系１４は固定されているので、黒い帯状領域５１ａの位置は変化しない。ウエハが移動したため、ウエハ面と黒い帯状領域５１ａとの位置関係が変化し、ウエハ上では、図８（ａ）での領域５１ｃの部分に、黒い帯状領域５１ａが来ることになる。
【００４８】
以上で得られた３つの画像を合成することにより、黒い帯状領域５１ａが全面に分布した画像を得ることができる。したがって、図８（ｄ）に示すように、消光比のムラが低減された画像を得ることができる・
画像処理装置１５は、図８（ｂ）、図８（ｃ）のときのステージの移動量をそれぞれ記憶しておく。検査対象のウエハ２０を検査する場合、まず、図８（ａ）と同様のステージ１１の位置で撮像して画像を得る。次に、ステージ１１を移動させ、図８（ｂ）と同様の位置で撮像して画像を得る。次に、ステージ１１を移動させ、図８（ｃ）と同様の位置で撮像して画像を得る。そして、得られた３つの画像を合成することにより、消光比のムラが低減された画像を得る。
【００４９】
以上のように、本実施形態によれば、ステージ１１を移動させて、複数回ウエハ２０を撮像してそれらの画像を合成することにより、凹面反射鏡３５，３６による光束の断面方向での偏光面の回転量の傾斜による画像の明るさのムラを補正することができる。そのため、ウエハの欠陥検出の検出精度を劣化させることがない。
【００５０】
なお、上記の実施形態では、図７、図８に示すように、３回の撮像により得た画像を合成することとしたが、何回撮像すればよいかは、黒い帯状領域５１ａの大きさによって決めればよい。黒い帯状領域５１ａが大きい場合は、２回の撮像による画像を合成してもよいし、黒い帯状領域５１ａが小さい場合は、４回以上の撮像による画像を合成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態による表面検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】半導体ウエハ２０の表面の外観図である。
【図３】直線偏光Ｌ１の入射面(３Ａ)と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との傾き状態を説明する図である。
【図４】直線偏光Ｌ１と楕円偏光Ｌ２の振動方向を説明する図である。
【図５】直線偏光Ｌ１の振動面の方向（Ｖ方向）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との傾き状態を説明する図である。
【図６】偏光板３４あるいは３８の支持部材の構成を示す図である。
【図７】偏光板３４あるいは３８を回動させることによる、消光比のムラの変化を示す図である。
【図８】ステージ２０を移動させてウエハ２０を移動させた場合の、ウエハ２０面と消光比のムラとの関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１：ステージ、１２：アライメント系、１３：照明光学系、１４：受光光学系、１５：画像処理装置、１６：ステージ回転機構、２０：半導体ウエハ、２１：チップ領域、２２，２５，２６：繰り返しパターン、３３：ライトガイドファイバ、３４，３８：偏光板、３５，３６：凹面反射鏡、３７：結像レンズ、３９：撮像素子、４０、４２：支持部材、４１：回転要素部材、４３：モータ、４４：歯車、Ｌ１：照明光、Ｌ２：反射光、ＬＳ：ランプハウス。
【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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