(57)【要約】【課題】光学式欠陥検査装置または光学式外観検査装置で検出した欠陥を電子顕微鏡等で詳細に観察する装置において、観察対象の欠陥を確実に電子顕微鏡等の視野内に入れることができ、かつ装置規模を小さくできる装置を提供する。【解決手段】光学式欠陥検査装置または光学式外観検査装置で検出した欠陥を観察する電子顕微鏡5において、欠陥を再検出する光学顕微鏡14を搭載し、この光学顕微鏡14で暗視野観察する際に瞳面に分布偏光素子及び空間フィルタを挿入する構成とする。光学式欠陥検査装置または光学式外観検査装置で検出した欠陥を観察する電子顕微鏡5において、欠陥を再検出する光学顕微鏡14を搭載し、この光学顕微鏡14で暗視野観察する際に瞳面に分布フィルタを挿入する構成とする。【選択図】図１
2011106974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、
前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、
を有する欠陥検出装置であって、
前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、波長板、空間フィルタ、偏光子のいずれか若しくはこれらの組み合わせによって構成されるものであることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項３】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光の偏光方向と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御する分布を有する波長板であることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項４】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高くなるように偏光方向を揃える波長板と直線偏光子との組み合わせよりなることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項５】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高くなるように偏光方向を揃える波長板と分布偏光子との組み合わせよりなることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項６】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、１／２波長板、１／４波長板、１／２波長板と１／４波長板の組み合わせ、液晶、磁気光学変調子、フォトニック結晶、１／４波長板と液晶の組み合わせ、１／４波長板と磁気光学変調子の組み合わせ、のいずれかで構成される波長板であることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、直線偏光素子と磁気光学変調子の組み合わせ、直線偏光素子と波長板の組み合わせ、偏光素子と磁気光学変調子の組み合わせ、偏光素子と波長板の組み合わせ、のいずれかによって構成される散乱光遮光部を有する空間フィルタであることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項８】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高い偏光を選択的に透過させる偏光透過軸を有する偏光子であることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項９】
請求項１記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタは、前記被検査物表面の凹凸による散乱光に対する前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える位相シフタであることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタの少なくとも一つは、前記検出光学系の瞳面又はその近傍、若しくは、前記対物レンズと前記被検査物との間に配置されることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至９のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記分布フィルタの少なくとも一つは、交換可能な機構を有することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１２】
請求項１乃至９のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記対物レンズは、前記分布フィルタの少なくとも一つが埋め込んであることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１３】
請求項１乃至９のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記検出光学系の瞳面に液晶または磁気光学変調子を挿入し、偏光透過軸方向分布を変更可能な制御機構を有することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１４】
請求項１乃至９のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記被検査物が鏡面である場合はＰ偏光された光を前記被検査物に対して１０°程度の仰角で入射させることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
前記照明光学系に用いるレーザは、可視光レーザ、紫外光レーザ、真空紫外光レーザのいずれかを用いることを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれかに記載の欠陥検出装置であって、
さらに、前記対物レンズの焦点合わせに必要となる高さ情報を得るための光学式高さセンサを有することを特徴とする欠陥検出装置。
【請求項１７】
被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、を有する欠陥検出装置と、
前記欠陥検出装置によって得られた前記被検査物表面の欠陥又は異物の位置情報に基づいて位置合わせを行い、前記欠陥又は異物を観察する電子顕微鏡と、
を備えた欠陥観察装置であって、
前記欠陥検出装置の前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項１８】
請求項１７記載の欠陥観察装置であって、
前記分布フィルタは、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸からの散乱光を除去し、前記散乱光のうち前記被検査物表面の異物または欠陥からの散乱光を選択的に透過させる構成の分布偏光素子または空間フィルタまたは偏光素子であること特徴とする欠陥観察装置。
【請求項１９】
請求項１７記載の欠陥観察装置であって、
前記分布フィルタは、波長板、波長板と偏光素子の組み合わせ、波長板と偏光素子と空間フィルタとの組み合わせ、のいずれかであることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２０】
請求項１７記載の欠陥観察装置であって、
前記分布フィルタは、分布波長板、分布波長板と偏光素子の組み合わせ、分布波長板と偏光素子と空間フィルタの組み合わせ、のいずれかであることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２１】
被検査物の表面を照明する照明光により前記被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、前記第１のセンサが取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査方法であって、前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、前記検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリングステップと、前記照明光モニタリングステップと前記検出系モニタリングステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光モニタリングステップは正反射光を利用して前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【請求項２３】
請求項２１に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光モニタリングステップは前記被検査物の検査面となるステージ上で前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【請求項２４】
請求項２１に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光はレーザを光源とした照明系によって生成され、前記照明光モニタリングステップにて前記照明光生成過程の光線の計測結果から検査面上での前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を推定することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【請求項２５】
請求項２１に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記検出系モニタリングステップは前記被検査物の検査面となるステージ上に置かれた特性が既知の反射型光学素子にスポット光を斜方照明し得られた前記散乱光を前記第２のセンサにより検出することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【請求項２６】
請求項２１に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記検出系モニタリングステップは前記被検査物の検査面となるステージ上に置かれた点光源と特性が既知の透過型光学素子を用いることで得られる所定の光を前記第２のセンサにより検出することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【請求項２７】
請求項２１に記載の暗視野欠陥検査方法において、
前記照明光モニタリングステップ及び前記検出系モニタリングステップの検出結果の経時変化を記録し、統計処理により装置の異常を判断する装置異常確認ステップを更に含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【請求項２８】
請求項２１に記載の暗視野欠陥検査方法において、
更に、前記照明光モニタリングステップ及び前記検出系モニタリングステップの検出結果と前記理想値を同時に表示する検出結果出力ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体パターン無しベアウェハ、若しくは半導体パターン無し膜付ウェハ等の表面、またはディスクの表面の欠陥等を検査する欠陥検出方法・欠陥検出装置及びこれを備えた欠陥観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスの製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物又はショートや断線などのパターン欠陥（以下、欠陥と記述するが異物やパターン欠陥を含むものとする）が存在すると、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、ウェハ上に形成する回路パターンの微細化に伴い、より微細な欠陥がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊原因にもなる。これらの欠陥は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置の内部で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど、種々の原因により種々の状態で混入される。このため、製造工程中で発生した欠陥を検出し、欠陥の発生源をいち早く突き止め、不良の作り込みを食い止めることが半導体デバイスを量産する上で重要になる。
【０００３】
従来、欠陥の発生原因を追究する方法には、まず、欠陥検査装置で欠陥位置を特定し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等で該欠陥を詳細に観察及び分類し、データベースと比較して欠陥の発生原因を推定する方法があった。
【０００４】
ここで、欠陥検査装置とは、半導体基板の表面をレーザで照明し、欠陥からの散乱光を暗視野観察して欠陥の位置を特定する光学式欠陥検査装置や、ランプ又はレーザ、または電子線を照射して、半導体基板の明視野光学像を検出して、これを参照情報と比較することにより半導体基板上の欠陥位置を特定する光学式外観検査装置やＳＥＭ式検査装置である。この様な観察方法に関しては、特許文献１又は２に開示されている。
【０００５】
また、ＳＥＭで欠陥を詳細に観察する装置に関しては、特許文献３、特許文献４及び特許文献５にそれぞれ、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いてＳＥＭ式の欠陥検査装置に装着された光学顕微鏡で試料上の位置を検出して他の検査装置で検出して得た欠陥の位置情報を修正した上でＳＥＭ式の欠陥観察装置で欠陥を詳細に観察（レビュー）する方法およびその装置、並びにＳＥＭ式の欠陥観察装置で欠陥を観察するときに、試料表面の高さを光学的に検出して試料表面をＳＥＭの焦点位置に合わせる事が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２７０１４４号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２６９７号公報
【特許文献３】米国特許第６４０７３７３号公報
【特許文献４】特開２００７−７１８０３号公報
【特許文献５】特開２００７−２３５０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光学式の欠陥検査装置を用いて半導体基板表面の欠陥を検出する場合、検査のスループットを上げるために、半導体基板表面を暗視野照明するためのレーザビームのスポットサイズを大きくして半導体基板表面を走査して照射している。このため、半導体基板表面を走査するレーザビームスポットの位置から求める位置座標の精度は、大きな誤差成分を含んでしまう。
【０００８】
このような大きな誤差成分を含んだ欠陥の位置情報に基づいてＳＥＭを用いて欠陥を詳細に観察しようとすると、光学式の欠陥検査装置よりも遥かに高い倍率で観察するＳＥＭの視野の中に、観察したい欠陥が入らない場合がある。このような場合、ＳＥＭの視野内に見たい欠陥の画像を入れるために、ＳＥＭの視野内を移動させながら欠陥を探すことになるが、そのための時間がかかってしまい、ＳＥＭ観察のスループットが低下する原因になってしまう。
【０００９】
そこで、本発明の目的の一つは、光学式の欠陥検査装置又は光学式外観検査装置で検出した欠陥をＳＥＭを用いて詳細に観察する場合において、光学式の欠陥検査装置又は光学式外観検査装置で検出した微細欠陥を高感度で検出し、確実にＳＥＭの観察視野内に入れることができ、かつ、装置規模を小さくできる欠陥観察装置を提供することにある。
【００１０】
また、近年のLSI製造においては、高集積化のニーズに対応した回路パターンの微細化により、ウェハ上に形成される配線パターンの幅は縮小している。一方、配線の導電率を確保するために、配線パターンの高さは高くなっている。
【００１１】
これに対応して、光学式欠陥検査装置も検出すべき欠陥の寸法も微細化が求められている。このような中、光学式欠陥検査装置では、検査用対物レンズの高NA（Numerical Aperture：開口数）化や光学的な超解像技術の開発が進められているが、検査用対物レンズの高NA化は物理的限界に達しているため、検査に用いる光の波長をUV光やDUV（Deep UV：深紫外）光の領域へ短波長化していくのが本質的なアプローチである。
【００１２】
しかし、LSIデバイスには主に高密度の繰返しパターンで形成されるメモリ製品や、主に非繰返しパターンで形成されるロジック製品などがあり、検査対象となるパターンの構造が複雑かつ多様化している。このため、LSIデバイス製造時に管理が必要な欠陥（ターゲット欠陥）を確実に見つけ出すことが困難となっている。検出が望まれているターゲット欠陥としては、各製造プロセス中に発生する異物やエッチング後の回路パターンの形状不良に加え、CMP工程ではボイドやスクラッチがある。さらに、ゲート配線やアルミニウム等の金属配線部では配線パターン間のショート（ブリッジとも言う）がある。特に、配線パターン間のショートは、配線パターンに比べて高さが低いものが多く、検出が困難であるという課題がある。
【００１３】
また、多層配線のLSIデバイスにおいては、前記のターゲット欠陥の微細化に加え、欠陥が発生している場所の下地パターンも多様化しているため、さらに検出が困難となっている。特に、絶縁膜等の透明膜（ここでは、照明波長に対して透明という意味）が最表面に露出している工程では、透明膜の微小な膜厚差による干渉光の強度ムラが光学ノイズとなる。そのため、干渉光の強度ムラの影響を低減しつつ、ターゲット欠陥を顕在化するという課題がある。また、LSIを安定に製造するためには、LSIデバイスの不良状況を正確に管理する必要があり、そのためにはLSI基板を全数検査することが望ましい。  従って、前記ターゲット欠陥を短時間で検出するという課題がある。
【００１４】
そこで、本発明の他の目的は、ウェハ上の多様な欠陥を高速、高感度に検出する欠陥検出装置および方法、並びにこれを搭載した欠陥観察装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記いずれかの目的を達成するために、本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を観点に説明すれば次の通りである。
（１）被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、を有する欠陥検出装置であって、前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥検出装置である。
（２）被検査物の表面に対して斜方よりレーザを照射する照明光学系と、前記照射されたレーザによる前記被検査物からの散乱光を対物レンズで集光し、固体撮像素子に結像する検出光学系と、を有する欠陥検出装置と、前記欠陥検出装置によって得られた前記被検査物表面の欠陥又は異物の位置情報に基づいて位置合わせを行い、前記欠陥又は異物を観察する電子顕微鏡と、を備えた欠陥観察装置であって、前記欠陥検出装置の前記検出光学系は、前記散乱光のうち前記被検査物表面の凹凸による散乱光と前記被検査物表面の異物又は欠陥による散乱光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択する分布フィルタを有することを特徴とする欠陥観察装置である。
（３）被検査物の表面を照明する照明光により前記被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、前記第１のセンサが取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査方法であって、前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、前記検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリングステップと、前記照明光モニタリングステップと前記検出系モニタリングステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば光学式欠陥検出装置で検出した欠陥をＳＥＭ等で詳細に観察する場合において、観察対象の欠陥を確実にＳＥＭ等の観察視野内に入れることができるようになり、ＳＥＭ等を用いた欠陥の詳細検査のスループットをあげることができる。また、装置を安価かつ小規模で構成することができる。
または、基板上の多様な欠陥を高速、高感度に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態における欠陥観察装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態において、暗視野照明ユニットの詳細を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態において、光学式高さ検出装置の詳細を示す図である。
【図４】本発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡の詳細を示す図である。
【図５】本発明の第1の実施形態において、分布偏光素子を切り替える機構の詳細を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態において、分布偏光素子を切り替える機構の別の例を詳細に示す図である。
【図７】本発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡瞳面１１２に挿入される分布偏光素子の透過軸の分布方向の例を示した図である。
【図８】本発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡瞳面１１２に挿入される空間フィルタの形状の例を示す図である。
【図９】本発明の第1の実施形態において、分布偏光素子および空間フィルタの光学特性を決定する為に行った散乱光シミュレーションの説明をする図である。
【図１０】本発明の第1の実施形態において、分布偏光素子および空間フィルタの光学特性を決定する為に行った散乱光シミュレーション結果の例を示す図である。
【図１１】本発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡瞳面１１２に挿入される分布偏光素子の透過軸の分布方向の例を示した図である。
【図１２】本発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡瞳面１１２に挿入される、分布偏光素子と空間フィルタを一基板上に形成した例を示す図である。
【図１３】本発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡の暗視野観察で取得された欠陥の位置ずれ量算出画像を示す図である。
【図１４】本発明の第1の実施形態において、欠陥観察の手順を示す図である。
【図１５】本発明の第３及び第４の実施形態において、Z位置算出の手順を示す図である。
【図１６】本発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡の第二の構成例の詳細を示す図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態において、光学顕微鏡の第三の構成例の詳細を示す図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態における、欠陥観察装置の構成の一例を示す図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態における、欠陥観察装置の構成の一例を示す図である。
【図２０】本発明の第４の実施形態における、欠陥観察装置の構成の一例を示す図である。
【図２１】散乱光シミュレーションを用い得た基板表面からの散乱光強度の偏光毎の強度分布及び異物からの散乱光強度の偏光毎の強度分布の例を示す図である。
【図２２】本発明の第一の実施形態における光学顕微鏡の瞳面１１２付近に位相シフタを適用した一例を示す図である。
【図２３】瞳面１１２付近に位相シフタを適応した場合のラジアル偏光の変化を説明する図である。
【図２４】瞳面１１２の分割の一例及び８分割し、その領域毎に異物散乱光と基板表面散乱光の比を散乱光シミュレーションより求め、異物散乱光と基板表面散乱光の比が大きい偏光方向を選択した分布偏光子の一例を示す図である。
【図２５】本発明の第一の実施形態における光学顕微鏡の瞳面１１２付近に波長板を適用した一例を示す図である。
【図２６】瞳面１１２付近に波長板を適応した場合の偏光の変化を説明する図である。
【図２７】本発明の第一の実施形態における光学顕微鏡の瞳面１１２付近に液晶を用いた偏光方向制御装置を配置した例を示す図である。
【図２８】偏光方向制御装置による偏光方向の変化を説明する図である。
【図２９】液晶を用いた偏光方向制御装置について説明する一例を示す図である。
【図３０】電圧を印加しない際旋光性をもち電圧印加によって旋光性が失われる偏光方向制御装置の一例を示す図である。
【図３１】配向膜のラビングによって偏光方向を制御することのできる液晶を用いた偏光方向制御装置の一例を示す図である。
【図３２】本発明の第一の実施形態における光学顕微鏡の瞳面１１２付近に透明磁性体を用いた偏光方向制御装置を配置した例を示す図である。
【図３３】透明磁性体を用いた偏光方向制御装置の一例を示す図である。
【図３４】散乱光シミュレーションから異物散乱光と基板表面散乱光の比を導出し、その比がある閾値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比がある閾値より小さい領域を遮光した偏光子とマスクの組み合わせによる分布フィルタの例を示す図である。
【図３５】瞳面１１２を分割しその領域毎に異物散乱光と基板表面散乱光の比を散乱光シミュレーションより求め、異物散乱光と基板表面散乱光の比が大きい偏光方向を選択し、更にその比がある閾値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板分布偏光子の一例を示す。
【図３６】本発明の第５の実施形態における、欠陥観察装置の欠陥検出装置の構成例を示す図である。
【図３７】パターン起因の散乱光を除外する目的で瞳面１１２付近に配置する空間フィルタの例を示す図である。
【図３８】本発明の第５の実施形態にかかる制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図３９】本発明の第５の実施形態にかかる欠陥観察装置におけるモニタリング処理手順を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について適宜図面を用いて詳細に説明する。
【００１９】
図１に、本発明の実施の形態における欠陥観察装置の構成の一例を示す。本実施形態の欠陥観察装置は、半導体デバイス等の基板（ウェハ）上に回路パターンを形成するデバイス製造工程において、製造工程中に発生する欠陥を観察する装置であって、被検査対象のウェハ１、この試料を搭載する試料ホルダ２、この試料ホルダ２を移動させて試料１の全面を顕微鏡の下に移動可能なステージ３、被検査ウェハ1を詳細観察する電子顕微鏡（以下ＳＥＭと記述）５、電子顕微鏡５の焦点を試料１の表面に合わせる為の光学式高さ検出システム（以下Ｚセンサと記述）４、試料１の欠陥を光学的に再検出して試料１上の欠陥の詳細位置情報を取得する光学顕微鏡１４、光学顕微鏡１４の焦点を合わせる為のＺセンサ７、電子顕微鏡５と光学顕微鏡１４の対物レンズ１０５を収納する真空漕６、電子顕微鏡５およびＺセンサ４およびＺセンサ７および高さ制御機構１０６および固体撮像素子１１１を制御する制御部１０、ユーザーインターフェース１１、データベース１２、光学式欠陥検査装置等の上位システムへ接続するネットワーク１３で構成されている。
【００２０】
さらに、光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、暗視野照明ユニット１０１より出射されたレーザを真空槽へ導きかつ試料１表面上での照明位置を制御する落射ミラー１０２、真空封し窓１０３、ミラー１０４、試料１よりの散乱光を採光するまたは明視野観察をする為の対物レンズ１０５、対物レンズの高さ制御機構１０６、真空封し窓１０７、明視野観察に必要な照明を導入するハーフミラー１０８、明視野光源１０９、試料１の像を固体撮像素子へ結像させる結像光学系１１０、固体撮像素子１１１、分布偏光素子および空間フィルタ切り替え機構４０１（図５参照）を備えて構成されている。また、ステージ３、Ｚセンサ４および７、ＳＥＭ５、ユーザーインターフェース１１、データベース１２、高さ制御機構１０６、固体撮像素子１１１は制御システム１０と接続され、制御システム１０はネットワーク１３を介して上位のシステム（図示せず）と接続されている。
【００２１】
以上のように構成される欠陥観察装置において、特に、光学顕微鏡１４は光学式欠陥検査装置（図示せず）で検出された試料１上の欠陥の位置を光学式欠陥検査装置で検出した欠陥の位置情報を用いて再検出（以下検出と記述）する機能を有し、高さ制御機構１０６とＺセンサ７は試料焦点合わせを行う焦点合わせ手段としての機能を有し、制御システム１０は顕微鏡１４で検出された欠陥の位置情報に基づいて欠陥の位置情報を補正する位置補正手段としての機能を有し、ＳＥＭ５は制御システム１０で位置情報を補正された欠陥を観察する機能を有する構成となっている。ステージ３は、被検査ウェハ１を載置して、光学顕微鏡１４で検出した欠陥がＳＥＭ５で観察できるように、光学顕微鏡１４とＳＥＭ５との間を移動する。
【００２２】
対物レンズ１０５及び高さ制御機構１０６は真空漕６内に設置されている。高さ制御機構１０６の構成としては、例えばピエゾ素子を用いて移動させる構成、又は、ステッピングモータとボールネジを用いてリニアガイドに沿ってＺ方向（結像光学系１１０の光軸１１５に沿った方向）へ移動させる構成、又は、超音波モータとボールネジを用いてリニアガイドに沿ってＺ方向へ移動させる構成などを用いることが出来る。
【００２３】
落射ミラー１０２は、図１に示すように照明光源１０１より射出された光を真空漕６に導く為に用いる。なお、落射ミラー１０２は、試料１表面上の照明位置を制御する為に、図示したミラーの長手方向に沿った軸周りと図面に垂直な軸周りの二軸で回転する機構を有してもよい。
【００２４】
以下、各部の詳細を図２〜図２０を用いて説明する。
図２は、暗視野照明ユニット１０１の詳細を示す。暗視野照明ユニット１０１は、例えば可視光レーザや紫外光レーザや真空紫外光レーザを出射する照明光源５０１、照明光の強度を調整する光学フィルタ５０２、照明光の偏光方向を調整する波長板５０３、照明光を試料１に絞るレンズ群５０７で構成されている。レンズ群５０７は、平凹レンズ５０４、アクロマートレンズ５０５、シリンドリカルレンズ５０６で構成されている。レンズ焦点距離の選択とレンズ間隔の調整により、試料１表面における照明領域を光学顕微鏡１４の視野全域から回折限界まで制御可能な機構であり、シリンドリカルレンズにより斜方照明であるが円形の照射領域が実現可能である。
【００２５】
照明光源５０１は、レーザ発振器である。レーザ発振器は例えば４０５ｎｍや４８８ｎｍ、５３２ｎｍの可視光（４００ｎｍ−８００ｎｍ）、または４００ｎｍ以下の紫外光、または２００ｎｍ以下の真空紫外光を発振するものであり、連続発振レーザやパルス発振レーザのどちらでも使用可能である。これらの選択方法としては、連続発振レーザを用いると安価で安定し、小型の装置が実現可能である。照明光源５０１の波長は上記の波長に限るものではない。感度が必要な場合は紫外光を用い、その場合は対物レンズ１０５、真空封し窓１０７、ハーフミラー１０８、結像光学系１１０が合成石英等の紫外領域対応光学素子または反射型光学素子となる。さらに感度が必要な場合は真空紫外光を用い、その場合は対物レンズ１０５、真空封し窓１０７、ハーフミラー１０８、結像光学系１１０が融解石英等の真空紫外領域対応光学素子または反射型光学素子となり、さらに顕微鏡１４における光路全体が、真空紫外線が伝播と共に吸収されることを防ぐ為に真空中または例えば窒素ガス雰囲気中に設置される。真空紫外線を伝播させることが目的なので、充満させる気体は窒素に限らない。
【００２６】
試料１の照射には、試料１が鏡面ウェハである場合はＰ偏光したレーザ光を用い、試料１の表面が金属薄膜で覆われている場合はＳ偏光したレーザ光を用いる。Ｐ偏光又はＳ偏光の直線偏光を用いるのは、より散乱光を効率よく観測し、Ｓ／Ｎのよい観測を実現する為である。すなわち、鏡面ウェハを観察する場合にＳ偏光では散乱能が悪くなり絶対的な散乱光量が減少してしまい効率が悪くなるためにＰ偏光照明が適しており、一方、金属薄膜等を観測する場合にＰ偏光照明をすると基板よりの散乱光が強くなり微小欠陥または微小異物を観測できなくなるためにＳ偏光照明が適している。
【００２７】
また、基板よりの散乱光を抑制するために、基板表面に対して１０°程度の低仰角で照明することとする。ミラー１０４は対物レンズ１０５が上下動した際にも対物レンズ１０５視野内を照明可能なように対物レンズと共に可動する機構（図示せず）を有する。または、ミラー１０４は対物レンズ１０５視野内の照明位置を変えられるように独立して可動な機構（図示せず）を有していても良い。
【００２８】
図３は、Ｚセンサ４または７を示す。Ｚセンサ４または７は、高さ測定光を出射する光源７５１、スリット７０３、照明７５１より出射された高さ測定光をスリット７０３へ集光する集光レンズ７０２、高さ測定光としてスリット７０３を透過した光の像（スリット７０３の像）を試料１の表面に結像させる結像レンズ７０４、試料１で反射してきた高さ測定光を集光する集光レンズ７０５、集光レンズ７０５で集光された高さ測定光を検出して電気信号へ変換する検出器７０６を備えて構成されている。検出器７０６で電気信号へ変換された高さ測定光の情報は制御システム１０へ送られ高さが算出される。尚、検出器７０６としては、二次元ＣＣＤ又はラインセンサ、２分割又は４分割のポジションセンサを用いる。
【００２９】
図４は、光学顕微鏡１４の詳細構成を示す。光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、落射ミラー１０２、ミラー１０４、対物レンズ１０５、高さ制御機構１０６、ハーフミラー１０８、明視野光源１０９、結像光学系１１０、固体撮像素子１１１を備えて構成される。結像光学系１１０は、対物レンズ１０５の瞳面１１２ａを取り出すレンズ１１３ａ、像を結像させるレンズ１１３ｂ、取り出した瞳面１１２ｂに挿入するフィルタ部１１４を備えて構成される。フィルタ部１１４の例としては分布偏光素子がある。本実施例においては、フィルタ部１１４に特性の異なるを分布偏光素子をホルダ４０１で複数保持して（図５に示した例では１１４ａから１１４ｄの４種類）瞳面１１２ｂに挿入する分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを切り換えることが可能な構成としている。また、高さ制御機構１０６、固体撮像素子１１１は制御システム１０と接続されている。
【００３０】
レンズ１１３ａは対物レンズ１０５の瞳面１１２を外部へ引き出して結像光学系１１０の内部に形成する為に用い、ホルダ４０２を駆動して、結像光学系１１０の内部に取り出した瞳面１１２上にホルダ４０２で保持する複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの中から選択した分布偏光素子を挿入する。ホルダ４０２は、分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの代わりに、空間フィルタまたは空間フィルタと同一基板上に形成された分布偏光素子を挿入しても良い。レンズ１１３ａ及びレンズ１１３ｂは二つ一組で、試料１の像を固体撮像素子１１１の検出面上へ結像させる。
【００３１】
ハーフミラー１０８の反射と透過の比率は任意でよい。ただし、明視野光源１０９の光強度が十分確保される場合は、欠陥からの散乱光をより多く結像光学系１１０及び固体撮像素子１１１へ導く構成とする方がよりよい。
【００３２】
明視野光源１０９はランプ、又はレーザを用いることができる。レーザを用いる場合はハーフミラー１０８をダイクロイックミラーへ交換することにより、照明を明るくし、より多くの散乱光を固体撮像素子１１１へ導くことができる。または、暗視野観察をする際には、ハーフミラー１０８を結像光学系１１０及び対物レンズ１０５の光軸１１５から外す機構（図示せず）を有してもよい。その場合はより多くの散乱光を固体撮像素子１１１へ導ける利点がある。
【００３３】
図５は、対物レンズ１０５の瞳面１１２ｂに挿入された分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを結像光学系１１０の光軸１１５上で切り替える機構４０１を示す。機構４０１は特性の異なる複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを配置するホルダ４０２、ホルダ４０２を回転させる軸ための回転駆動部４０３を備えて構成される。ホルダ４０２は、検出する微小欠陥の種類に応じて複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄのうちの何れかに切り替える機構である。一方、明視野観察をする場合には、取得画像が乱れることを回避する為にホルダ４０２の位置を分布偏光素子１１４ａから１１４ｄが設置されていない場所に設定して観察する。又は、ホルダ４０２に分布偏光素子１１４ａから１１４ｄと同厚の平行平板ガラスを設置した場所へ切り替える。分布偏光素子１１４ａから１１４ｄと同厚の平行平板ガラスを設置するのは、分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを外すと光路長が変化して固体撮像素子１１１に試料１の像が結像しなくなることを回避するためである。又は、平行平板ガラスを設置せず、像を結像させるレンズ１１３ｂ又は固体撮像措置１１１の位置を調整し、固体撮像素子１１１に結像させる機構を用いても良い。
【００３４】
図５に示した実施例では、特性の異なる複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄをホルダ４０２に設置した場合について説明したが、複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの代わりに特性の異なる複数の空間フィルタをホルダ４０２に設置してそれらを切り換えて用いるようにしても良い。空間フィルタをホルダ４０２に設置する場合で明視野観察する場合には、取得画像が乱れることを回避する為にホルダ４０２の位置を空間フィルタが設置されていない場所に設定して観察する。又は、ホルダ４０２に空間フィルタと同厚の平行平板ガラスを設置した場所へ切り替える。又は、又は、平行平板ガラスを設置せず、像を結像させるレンズ１１３ｂ又は固体撮像措置１１１の位置を調整し、固体撮像素子１１１に結像させる機構を用いても良い。
【００３５】
図６は、分布偏光素子１１４ａから１１４ｄを出し入れする機構の別の実施形態を示す。機構４１０は、分布偏光素子ホルダ４０５がスライドし分布偏光素子１１４eを結像光学系１１０の光軸１１５より出し入れする機構である。図６では分布偏光素子１１４ｅが１つの場合について示しているが、複数であっても良い。また、この実施形態においても分布偏光素子１１４eの代わりに空間フィルタを用いても良い。また、分布偏光素子１１４と空間フィルタを組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
図７（ａ）及び（ｂ）は、結像光学系１１０内部の瞳面１１２ｂに挿入する分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂの偏光特性の例を示す。１００２は瞳外周であり９００１は透過偏光軸方向である。分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂは、その直径が最低でも瞳面１１２１００２全体を覆う大きさであり、分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂの各点で透過偏光軸方向９００１が異なっている。
【００３７】
面内で透過偏光軸方向９００１が分布する分布偏光素子１１４ａ及び１１４ｂは、直線偏光子のつなぎ合わせ、又はフォトニック結晶、又はワイヤーグリッドポラライザ、又は液晶と偏光子の組み合わせによって実現される。ここで、フォトニック結晶とは光の波長以下の周期で屈折率が異なる微細構造よりなる光学素子であり、ワイヤーグリドポラライザとは導電性細線を周期的に配列して光学的異方性を持たせた偏光素子である。
【００３８】
図８（ａ）乃至（ｄ）に、フィルタ１１４として図５に例示した分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの代わりに空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄを瞳面１１２に挿入する場合の例を示す。この例においては、図５に示した切替機構４０１に、複数の分布偏光素子１１４ａから１１４ｄの代わりに形状の異なる空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄを設置する。図８（ａ）乃至（ｄ）において、１００２が瞳外周、１００３乃至１００６が遮光部である。
【００３９】
図８(ａ)に示した空間フィルタ１０００ａにおける遮光部１００３のｌ、及び図８(ｂ)に示した空間フィルタ１０００ｂにおける遮光部１００４のθ及びφの値は、散乱光シミュレーションあるいは実測によって求められる散乱光強度分布を基にして決定する。
【００４０】
透過偏光軸方向９００１および空間フィルタ形状のｌまたはθ及びφの値の決定方法の一例を、図９及び図１０を用いて説明する。
初めに、分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの透過偏光軸方向９００１を決定する上で必要となる散乱光シミュレーションと用語を図９を用いて説明する。散乱光シミュレーションは、試料１に斜め上方より照明光であるレーザを照明し、試料１上に置かれた微小異物または微小欠陥より散乱された光を結像光学系の試料１に最も近い光学素子の試料１に最も近い表面での、散乱光の強度分布と偏光分布を計算するというものである。散乱光の偏光は、入射面と平行な偏光をP偏光とし、Ｐ偏光と垂直方向の偏光をＳ偏光とする。また、以降、強度分布または偏光分布を求めた面の中で、照明光入射７００の側半分を入射側、残り半分を射出側と呼ぶ。
【００４１】
次に分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの偏光透過軸分布ｈ（ｒ，θ）および空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの遮光領域ｇ（ｒ，θ）を決定する方法について述べる。
【００４２】
初めに、散乱光シミュレーションによって高感度で検出したい微小欠陥または微小異物よりの散乱光強度分布ｆｓ（ｒ，θ）及び散乱光のＰ偏光の分布ｐｓｐ（ｒ，θ）とＳ偏光の分布ｐｓｓ（ｒ，θ）、および基板表面の微小凹凸よりの散乱光強度分布ｆＮ（ｒ，θ）及び散乱光のＰ偏光の分布ｐＮｐ（ｒ，θ）とＳ偏光の分布ｐＮＳ（ｒ，θ）、を求める。
【００４３】
分布偏光素子１１４の偏光透過軸方向分布ｈ（ｒ，θ）は、基板表面の微小凹凸よりの散乱光を最も遮断する偏光軸分布、すなわち（数１）のΠを最小化するｈ（ｒ，θ）、または微小欠陥または微小異物よりの散乱光を最も透過させる偏光軸分布、すなわち（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）、または基板表面の微小凹凸よりの散乱光を遮断し微小欠陥または微小異物よりの散乱光を透過させる偏光軸分布、すなわち（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）として決定される。
【００４４】
【数１】
2011106974.tif 000003
【００４５】
【数２】
2011106974.tif 000004
【００４６】
【数３】
2011106974.tif 000005
一方、空間フィルタの遮光領域ｇ（ｒ，θ）を決定する方法は、例えば（数４）に示したΨを最大化するように遮光領域ｇ（ｒ，θ）を最適化するという方法である。
【００４７】
【数４】
2011106974.tif 000006
より簡単に、基板表面の微小凹凸よりの散乱光が強い領域を遮光する分布をもつ空間フィルタとする方法、または基板表面の微小凹凸よりの散乱光が強い領域を遮光する分布をもつ空間フィルタと直線偏光子を組み合わせる方法もある。
【００４８】
次に分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄの偏光透過軸方向分布及び空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの遮光特性の決定方法について、散乱光シミュレーション結果の例を挙げて具体的に説明する。
図１０（ａ）乃至（ｆ）に散乱光シミュレーションによって算出された、被検査ウェハ１の表面の微小凹凸及び微小粒子であるpolystyrene latex（以降、ＰＳＬと記述）よりの散乱光偏光分布の一例を示す。
【００４９】
図１０(ａ)は３０ ｎｍＰＳＬによる散乱光（照明波長４００ｎｍ）のＰ偏光の分布を、図１０(ｂ)は３０ｎｍＰＳＬによる散乱光のＳ偏光の分布を、図１０(ｃ)は被検査ウェハ１の表面凹凸よりの散乱光のＰ偏光分布を、図１０(ｄ)は被検査ウェハ１の表面凹凸よりの散乱光のＳ偏光分布を、図１０(ｅ)はＰＳＬよりの散乱光と被検査ウェハ１の表面凹凸よりの散乱光の比（以降、Ｓ／Ｎと記述）のＰ偏光分布を、図１０(ｆ)はＳ／ＮのＳ偏光分布を示す。
【００５０】
図１０(ａ)及び図１０(ｂ)より、ＰＳＬによる散乱光は照明光入射７００側と照明射出７０１側の瞳面１１２外周部でＰ偏光が強く、その直角方向瞳面１１２外周部でＳ偏光が強いことがわかる。一方、図１０(ｃ)および図１０(ｄ)より、被検査ウェハ１の表面凹凸により発生する散乱光は、照明入射７００の側ではＰ偏光が強く、照明入射側７００の方向±４５°方向ではＰ偏光とＳ偏光が同強度であり４５°偏光であることがわかる。また、図１０(ｃ)および図１０(ｄ)より照明射出７０１側においては被検査ウェハ１の表面凹凸により発生する散乱光は微弱であることがわかる。
【００５１】
図１０(ａ)ないし図１０(ｄ)より算出したＳ／Ｎを図１０(ｅ)および図１０(ｆ)に示す。図１０(ｅ)はＰ偏光のＳ／Ｎを示し、図１０(ｆ)はＳ偏光のＳ／Ｎを示す。
【００５２】
被検査ウェハ１の表面凹凸からの散乱光を遮断する偏光透過軸方向９００１の分布を持つ構成の分布偏光子１１４は、例えば図１０(ｃ)および図１０(ｄ)より、図７(ａ)及び図７(ｂ)に例示したように決定することができる。図７(ａ)および図７(ｂ)は分布偏光子１１４の偏光透過軸方向９００１の分布形状を例示したものであり、１００２が分布偏光子の縁を示し、９００１は偏光透過軸方向を示している。照明光の入射面と瞳面１１２の交線上及びその近傍ではＳ偏光透過であり、照明入射７００の方向に対して±４５°傾いた方向では、４５°偏光透過であり、瞳面１１２の照明出射７０１の側ではＰ偏光透過であり、瞳中央部及び照明入射と直角方向の瞳周辺部ではＳ偏光透過分布となる。また、ＰＳＬからの散乱光を最大限に採光するための偏光透過軸方向９００１の分布形状は、図１０(ａ)および図１０(ｂ) に示した散乱光分布特性に基づいて決定され、例えば、図１１に示すような瞳面１１２外周に平行な同心円状の偏光透過軸方向９００１となる。
【００５３】
また、被検査ウェハ１表面の微小凹凸からの散乱光に占める微小欠陥又は微小異物からの散乱光成分の比率が高い偏光を透過させる偏光透過軸方向９００１の分布形状は、図１０(ｅ)および図１０(ｆ)より決定することができ、例えば、照明出射７０１の側の瞳外周部のＰ偏光のみを透過させるような偏光透過軸方向９００１の分布形状となる。
【００５４】
なお、検出する微小異物または微小欠陥の形状や大きさや屈折率等の光学的性質によって散乱光の強度分布および偏光分布が異なる為、結像光学系瞳面１１２に挿入する分布偏光素子の偏光分布は図７(ａ)及び図７(ｂ)及び図１１に示した偏光透過軸方向９００１の分布形状に限るものではない。
【００５５】
空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの形状の一例を図８(ａ)乃至図８(ｄ)に示す。空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの直径dは瞳直径以上であれば良く、空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの中心は結像光学系１１０の光軸１１５に一致するように配置され、遮光部１００３乃至１００６が含まれる。図８(ａ)は暗視野照明の入射方向７００に対して略直角方向に遮光部１００３の端がある空間フィルタ１０００ａであり、図８(ａ)の例ではl ＜ ｄ／２であり、瞳内の入射側一部を遮光する構成である。図８(ａ)に示した空間フィルタ１０００ａは、図１０(ｃ)に示した被検査ウェハ１の表面微小凹凸により発生した散乱光のＰ偏光を遮光する為に用いることができ、略ｌ＝ｄ／２とすることにより被検査ウェハ１の表面微小凹凸により発生する散乱光のＰ偏光およびＳ偏光の両方を遮光する空間フィルタとして機能する。ただし、観測対象である微小欠陥または微小異物の形状や大きさまたは測定で必要とする感度によってはｌ ＞ ｄ／２とした空間フィルタを用いてもよい。例えば、図１０(ｅ)に示したようにＳ／Ｎの高い部分を選択的に検出したい場合は、ｌはほぼ０．８ｄとなる。
【００５６】
図８(ｂ)は、瞳内部で方位角φ頂角θの扇形の領域を遮光する遮光部１００４を有する空間フィルタ１０００ｂの例を示す。図８(ｂ)の空間フィルタ１０００ｂは、瞳面１１２の中心（結像光学系１１０の光軸１１５）に遮光部１００４の扇形の頂点を合わせているが、必ずしも遮光部１００４の頂点が結像光学系１１０の光軸１１５と一致している必要は無い。図８(ｂ)に示した空間フィルタ１０００ｂは、図１０ (ｃ)に示した被検査ウェハ表面微小凹凸による散乱光のＰ偏光のみを遮光する空間フィルタの一例である。なお、観測対象である微小欠陥または微小異物の形状や大きさまたは測定で必要とする感度によって角度θは決定され、０°＜θ＜３６０°の間で任意に選択可能である。
【００５７】
また、図８(ｃ)に示すように、瞳内に島状の遮光部分１００５を有する空間フィルタ１０００ｃであってもよい。または、図８(ａ)ないし図８(ｃ)に示した空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｃとを複数組み合わせた形状の遮光部１００６を有する空間フィルタ１０００ｄを用いても良い。
【００５８】
瞳面１１２ｂに挿入される空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄの遮光部分１００３乃至１００６には、例えば黒色ツヤ消し表面処理を施された金属板等の遮光板、又は偏光素子と液晶の組み合わせ、又はデジタルミラーアレイにより構成される。
【００５９】
瞳面１１２ｂに挿入される分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄのうちの何れかと空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄのうちの何れかを同一基板に形成してもよく、その一例を図１２（ａ）に複合フィルタ１２００として示す。図１２（ａ）に示した複合フィルタ１２００おいて、１１５は結像光学系１１０の光軸、１００１は遮光部、９００１は透過偏光軸方向を示す。図１２（ａ）に例示した、空間フィルタと分布偏光素子とを同一基板上に形成した複合フィルタ１２００は、被検査ウェハ１の表面の微小凹凸よりの散乱光のＰ偏光を遮光し、かつＰＳＬよりの散乱光を選択的に取得する偏光分布を持つ分布偏光素子の組み合わせである。これは（数３）のΩと（数４）のΨを共に最大化させる分布偏光素子の偏光透過軸分布ｈ（ｒ，θ）および空間フィルタの遮光領域ｇ（ｒ，θ）の組み合わせである。分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄのうちの何れかと空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄのうちの何れかを同一基板上に形成する方法としては、フォトニック結晶、又は偏光素子と液晶、または遮光版とワイヤーグリッドポラライザの組み合わせ等が考えられる。
【００６０】
瞳面１１２ｂに挿入される分布偏光素子１１４ａ乃至１１４ｄのうちの何れかと空間フィルタ１０００ａ乃至１０００ｄのいずれかを同時に組み合わせて用いても良く、その一例を複合フィルタ１２０１として図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示した複合フィルタ１２０１において、１１５は結像光学計１１０の光軸、１００１は遮光部、９００１は透過偏光軸方向を示す。
【００６１】
なお、検出する微小異物または微小欠陥の形状や大きさや屈折率等の光学的性質によって散乱光の強度分布が異なる為、結像光学系瞳面１１２ｂに挿入する空間フィルタの遮光特性は図８(ａ)ないし図８(ｄ)に示した形状に限るものではない。空間フィルタとしては、被検査ウェハ１の表面微小凹凸による散乱光の分布特性に合せて、この散乱光成分を遮光するような形状であれば良い。
【００６２】
図１に示した欠陥観察装置の構成における動作を説明する。まず、試料１は、図示されていないロードロック室を介して真空チャンバ６内の試料ホルダ２上へ移送される。そして、試料１は、ステージ３の制御により、光学顕微鏡１４の視野内へ移動される。この時点では試料１が光学顕微鏡の焦点位置からずれている可能性がある。試料１の高さが焦点位置からずれている場合は、光学顕微鏡１４の焦点位置に試料１が設定されるように高さ制御機構１０６を用いて対物レンズ１０５及びミラー１０４をＺ方向に移動する。Ｚ方向の移動量決定方法は後述する。
【００６３】
他の欠陥検査装置（図示せず）で検出されたウェハ１上の欠陥の位置情報を用いて、図１に示した欠陥観察装置のステージ３に載置したウェハ１上の欠陥を観察するためには、ステージ３の基準にウェハ１の基準位置を合わせるウェハアライメントを行わなければならない。このウェハアライメントは、明視野観察画像を用いて行う。明視野検出時には、明視野照明１０９より照明光を射出し、ハーフミラー１０８で反射されて対物レンズ１０５を用いて試料１へ照射される。試料１からの反射光は、結像光学系１１０を通り、固体撮像素子１１１に結像される。ここで、明視野光源１０９は例えばランプである。本実施形態の明視野観察では、結像光学系１１０に挿入されるフィルタ１１４は同厚の平行平板ガラスに切り替えられる。試料１の外形（試料１がウェハであれば例えばオリエンテーションフラットやノッチ）でアライメントを行う場合は、試料1の位置決めポイント及び外形の数点の画像を取得して処理すればよい。
【００６４】
ウェハアライメントの後、欠陥検査装置で検出された欠陥の位置情報に従って、欠陥を光学顕微鏡１４の視野内に移動し、光学顕微鏡１４の暗視野観察方法で欠陥画像を取得する。このとき、各欠陥位置において試料１の高さが光学顕微鏡１４の焦点位置より外れている場合は、後述する方法によって焦点合わせを行う。
【００６５】
ここで、暗視野観察方法について説明する。暗視野観察方法は、照明ユニット１０１より照明光を射出する。照明光はレーザ光でもランプ光でも良いが、レーザ光の方が照度を強くできるため、レーザ光を用いるのが望ましい。
【００６６】
照明ユニット１０１より射出された光は、落射ミラー１０２で反射されＺ方向へ向きを変えられ、真空封し窓１０３を通って真空漕６に導かれ、ミラー１０４によって方向を変えられて光学顕微鏡１４焦点位置にある試料１表面へ照射される。試料１で散乱された光は、対物レンズ１０５にて集光し、結像光学系１１０に導かれ、固体撮像素子１１１撮像位置に結像され、固体撮像素子１１１にて電気信号へ変換され、制御システム１０に送られる。
【００６７】
上記の光学顕微鏡１４の暗視野検出方法で取得された画像は、濃淡画像またはカラー画像として制御システム１０に蓄積される。制御システムでは、図１３のようにＳＥＭ５の視野範囲３０２の中心位置と欠陥３０２の位置ずれ量３０４ａ及び３０４ｂを算出し、該ずれ量を座標補正値として登録する。この後、座標補正値を用いて欠陥３０３がＳＥＭ５の視野３０２内に入るようにステージ３で試料１を移動し、ＳＥＭ５にて観察する。観察された欠陥の画像は制御システム１０に送信され、ユーザーインターフェース１１への表示とデータベース１２への登録、自動欠陥分類等の処理を行う。
【００６８】
欠陥観察の流れを図１４で説明する。
まず、試料１のアライメントを行う（６００１）。これは光学顕微鏡１４による明視野観察によって前述した方法によって行う。次に、予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を用いて試料１上の観察したい欠陥が光学顕微鏡１４の視野に入るようにステージ３を移動させる（６００２）。次に高さ制御機構１０６にて対物レンズ１０５を移動させて焦点合わせを行う（６００３）。
【００６９】
光学顕微鏡１４と固体撮像素子１１１にて取得した画像より欠陥を探索し（６００４）、欠陥を検出したのであれば（６００５−ＹＥＳ）、光学顕微鏡１４による欠陥検出位置と予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報との差から予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を用いてこの欠陥をＳＥＭで観察しようとしたときの欠陥に対するＳＥＭ５の視野位置のズレ量を算出する（６００６）。この算出したズレ量を基にして前記予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を補正し（６００７）、この位置情報が補正された欠陥をＳＥＭ５の視野へ移動し、観察を行う（６００８）。このとき、観察された情報は制御システム１０へ送られ、データベース１１に登録される。尚、観察すべき欠陥が多数ある場合には、そのうちの代表的な数点を抽出し、それら抽出した欠陥の予め他の欠陥検査装置によって検出された位置情報と光学顕微鏡１４で検出して得たそれぞれの欠陥の位置情報とから、予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置とＳＥＭ５の視野位置のずれ量を求める。この求めたずれ量の情報を用いて、代表的な数点以外の光学顕微鏡１４で検出しなかった欠陥についても予め他の欠陥検査装置で検出して得た位置情報を補正する。
【００７０】
次に、欠陥情報が必要でない場合は（６００９−ＮＯ）、観察終了とし（６００１０）、観察が必要である場合（６００９−ＹＥＳ）は観察したい欠陥位置情報を取得し、上述した光学顕微鏡１４へ欠陥を移動する手順へ戻り、処理を進める。なお、上述した欠陥検出手順で欠陥検出できなかった場合（６００５−ＮＯ）は、欠陥が光学顕微鏡１４の視野の外にいることが考えられるため、光学顕微鏡１４の視野周辺部を探索してもよい。周辺部を探索する場合（６０１２−ＹＥＳ）は、視野に相当する分だけ試料１を移動し（６０１１）、上述した欠陥検出手順から処理を行う。また、周辺探索をしない場合（６０１２−ＮＯ）は、手順に従って処理を進める。
【００７１】
各欠陥に対して欠陥位置の補正量を予め算出してデータベースに登録しておき、複数の欠陥又は全ての欠陥の位置補正量算出が終了した後に、ＳＥＭ５にて検察する方法もある。
【００７２】
次に、Ｚ位置の算出方法を図３で説明する。図３は、Ｚセンサ４および６の構成を示しており、光源７５１、集光レンズ７０２、スリット７０３、投光レンズ７０４、受光レンズ７０５、検出器７０６で構成される。照明光源は例えばレーザ発振器やランプであり、検出器７０６は例えばＣＣＤカメラ、ＣＣＤリニアセンサである。
【００７３】
Ｚセンサ４及び６の動作を説明する。照明光源７５１より射出された光は照明集光レンズ７０２にてスリット７０３へ照射され、投光レンズ７０４にて試料１表面へ集光される。試料１で反射された光は、受光レンズ７０５を通って検出器７０６へ集光される。Ｚ位置算出法としては、まず、試料１が基準高さにある場合の検出器７０６の光検出位置を記憶しておく。次に、高さが変化すると、検出器７０６における光検出の位置が変化するため、光検出位置の移動量と試料１の高さ変化の関係を予め測定しておくことにより、光検出位置の変化より試料１の高さを算出することができる。
【００７４】
本実施形態は、ＳＥＭを用いて観察する場合を例にして説明しているが、ＳＴＥＭ等の他の電子顕微鏡や、収束イオンビームを用いた微細加工機器、Ｘ線分析装置を用いた分析機器等、光学式観察方法よりも詳細な観察を可能とする方法及び機器に適用可能である。
【００７５】
Ｚ位置を算出する別の方法を図１５で説明する。図１５は、Ｚ位置算出手順を示している。本方法は、光学顕微鏡で取得した画像を用いる方法である。まず、Ｚ制御機構１０５を用いて対物レンズを最下点（対物レンズが最も試料に近い点）に移動させる（１１０１）。次に、検出器１０８にて画像を取得し、制御システム１０に送る（１１０２）。このとき、視野内に試料のエッジや回路パターンが入っている場合は明視野観察した画像を用いることが望ましく、該パターンが無く、エッジも無い場合は暗視野観察した画像を用いることが望ましい。画像取得後、Ｚ制御機構１０５にて対物レンズ１０４を１段階上へ移動させる（１１０３）。ここで、１段階とはＺ位置検出の分解能に係り、対物レンズ１０４の焦点深度の１/２以下が望ましい。対物レンズ１０４を移動した後、再び画像取得を行う。該Ｚ移動と画像取得は予め設定した範囲で行われるものであり、設定範囲を超えた場合は画像取得を終了し（１１０４）、Ｚ位置算出へ進む（１１０５）。
【００７６】
Ｚ位置算出処理の一例を説明する。初めに、取得した各画像の最大輝度点を探索し、その輝度と該最大輝度点を取得したＺ位置をグラフにプロットする（１１０６）。次に、グラフ１１０６における最大輝度を算出する。この際、各計測点を曲線で近似し、最大輝度点を算出することが望ましい。算出された最大輝度点のＺ位置が対物レンズ１０５の焦点が最も合っている位置となる。
【００７７】
上記Ｚ算出方法を用いる場合は、Ｚセンサ７を省略することができ、簡潔な構成となる。
【００７８】
本実施の形態における、光学顕微鏡１４の第二の構成例を図１６で説明する。光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、落射ミラー１０２、ミラー１０４、対物レンズ１０５、高さ制御機構１０６、結像光学系１１０、固体撮像素子１１１、対物レンズ回転機構１１７、液晶制御装置１１８より構成されている。結像光学系１１０は結像レンズ１１６のみで構成され、分布偏光素子１１４が対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定される構成である。
【００７９】
この場合、対物レンズ１０５の瞳面１１２ａを対物レンズ外部へ取り出すレンズ系、ハーフミラー１０８、明視野照明１０９を省略し、簡易な構成となる利点がある。
【００８０】
この場合、分布偏光素子１１４の角度調整を行う為に対物レンズ１０５を対物レンズ１０５中心軸周りで回転させる機構１１７を備えてもよい。その場合、回転機構１１７は制御システム１０と接続している。
【００８１】
本実施の形態における、光学顕微鏡１４の第三の構成例を図１７で説明する。光学顕微鏡１４は、暗視野照明ユニット１０１、落射ミラー１０２、ミラー１０４、対物レンズ１０５、高さ制御機構１０６、結像光学系１１０、固体撮像素子１１１、液晶制御装置１１８、偏光板１１９より構成されている。結像光学系１１０は結像レンズ１１６で構成され、分布偏光素子１１４として液晶素子を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成である。この場合、図１７に示すように分布偏光素子の透過偏光軸は対物レンズ外部に設けた液晶制御装置１１８と偏光板１１９の組み合わせにより制御可能であり、液晶の偏光特性を非偏光とすることで明視野観察が可能となり、偏光特性を持たせることにより高感度暗視野観察が可能となる利点がある。液晶制御装置１１８は制御装置１０と接続されている。この場合、対物レンズ回転機構１１７を省略できる利点がある。明視野観察を実施するにはハーフミラー１０８及び明視野照明１０９を用いる構成とする。
【００８２】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかる欠陥検査装置の第２の実施形態について図１８を用いて説明する。本第２の実施形態において第１の実施形態と相違する点は、ハーフミラー１０８および明視野照明１０９を配置しない点である。そのため、図１８に示す簡便な構成となる利点がある。図１８に示した構成において、図１の構成と同じ番号を付したものは図１を用いて説明したものと同様な機能を有する。
【００８３】
この場合、光学顕微鏡１４の焦点合わせは、Ｚセンサ７を用いるか、前述した光学顕微鏡１４で取得した暗視野画像を基とした画像処理にて行う。
【００８４】
この場合、光学顕微鏡１４を図１６に示すように、分布偏光素子１１４を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成としてもよい。
【００８５】
（第３の実施形態）
本発明にかかる欠陥検査装置の第３の実施形態について図１９を用いて説明する。本第３の実施形態において第１の実施形態と相違する点は、顕微鏡１４のＺセンサ７、ハーフミラー１０８、明視野照明１０９を配置しない点である。そのため、図１９に示す簡便な構成となり、また、対物レンズ１０５をより開口数の大きな対物レンズを設置する空間が確保される利点がある。図１９に示した構成において、図１の構成と同じ番号を付したものは図１を用いて説明したものと同様な機能を有する。
【００８６】
この場合、光学顕微鏡１４の焦点合わせは、Ｚセンサ４を用いるか、前述した光学顕微鏡１４で取得した暗視野画像を基とした画像処理にて行う。
【００８７】
この場合、光学顕微鏡１４を図１６に示すように、分布偏光素子１１４を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成としてもよい。
【００８８】
（第４の実施形態）
本発明にかかる欠陥検査装置の第４の実施形態について図２０を用いて説明する。本第４の実施形態において第１の実施形態と相違する点は、顕微鏡１４のＺセンサ７を配置しない点である。そのため、図２０に示す簡便な構成となり、また、対物レンズ１０５をより開口数の大きな対物レンズを設置する空間が確保される利点がある。図２０に示した構成において、図１の構成と同じ番号を付したものは図１を用いて説明したものと同様な機能を有する。
【００８９】
この場合、光学顕微鏡１４の焦点合わせは、前述した光学顕微鏡１４で取得した明視野画像または暗視野画像を基とした画像処理にて行う。
【００９０】
この場合、光学顕微鏡１４を図１６に示すように、分布偏光素子１１４を対物レンズ１０５の瞳面１１２ａに固定する構成としてもよい。
【００９１】
次に、前述の各実施形態で用いるフィルタ部１１４の代わりに配置可能な種々の分布フィルタ２２２２について、図２１乃至図３５を用いて説明する。
ここで、以下に説明する各種分布フィルタ２２２２を構成する、位相シフタ３９１の配置、波長板３３１・３３２の遅相軸と進相軸の傾き、偏光方向制御装置６６５による旋光方向、空間フィルタにおける遮光部及び偏光子の透過偏光軸方向は、先に図９を用いて説明した散乱光シミュレーション若しくは実測によって求められる散乱光強度分布を基にして決定する。
【００９２】
次に、位相シフタの配置、及び波長板の遅相軸と進相軸の傾き３３８、３３９、及び偏光方向制御装置による旋光方向７８０を決定する方法について述べる。
【００９３】
図２１（ａ）及び（ｂ）に、散乱光シミュレーションを用いて算出された、基板表面の凹凸からの散乱光の散乱光強度分布ｆＮ（ｒ，θ）、散乱光のラジアル偏光（Ｐ偏光）成分の分布ｐＮｐ（ｒ，θ）、アジマス偏光（Ｓ偏光）成分の分布ｐＮｓ（ｒ，θ）、Ｘ偏光の分布ｐＮｘ（ｒ，θ）、Ｙ偏光の分布ｐＮｙ（ｒ，θ）、と、欠陥又は異物からの散乱光の散乱光強度分布ｆｓ（ｒ，θ）、散乱光のラジアル偏光（Ｐ偏光）成分の分布ｐｓｐ（ｒ，θ）、アジマス偏光（Ｓ偏光）成分の分布ｐｓｓ（ｒ，θ）、Ｘ偏光の分布ｐｓｘ（ｒ，θ）、Ｙ偏光の分布ｐｓｙ（ｒ，θ）を示す。これらの分布は、散乱光シミュレーションによって、基板表面の微小凹凸からの散乱光のストークスベクトル及び高感度に検出したい異物からの散乱光のストークスベクトルを得、これらの得られたストークスベクトルを用いて求められる。なお、求める偏光はこれらに限られず、偏光の角度がπから−πの範囲に傾いた直線偏光でもよいし、楕円（円）偏光であってもよい。
【００９４】
図２１（ａ）は基板表面の微小凹凸よりの散乱光（照明波長４０５ｎｍ）のラジアル偏光の強度分布７７１、アジマス偏光の強度分布７７２、Ｘ偏光の強度分布７７３、Ｙ偏光の強度分布７７４を示す。また、図２１（ｂ）は、直径１８ｎｍの球状異物による散乱光のラジアル偏光の強度分布７７５、アジマス偏光の強度分布７７６、Ｘ偏光の強度分布７７７、Ｙ偏光の強度分布７７８を示す。なお、軸３９３は、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸を示す。
【００９５】
図２１の各分布において、領域７７９は散乱光強度の強い領域、領域７８０は散乱光強度がやや強い領域、領域７８１は散乱光強度のやや弱い領域、領域７８２は散乱光強度の弱い領域を示すが、これらは同分布における強度の相対的関係を示すものであり、各分布間で同一領域であっても必ずしも同一強度を示すものではない（例えば、ラジアル偏光の強度分布の領域７７９とＸ偏光の強度分布の領域７７９とは必ずしも同一の強度を示すものではない）。
【００９６】
図２１（ａ）に示す各偏光の散乱光強度分布によれば、基板表面の微小凹凸よりの散乱光は、照明入射７００側（後方散乱）で強く、後方散乱の偏光はラジアル偏光が強いことがわかる。また、図２１（ｂ）に示す各偏光の散乱光強度分布によれば、微小異物からの散乱光は、ほぼ等方的であり、ラジアル偏光が強いことが分かる。したがって、これらの結果に基づいて、適宜偏光フィルタを設定・配置することで、異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比を大きくすることができ、高Ｓ／Ｎの欠陥検出が可能となる。
【００９７】
図２２は、光学顕微鏡の瞳面１１２付近に位相シフタ３９１を適用した場合のラジアル偏光に対する一例を示す図である。ここで、異物からの散乱光の偏光方向は、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して振動方向及び強度がほぼ等しいため、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称な振動方向の光を干渉させることにより一部の光が打ち消し合っているところ、位相シフタを瞳面１１２及び瞳面付近に適用することにより、異物からの散乱光強度を強めあうことが可能となる。その他、基板表面からの散乱光強度を抑制すべく、または基板表面からの散乱光強度を抑制しかつ異物からの散乱光強度を強めあうようにすべく、位相シフタを適用することができる。
【００９８】
ここで、図２３を用いて、ラジアル偏光の光を例にとり、位相シフタの効果をより具体的に説明する。
散乱光シミュレーションの結果、図２１（ｂ）のラジアル偏光分布７７５に示されるように微小異物の散乱光がラジアル偏光に近いので、光軸に対して対称な方向では振動方向が対向し、重ね合わせによって強度低下が起こっている。その強度低下を抑制する目的で、ラジアル偏光に対して位相シフタの適用を行った。
【００９９】
図２３（ａ）は、光学顕微鏡の瞳面１１２付近に照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３を含む基板に垂直な面もしくはそれに対応する瞳面１１２上の面を境として位相差πを作る位相シフタ３９１ａを配置した場合のラジアル偏光の適用例である。図２３（ｂ）は、光学顕微鏡の瞳面１１２付近に照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３を境として図２３上の上下の領域に位相差πを作る位相シフタ３９１ｂを配置した場合のラジアル偏光の適用例である。図２３（ａ）では、あるラジアル偏光３９２ａと３９２ｂのＹ方向の成分は打ち消しあい、あるラジアル偏光３９２ａと３９２ｂの光を干渉させるとＹ方向の散乱光強度はピークが低下することが考えられる。このラジアル偏光の散乱光に対し、光学顕微鏡の瞳面１１２付近に照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３を境として図２３上の上下の領域に位相差πを作る位相シフタを配置した場合、３９２ｃと３９２ｄの状態になり、３９２ｃと３９２ｄのＹ方向の成分は強め合い、ピークを増加することができる。
【０１００】
図２３（ｂ）では、あるラジアル偏光３９２eと３９２ｆのＸ方向の成分は打ち消しあい、あるラジアル偏光３９２eと３９２ｆの光を干渉させるとＸ方向の散乱光強度はピークが低下することが考えられる。これに、光学顕微鏡の瞳面１１２付近に照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に直交する軸３９８を境として図２３上の左右の領域に位相差πを作る位相シフタを配置した場合、３９２gと３９２ｈの状態になり、３９２ｇと３９２ｈのＸ方向の成分は強め合い、干渉させたときに、ピークを増加することができる。
【０１０１】
次に、基板表面からの散乱光を抑制する効果のある分布偏光子の例について説明する。
図２１で示したように、異物からの散乱光と基板表面からの散乱光は偏光方向が異なる。この偏光の違いを利用し、散乱光シミュレーションもしくは実測値を用いて基板表面からの散乱光を抑制しかつ異物からの散乱光低下が少なくなるように透過偏光軸方向を領域ごとに適宜選択した分布偏光子を瞳面１１２上もしくは瞳面１１２付近に適用することで、異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比を大きくすることができ、高Ｓ／Ｎの欠陥検出が可能となる。
【０１０２】
具体例として、図２４に、瞳面１１２上もしくは瞳面１１２付近を分割し、それぞれの分割領域毎に図２１で示した散乱光シミュレーションの結果より基板表面からの散乱光を抑制しかつ異物からの散乱光低下が少なくなるように透過偏光軸９００１方向（図２４中の斜線）を選択した分布偏光子７４２ａ・７４２ｂ・７４４ａ・７４４ｂを示す。なお、ここで検討に使用した偏光方向は、ラジアル偏光、アジマス偏光、Ｘ偏光、Ｙ偏光であるが、これに限られない。
【０１０３】
図２４（ａ）は、瞳面１１２上もしくは瞳面１１２付近を半径方向に２分割、円周方向に４分割した７４１において、図２１に示した散乱光シミュレーションの結果に基づき、微小異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比が大きくなる透過偏光軸９００１方向を選択した分布偏光子７４２ａ・７４２ｂの例である。分布偏光子７４２ａは、照明射出側の外周側の領域９５１でラジアル偏光を、それ以外の領域でＹ偏光を透過するように透過偏光軸９００１を選択したものであり、分布偏光子７４２ｂは、照明射出側の外周側の領域９５１で±π／４傾いた直線偏光を、それ以外の領域でＹ偏光を透過するように透過偏光軸９００１を選択したものである。
【０１０４】
また、図２４（ｂ）は、瞳面１１２上もしくは瞳面１１２付近を円周方向に８分割した７４３において、図２１で示した散乱光のシミュレーションの結果に基づき、微小異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比が大きくなる透過偏光軸９００１方向を選択した分布偏光子７４４ａ・７４４ｂの例である。分布偏光子７４４ａは、分割領域９５２ａ・９５２ｂでラジアル偏光を、それ以外の領域でＹ偏光を透過するように透過偏光軸９００１を選択したものであり、分布偏光子７４４ｂは、分割領域９５２ａ・９５２ｂで±π／４傾いた直線偏光を、それ以外の領域でＹ偏光を透過するように透過偏光軸９００１を選択したものである。
【０１０５】
上記に示した分布偏光子７４２ａ・７４２ｂ・７４４ａ・７４４ｂはいずれも散乱光シミュレーション結果に基づき、基板表面からの散乱光が強い領域で散乱光を抑制しているため、高Ｓ／Ｎの欠陥検出が可能となる。なお、図２４及び前述の図７の分布偏光子は、位相シフタ３９１と組み合わせて用いてもよい。位相シフタを用いることで、分布偏光子を透過した散乱光を干渉させた際、重ね合わせによって起こる強度低下を抑制することができる。また、ここでは４分割又は８分割した例を示したが、これに限られるものではなく、散乱光分布に応じて適宜領域を適当数分割し、最適な分光偏光子を領域ごとに用いればよく、また円周方向の分割以外にも縦方向・横方向・格子状等に適宜分割しても構わない。さらに、上記で示した２種の分布偏光子の利用に限らず、３種以上を用いて構成しても構わない。
【０１０６】
次に、基板表面からの散乱光の偏光方向および異物からの散乱光の偏光方向を制御し、基板表面からの散乱光の抑制し、異物からの散乱光の強度低下を抑制しうる波長板について説明する。波長板を用いることで、散乱光の偏光方向を制御し、偏光方向を揃えることで分布偏光子を単純化することもできる。
【０１０７】
図２５は、波長板を用いた一例として、光学顕微鏡の瞳面１１２付近に分布１／２波長板３３１と分布１／４波長板３３２を適用したものである。ここで、分布１／２波長板３３１と分布１／４波長板３３２とは、この組み合わせに限られず、そのどちらか一方を用いても良いし、それぞれの配置を適宜換えてもよい。さらに、これらと位相シフタ３９１と組み合わせて用いても構わない。
【０１０８】
次に、ラジアル偏光を例に分布波長板を用いた場合の効果について説明する。
図２６は、瞳面１１２付近に波長板を適用した場合の偏光の変化を説明する図である。波長板によって電場のベクトルを制御することにより、基板散乱光を抑制し、検出したい異物散乱光を強めあうことによって、基板散乱光強度に対する異物の散乱光強度の比を大きくすることができる。
【０１０９】
具体例として、図２６（ａ）は任意の瞳面１１２上の偏光３３３aの楕円偏光に対する１／４波長板３３２の適用例である。１／４波長板３４０ａをＸ軸に対して角度３３８傾いた楕円偏光３４２ａの長軸に進相軸３９５かつ楕円偏光３４２ａの短軸に遅相軸３９４が一致するように、波長板を角度３３８傾けて１／４波長板を配置３３５ａすることで、楕円偏光３４２ａを直線偏光３４２ｂにすることができる。楕円偏光から変換した直線偏光を分布偏光子によって選択的に透過させることで、分布偏光子による異物からの散乱光量の低下を抑制することができる。
【０１１０】
図２６（ｂ）は、瞳面１１２上のラジアル偏光３３４ａに対する１／２波長板３３１の適用例である。微小異物からの散乱光７７５はラジアル偏光に近いので、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称な方向では、電場ベクトルの振動方向が対向し、重ね合わせによって強度低下が起こりうる。この強度低下を抑制するため１／２波長板３３２を適用した一例が図２６（ｂ）であり、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して角度３３７傾いた電場ベクトル３４２ｃに対して、３４１ａの状態の１／２波長板３３２を、Ｘ軸に対して角度３３７の１／２の角度３３９進相軸を傾けた１／２波長板３４１ｂを配置することで、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３と平行な電場ベクトル３４２ｄにすることができる。このように、瞳面１１２もしくは瞳面１１２付近に分布波長板３３２ａを配置することで、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称な方向での電場ベクトルの振動方向が平行になり、重ね合わせによる散乱光のピーク強度を増加させることができる。
【０１１１】
次に、図２５の１／２波長板３３１、１／４波長板３３２の代わりに液晶を用いた偏光方向制御装置６６５を配置した例について図２７、図２８を用いて説明する。液晶を用い、印加する電圧の制御もしくは配向膜に施すラビングの方向を制御することによって、水晶の結晶を用いる１／２波長板３３１や１／４波長板３３２では実現不可能な緻密な偏光方向の制御が可能となる。
【０１１２】
図２８は、偏光方向制御による電場ベクトルの変化を説明する図であり、任意の点７９０における任意の時間の電場ベクトル７６０を偏光方向制御装置６６５を用いて電場ベクトル７７０にする。ここで、電場ベクトル７６０と電場ベクトル７７０の角度差７８０を旋光角７８０とする。
【０１１３】
図２７（ａ）は、最外層６６１ａ・６６１ｂに挟まれた液晶６６３、配向膜６６２・６６６、電極６６４ａ・６６４ｂを適宜用いて構成される偏光方向制御装置６６５ａを用いた光学顕微鏡の一例を示すものであり、電極６６４ａ―６６４ｂ間に電圧を印加することによって液晶６６３中の液晶分子の並びを制御し、偏光方向の制御を行うものである。
【０１１４】
ここで、液晶とは、液体と結晶の中間の状態であり、液体の流動性と結晶の異方性を併せ持った結晶であって、液晶にはキラリティを持つ旋光性のある液晶とキラリティの無い旋光性の無い液晶がある。
キラリティを持つ液晶の場合、図２８（ｂ）に例示するように基板に接している液晶分子５３１ａは、５３２のように垂直方向に液晶分子が旋回して並んでいる。回転の方向は、液晶のキラリティによって決まる。この液晶５３５ａに光を透過させると、液晶分子のならび５３２に従って光の偏光方向が旋回し、偏光状態を変えることができる。
【０１１５】
このキラリティを持つ液晶に電圧を印加すると、水平に並んでいた液晶分子が垂直に立ち上がり５３１ｂのようになり、液晶分子が立ち上がるにつれて旋光性が失われ、液晶５３５ｂには旋光性は無い。この液晶分子の立ち上がりの角度を印加電圧の大きさによって制御することで偏光方向を変えることができる。
【０１１６】
また、配向膜に対して平行な状態から配向膜に対して垂直な状態の中間に液晶分子がある場合、液晶を通過した散乱光が、直線偏光ではなく、楕円偏光になりうる場合は１／４波長板と組み合わせることによって、液晶によって楕円偏光になった光を直線偏光にしてもよい。また、明視野観察時など旋光性が不要な時、電圧の印加または不印加によって、旋光性のＯＮもしくはＯＦＦを容易に選択できる。
【０１１７】
図２７（ｂ）は、配向膜６６２・６６６のどちらか一方もしくは、両方のラビングの方向によって、液晶６６３中の液晶分子の並びを制御し、偏光方向の制御を行う液晶を用いた偏光方向制御装置６６５ｂを使用した光学顕微鏡の一例を示す図である。ラビング方向を選択することで、緻密に得たい偏光状態を実現できる分布波長板を作成することができる。ここで、ラビング方向は、ローラにまきつけた布で配向膜をこするラビング処理の方向方向であり、ラビング方向並行に液晶分子は配列する特性を持つ。
【０１１８】
次に、電極を用いて旋光角を制御可能なキラリティのある液晶を用いた偏光方向制御装置の液晶６６３を図２９に示す。液晶に電圧を印加する電極を複数個用い、液晶のそれぞれの場所で、得たい偏光にあわせ印加する電圧を制御する。図２９（ａ）および（ｂ）は、旋光性３９６をもつ分割をしない単体の液晶６６３ａを用いた一例である。液晶６６３を分割しない場合は、２πから０もしくは０から−２πの範囲の旋光角７８０が得られるよう液晶６６３の厚みを決める。
【０１１９】
液晶に印加する電圧の一例は、微小異物からの散乱光７７５はラジアル偏光に近いので、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称な方向では、電場ベクトルの振動方向が対向し、重ね合わせによって強度低下が起こりうるので、電場ベクトルの向きを合わせる事によって異物からの散乱光のピーク強度低下を抑制するような偏光方向が得られるように電極ごとに異なる電圧を印加する。もしくは、試料表面の散乱光を弱めあうような偏光方向が得られるようにそれぞれの電極の電圧を制御する。これによって、異物からの散乱光のピーク強度に対する試料表面の散乱光のピーク強度比を大きくすることができる。
【０１２０】
また、液晶６６３をいくつかに分割し、その１つの分割された液晶ごとに電圧を印加し、液晶中の液晶分子の向きを制御し、旋光方向を制御することができる。図２９（ｃ）は、液晶を角度で２分割した例を示す。図２９（ｃ）の２分割された液晶６６３ｂ、６６３ｃの旋光制御可能角度の範囲はそれぞれπから０と０から−πでよい。図２９（ｄ）は液晶６６３を角度で４分割した例である。分割数に応じて、液晶６６３の旋光制御可能角度の最大値と組み合わせを決定する。分割することにより、分割された領域ごとに制御できるため、全体としてより緻密な旋光角度の制御が可能となる。なお、分割数・分割方法はこれに限られず、適宜設定可能である。
【０１２１】
また、液晶６６３は、単層に限られるものではなく、複数層に重ねて用いても良い。複数層重ねる際は各層毎に電圧を印加しても良いし、複数層一緒に電圧を印加しても構わない。図２９（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は、角度で２分割し、かつ２層に重ねた液晶を用いた場合を示す一例である。図２９（ｅ）は分割方法を示す。図２９（ｅ）は上層の液晶を、図２９（ｆ）は下層の液晶をそれぞれ示す。上層の液晶６６３ｉ、６６３ｈはプラス方向の旋光性３９６ｄをもった液晶を用い、下層の液晶６６３ｋ、６６３ｊはマイナス方向の旋光性３９６ｅをもった液晶を用いた例である。上層、下層ともに照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して２分割し、液晶６６３ｉ、６６３ｈ、６６３ｋ、６６３ｊ毎に異なる電圧印加ができる。例えば、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して図２９（ｃ）中の上側でプラス方向の旋光性を、かつ照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して図２９（ｃ）中の下側でマイナス方向の旋光性を得たい場合には、液晶６６３ｉ、６６３ｊに電圧を印加し、液晶６６３ｈ、６６３ｋは電圧を印加しなければよい。液晶を複数層に重ねることによって、より緻密な旋光角度の制御が可能となる。
【０１２２】
ここで、図２７（ａ）の偏光制御装置の液晶６６３は旋光性を持つ液晶を用いるため、図２７（ａ）の偏光制御装置の配向膜６６２・６６６は、共にラビング無しの配向膜を用いるか、もしくはどちらか一方にラビング無しの配向膜を用いる。
【０１２３】
旋光性３９６をもたない液晶であって１／４波長板の機能を持つよう厚みを調整した液晶を用いた偏光制御装置を用いて、ラジアル偏光をＸ偏光に変換する場合の一例を図３０に示す。微小な異物の散乱光がラジアル偏光に近いので、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称な方向では電場の振動方向が対向し、重ねあわせによって強度低下が起こり、それを抑制するために旋光性３９６をもたない液晶を用いる。
【０１２４】
この偏光制御装置の場合、液晶６６３ｍに電圧を印加しないときは、ラジアル偏光からＸ偏光に旋光方向を変えることができる一方、電圧を印加すると、旋光方向を制御することができが、ある閾値を超えると旋光性が失われる。ここでは、下部の配向膜６６６ｂに得たい旋光角が得られるようにラビングを施し、上部の配向膜６６２ｂはラビングを施さないようにして用いる。
【０１２５】
次に、液晶への電圧の印加のない、かつ配向膜へのラビング方向を得たい旋光角に選択された、液晶を用いた偏光制御装置について図３１を例にとって説明する。キラリティの無い液晶は、上部の配向膜６６２、下部の配向膜６６６のラビング方向に沿うように液晶分子が並ぶ。下部の配向膜のラビング方向と上部の配向膜のラビング方向がπ／２異なる場合の液晶分子の並び方を図３１（ａ）に示す。配向膜に沿って、液晶分子が並び、図３１（ａ）の配向膜配置の場合、π／２の旋光角が得られる。
【０１２６】
従って、上部の配向膜６６２のラビング方向と下部の配向膜６６６ラビング方向を選択することによる偏光制御装置は、分布１／２波長板の実現よりも緻密な偏光制御装置が実現できる。
【０１２７】
図３１は、配向膜６６２ａ・６６６ｃのラビング方向を得たい偏光方向に合わせ施した偏光方向制御装置の一例を示す図である。図３１（ｂ）に示すラジアル偏光をＸ偏光（図３１（ｇ））およびＹ偏光（図３１（ｈ））に変換する場合の配向膜のラビング方向を図３１（ｃ）と（ｄ）、および図３１（ｅ）と（ｆ）に示している。図３１（ｃ）を用い、ラビング方向による偏光方向の制御について説明する。微小な異物の散乱光がラジアル偏光に近いので、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称な方向では電場の振動方向が対向し、重ねあわせによって強度低下が起こり、それを抑制するために旋光性３９６をもたない液晶を用いた偏光制御装置の一例を示す。
【０１２８】
瞳面１１２上もしくは瞳面１１２付近における任意の点において配向膜６６２ａ、６６２ｂのラビング方向の傾きの差を得たい旋光角と等しくなるように配向膜６６２ａ、６６２ｂのラビング方向を決定する。
点１６０１ａにおける任意の時間の電場ベクトル３４２ｃを偏光方向制御装置６６５ｂを用いて電場ベクトル３４２ｅにする。点１６０１では、配向膜６６２ａ、６６２ｂの間のラビング方向の角度差はπ／４である。そのため、電場ベクトル３４２ｃはπ／４偏光方向が変わり、Ｘ偏光の直線偏光３４２ｅが得られる。
【０１２９】
次に、磁気光学効果を利用した偏光制御装置について説明する。
図３２は、図２５の１／２波長板３３１、１／４波長板３３２の代わりに磁気光学効果を利用した透明磁性体を用いた偏光方向制御装置を配置した例を示す。本例では、透明基板６６７・６６９に挟まれた透明磁性体６６８の磁化方向を制御することにより、ファラデー回転を用いて偏光方向を制御する。
【０１３０】
さらに、図３３は、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称に分割した透明磁性体を用いた例を示す。照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称に配置された透明磁性体６６８ａ・６６８ｂを対称の方向に磁化させることによって、照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して、対称な旋光角７８０を得ることができる。照明の入射光軸を瞳面１１２上に対応させた軸３９３に対して対称な方向での電場ベクトルの振動方向が対向し、散乱光を重ね合わせたとき欠陥の散乱光のＹ偏光の強度低下が起こるが、磁気光学効果を利用した偏光方向制御装置によって電場ベクトルの方向を一方向にそろえるように磁化方向を選択することで、散乱光のピーク強度の低下を抑制することができる。なお、磁化の方向は、瞳面１１２に対して平行でなくてもよい。また、透明磁性体の分割数は、単数でも複数でもよい。さらに透明磁性体の層数は単層に限られず、複数層を重ねて用いても構わない。
【０１３１】
また、磁化方向は、外部磁場の印加、もしくは圧電アクチュエータなどにより結晶に応力を印加、もしくは電場の印加、もしくは外部磁場の印加かつ圧電アクチュエータなどにより結晶に応力を印加することによって制御する。なお、明視野観察時など旋光性が不要な時は、応力を不印加もしくは、電場の不印加、もしくは外部磁場の不印加により、旋光性を容易に除去できる。
【０１３２】
ここで、前述の空間フィルタとしては、散乱光シミュレーションもしくは実測によって異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、その比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比がある閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせによる分布フィルタを用いてもよい。異物散乱光と基板表面散乱光の比が小さい領域を取り除くことによって、瞳面１１２全体での異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を大きくすることができる。
【０１３３】
図３４に、偏光子と遮光板の組み合わせによる分布フィルタの例を示す。
ここでは、ラジアル偏光、アジマス偏光、Ｘ偏光、Ｙ偏光のそれぞれにおいて異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、任意の比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比が任意の閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせを検討した。また、Ｘ偏光かつＹ偏光の両方において異物散乱光量と基板表面散乱光量の比が任意の閾値より大きい場合は偏光子と遮光板は無しとした。
【０１３４】
図２１を得るのに使用した散乱光シミュレーションの結果より得られた分布空間フィルタ８８１ａは、偏光子及び遮光板の無い領域８８６ａ・８８６ｂと遮光板８８５ａ・８８５ｂとＸ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子８８７ａ、Ｘ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子８８７ｂとＸ偏光を透過する透過偏光子をもつ偏光子８８８ａ・８８８ｂの組み合わせによる。
【０１３５】
また、他の分布空間フィルタである分布フィルタ８８１ｂは、図２１を得るのに使用した散乱光シミュレーションの結果より、ラジアル偏光において異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、任意の比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比が任意の閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせを検討した結果得られた分布フィルタの一例であり、遮光板８８５ｃ・８８５ｄとＸ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子８８７ｃ、Ｘ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子８８７ｄの組み合わせによる。
ここで、Ｘ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子８８７ａ、８８７ｃとＸ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子８８７ｂ、８８７ｄは放射状（ラジアル方向）に透過偏光軸を持つ偏光子を使用する方が試料表面からの散乱光量に対する欠陥からの散乱光量の比がよりよくなる。
【０１３６】
分布フィルタ８８１ｃは、図２１を得るのに使用した散乱光シミュレーションの結果より、Ｘ偏光において異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、任意の比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比が任意の閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせを検討した結果得られた分布フィルタの一例であり、遮光板８８５ｅとＸ偏光を透過する透過偏光子をもつ偏光子８８８ｃの組み合わせによる。
【０１３７】
分布フィルタ８８１ｄは、図２１を得るのに使用した散乱光シミュレーションの結果より、Ｙ偏光において異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、任意の比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比が任意の閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせを検討した結果得られた分布フィルタの一例であり、遮光板８８５ｆとＹ偏光を透過する透過偏光子をもつ偏光子８８９ａ・８８９ｂの組み合わせによる。なお、上記した偏光子と遮光板との組み合わせはこれらに限られるものではなく、散乱光分布に応じて適宜選択可能である。
【０１３８】
図２１を得るのに使用した散乱光シミュレーションの結果より、アジマス偏光において異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、任意の比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比が任意の閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせを検討した結果、閾値を超える瞳面１１２上の座標が存在しなかった。
【０１３９】
次に、瞳面１１２もしくは瞳面１１２を任意の領域に分割した偏光子と遮光板との組み合わせによる分布フィルタについて説明する。瞳面１１２もしくは瞳面１１２を任意の領域に分割することで、図３４の分布フィルタよりも容易に実現可能がある。
【０１４０】
瞳面１１２もしくは瞳面１１２を任意の領域毎にラジアル偏光、アジマス偏光、Ｘ偏光、Ｙ偏光のそれぞれにおいて散乱光シミュレーションもしくは実測によって異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、その比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比がある閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせによる分布フィルタの例を図３５に示す。
【０１４１】
ここでは、ラジアル偏光、アジマス偏光、Ｘ偏光、Ｙ偏光のそれぞれにおいて異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、任意の比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、異物散乱光と基板表面散乱光の比が任意の閾値より小さい領域を遮光した偏光子と遮光板との組み合わせを検討した。また、Ｘ偏光かつＹ偏光の両方において異物散乱光量と基板表面散乱光量の比が任意の閾値より大きい場合は偏光子と遮光板は無しとした。
【０１４２】
分布フィルタ８９０ａ・８９０ｂは瞳面１１２を半径方向に８分割し、分割した８領域毎にラジアル偏光、アジマス偏光、Ｘ偏光、Ｙ偏光のそれぞれ偏光子と遮光版とを適宜組み合わせた例である。また、分布フィルタ８９０ｃ、８９０ｄ、８９０ｅ、８９０ｆは瞳面１１２を半径方向に８分割し、円周方向に２分割し、分割した１６領域毎にラジアル偏光、アジマス偏光、Ｘ偏光、Ｙ偏光のそれぞれ偏光子と遮光板とを適宜組み合わせた例である。
【０１４３】
ここで、分布フィルタは、波長板により偏光方向を制御し、偏光子により偏光の選択を行ってもよい。波長板と偏光子を組み合わせることにより、異物からの散乱光量と基板表面からの散乱光量の比を大きくする目的で使用する偏光子の透過偏光軸方向を単純にすることができる。例えば、分布フィルタ８９０ａのラジアル偏光の光を透過する領域８８７ｅ・８８７ｆに、電場の振動方向をラジアル偏光からＹ偏光に変換するように分布１／２波長板を入れることにより、１／２波長板とＹ偏光の偏光子と遮光板の組み合わせによる分布フィルタを用いても良い。
【０１４４】
また、分布フィルタの１／２波長板の代わりに、前述した液晶を用いた偏光方向制御装置、もしくは磁気光学効果を利用した透明磁性体による偏光方向制御装置を用いてもよい。この場合、１／２波長板よりも緻密な偏光方向の制御が可能となる。また、旋光性のＯＮもしくはＯＦＦを容易に選択できる。さらに、波長板と偏光子と遮光板の組み合わせによる分布フィルタに位相シフタを組み合わせて用いても構わない。位相シフタを分布フィルタに組み合わせることで、分布フィルタを透過した散乱光を干渉させた際、重ね合わせによって起こる強度低下を抑制、かつ重ね合わせによりピーク強度を増加させることができる。もしくは、位相シフタもしくは偏光子もしくは遮光板もしくは波長板もしくはその組み合わせの機能を持ったフォトニック結晶を分布フィルタとしてもちいても良い。フォトニック結晶を用いることで、緻密な偏光選択性と偏光方向制御機能をもった分布フィルタが実現できる。
【０１４５】
検出したい異物サイズが小さくなる、もしくは空間フィルタ１１４を用いることで、もしくはその両方で異物からの散乱光強度が低下するため、微細な異物からの微弱な散乱光強度を倍増する、もしくはセンサ１１１起因のノイズを抑制するために、高感度のセンサ１１１を用いてもよい。高感度のセンサ１１１を用いることで、センサ起因のノイズに対する欠陥からの散乱光の比を大きくすることができる。  例えば、高感度のセンサ１１１は、冷却ＣＣＤカメラ（Ｃｏｏｌｅｄ ＣＣＤ Ｃａｍｅｒａ）、ＩＣＣＤカメラ（Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ ＣＣＤ Ｃａｍｅｒａ）、ＳＩＴカメラ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｅｄ ＣＣＤ Ｃａｍｅｒａ）、ＥＢ−ＣＣＤカメラ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ ＣＣＤ Ｃａｍｅｒａ）、ＥＭ−ＣＣＤカメラ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ ＣＣＤ Ｃａｍｅｒａ）などが適宜用いればよい。
【０１４６】
以上説明した各種の分布フィルタは単体若しくは適宜組み合わせて使用可能であり、前述の各実施形態の検査装置について適用できるほか、後述する実施形態の検査装置にも適宜用いることができる。
（第５の実施形態）
本発明にかかる第５の実施形態の欠陥観察装置について図３６を用いて説明する。図３６では、電子顕微鏡５等を省略し、欠陥検出装置のみ記載する。被検査物５５７の表面又は欠陥を検査する検査装置は、レーザ５５１とエキスパンダ５５２とアッテネータ５５３と偏光制御素子５５４とミラー５５５Ａ・５５５Ｂとレンズ５５６とを適宜用いて構成される照明光学系と、Ｚステージ５５８及びＸＹステージ５５９とを有するステージと、被検査物高さ計測部５６０と、対物レンズ５６１と空間フィルタ５６２と結像レンズ５６３とセンサ５６４とを適宜用いて構成される検出光学系と、信号処理部５６５と、モニタ５６７とを適宜用いて構成される。さらに、ハーフミラー５６９とセンサ５７０を用いて構成され、検出光学系の状態を計測する検出系モニタリング部５７１、また、図示しないが、照明光学系の状態を計測する照明系モニタリング部と、後述する各稼動部を制御する制御部８００と、を適宜用いて構成される。
【０１４７】
まず、照明光学系の構成について説明する。レーザ５５１は、被検査物の法線方向に対して角度を有す方向から照明光５６８を照射し、被検査物５５７の表面にスポットや線状等の所望のビームを形成する。エキスパンダ５５２は、照明光５６８を一定の倍率の平行光束に広げるものである。アッテネータ５５３は、エキスパンダ５５２通過後の照明光５６８の光量・強度を制御するための減衰器である。偏光制御素子５５４は、偏光板や波長板の回転、もしくは電圧のＯＮ・ＯＦＦ制御によって液晶の分子の向きを変え、素子に入射する光の偏光方向を切り替え、偏光状態を制御する素子である。ミラー５５５Ａ、５５５Ｂは偏光制御（電場の位相と振幅制御）後の照明光５６８を被検査物５５７に照射する際に、照射角度の調整を行うための反射鏡群である。ここでは２枚のミラーを用いた例を示したが、ミラーを用いずに構成してもよく、また１枚でも３枚以上用いて構成してもよい。レンズ５５６は、被検査物５５７に照射する直前に照射箇所に照明光５６８を収束させるためのレンズである。
【０１４８】
次に、検出光学系の構成について説明する。対物レンズ５６１は、レーザ５５１による照明光５６８の照射により被検査物５５７上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光を、被検査物５５７の法線方向（上方）から集光する対物レンズである。ここで、この暗視野欠陥検査装置により検査される半導体装置などである被検査物５５７が繰り返しパターンを有する場合、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズ５６１の射出瞳に規則的な間隔で集光する。空間フィルタ５６２は、瞳面１１２付近でこの繰り返しパターンの遮光を行うフィルタ、もしくは被検査物から反射した光の全部もしくは一部もしくは特定の偏光方向の光の偏光方向の制御と選択を行うフィルタである。結像レンズ５６３は、繰り返しパターン以外（たとえば障害発生箇所）からの散乱光、回折光であって空間フィルタ５６２を通過したものをセンサ５６４上に結像するためのレンズである。センサ５６４は結像レンズ５６３によって集光結像された像を電子情報として信号処理部５６５に送るための光センサである。光センサの種別としてはＣＣＤやＣＭＯＳなどが一般的ではあるが、ここではその種別は問わない。
【０１４９】
信号処理部５５５は、センサ５６４より受け取った画像データをモニタ５６７で表示可能な状態に変換するための回路を有する。
【０１５０】
ＸＹステージ５５９は被検査物５５７を載置するためのステージであり、ＸＹステージ５５９を平面方向に移動することで、被検査物５５７を走査する。また、Ｚステージ５５８は、ＸＹステージ５５９の検査基準面（被検査物５５７を載置する面）を垂直方向（Ｚ方向）に移動させるためのステージである。
【０１５１】
被検査物高さ計測部５６０は、ＸＹステージ５５９の検査基準面、及び被検査物５５７の高さを測定するための計測器である。Ｚステージ５５８と被検査物高さ計測部５６０によって、焦点位置合わせを自動で行う、オートフォーカス機能を提供しうる。
【０１５２】
次に、本検査装置の全体の動作について説明する。
まず、レーザ５５１からの照明光５６８により、被検査物の法線方向に対して角度を有す方向から被検査物５５７の表面を照明し、被検査物５５７上に所望のビームを形成する。このビームにより被検査物５５７上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光は、被検査物の上方で対物レンズ５６１により集光される。被検査物５５７が繰り返しパターンを有する場合には、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズの射出瞳に規則的な間隔で集光するため、瞳面１１２上に置かれた空間フィルタ５６２により遮光される。一方、繰り返しパターン以外からの散乱光、回折光は空間フィルタ５６２を通過し、結像レンズ５６３へと導かれ、センサ５６４上に結像される。
【０１５３】
被検査物５５７はＸＹステージ５５９上に載置され、このＸＹステージ５５９により走査することにより、被検査物５５７からの散乱光の２次元画像を得る。このとき、被検査物５５７と対物レンズ５６１との距離は被検査物高さ計測部５６０により測定されＺステージ５５８により調整される。
【０１５４】
センサ５６４により取得された２次元画像は、信号処理部５６５にて異物種、欠陥種ごとに分類され、異物や欠陥の大きさが求められ、その結果がモニタ５６７に表示される。
【０１５５】
ここで、パターン起因の散乱光を除外する目的で瞳面１１２付近に配置する空間フィルタ５６２の形状の例を図３７に示す。図３７に示す各空間フィルタの例は、瞳面１１２上もしくは瞳面１１２付近に配置され、黒部が遮光部分、開口部が光束透過部分を示す。ここでは、中央部に小さな開口を９個設けた例（５６２ａ）、中央部に大きな開口を設けた例（５６２ｂ）、中央部に中程度の開口を設けた例（５６２ｃ）及び小さな開口を２個設けた例（５６２ｄ）を示したが、これに限られず、縦又は横縞に開口を設けてもよく、開口数や形状・大きさは適宜設定可能である。なお、瞳面１１２上の像は、被検査物の回折、散乱光の角度成分を表しているため、どの位置にどのくらいの開口を設けるかを決めることによって、被検査物の回折、散乱光の取捨選択を行うことが可能となる。また、空間フィルタ５６２と共に前述の各種分布フィルタ２２２２と適宜組み合わせて用いてもよく、空間フィルタ５６２の代わりに、これらの分布フィルタ２２２２を用いても構わない。
【０１５６】
次に、本発明の第５の実施形態にかかる制御部８００について、図３８を用いて説明する。図３８は、制御部８００の内部構成を示すブロック図であり、制御部８００は、記録部８０１、比較部８０２、感度予測部８０３、フィードバック制御部８０４を適宜含んで構成される。
【０１５７】
記録部８０１は、モニタリングした照明系モニタリング部及び検出系モニタリング部５７１のデータの入力を受け、これらのデータを記録する。比較部８０２では、記録部８０１で記録したデータの入力を受け、データベース８０５内の理想値と比較する。なお、比較部８０２での処理前に、モニタリング時の光源や素子の特性を予め算出しておく。感度予測部８０３では、記録データと理想値の違いから現在の装置感度を推定・予測する。記録データと理想値とのずれが許容範囲内であれば、照明光学系や検出光学系などの各稼動部が制御され、検査を開始する。許容範囲外であれば、フィードバック制御部８０４が、感度予測部８０３が予測した予測感度に応じて装置の各稼動部にフィードバックをかける。
【０１５８】
ここで、データベース８０５は、比較部８０２が用いる理想値のデータベースであり、このデータベース８０５には、理論計算や光学シミュレーションなどによって、予め理想値を入力しておく。このとき、光学シミュレータでは、被検査物をモデル化し、照明光学系の条件に依存して発生する被検査物からの散乱光強度などを導出し、検査器にて検出される光強度を計算する。このデータベース８０５の理想値のパラメータとしては、照明光学系の強度分布、偏光状態分布、結像レンズ５６３の焦点距離、センサ５６４の感度などの情報を含む。これらのパラメータは事前に特性を把握しておく必要がある。
【０１５９】
次に、図３９のフローチャートを用いて、本発明の第５の実施形態にかかる暗視野欠陥検出装置におけるモニタリング処理手順を具体的に説明する。
まず、照明系モニタリング部が照明系の状態をモニタリングする（ステップＳ１０）。また、検出系モニタリング部５７１が検出系の状態を計測する（ステップＳ１１）。ステップＳ１０及びステップＳ１１で得られた計測結果は比較部８０２に送られる。これらの計測結果を、比較部８０２はデータベース８０５内の理想値と比較し、更に理想値と計測結果との「ずれ」から検出感度を予測する（ステップＳ１２）。そして予測した検出感度が任意に設定した閾値に対して大きいか小さいかの大小判定を行う（ステップＳ１３）。
【０１６０】
予測感度が閾値以下の場合には、光学系の較正を行い（ステップＳ１４）、再びステップＳ１０に戻る。ここで要較正箇所が全て自動制御できるなら、全ての較正作業を自動で行えるようにしてもよい。このとき較正箇所は予め理論計算もしくは光学系シミュレーションにて決定しておけばよい。一方、予測感度が閾値以上の場合には、照明系及び検出系の検査を開始する（ステップＳ１５）。
【０１６１】
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【符号の説明】
【０１６２】
１・・・試料    ２・・・試料ホルダ    ３・・・ステージ    ４・・・光学式高さ検出装置    ５・・・電子顕微鏡    ６・・・真空槽    ７・・・光学式高さ検出装置    １０・・・制御システム    １１・・・ユーザーインターフェース    １４・・・光学顕微鏡    １０１・・・暗視野照明ユニット    １０２・・・落射ミラー    １０４・・・ミラー    １０５・・・対物レンズ    １０６・・・高さ制御機構    １０８・・・ハーフミラー    １０９・・・明視野照明    １１０・・・結像光学系    １１１・・・固体撮像素子    １１３・・・レンズ群    １１４・・・分布偏光素子    １１６・・・結像レンズ    １１７・・・対物レンズ回転機構    １１８・・・液晶制御装置    １１１・・・偏光板    ５０１・・・照明光源    ５０２・・・光学フィルタ    ５０３・・・波長板    ５０７・・・レンズ群    ７５１・・・光源    ７０２・・・集光レンズ    ７０３・・・スリット    ７０４・・・投光レンズ    ７０５・・・受光レンズ    ７０６・・・検出器    ４０１・・・フィルタ切り替え機構    ４０２・・・ホルダ    ４０５・・・分布偏光素子ホルダ    ２２２２・・・分布フィルタ    ３９１・・・位相シフタ    ７４２、７４４・・・領域分割型分布偏光素子    ３３１・・・分布１／２波長板    ３３２・・・分布１/４波長板    ６６５・・・液晶を用いた偏光方向制御装置    ６７０・・・透明磁性体を用いた偏光方向制御装置
【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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