(57)【要約】【課題】微小な欠陥からの散乱光を、背景散乱光の影響を小さくして欠陥からの散乱光を顕在化させることにより確実に検出できるようにする。【解決手段】偏光状態と強度分布とを調整したレーザを傾斜した方向から試料に照射し、散乱光を集光して複数の検出器で検出し、検出した信号を処理して試料の表面の欠陥を抽出し、この抽出した欠陥の情報を出力する欠陥検査方法において、散乱光を検出することを、試料で発生した散乱光を集光レンズで集光し、この集光された散乱光の偏光の方向を調整し、偏光の方向に応じて分離して複数の検出器で検出することにより行い、欠陥を抽出することを、複数の検出器からの出力信号に対して、散乱光の偏光の方向ごとに分離されたそれぞれの散乱光の検出信号にゲインをかけて処理してノイズと欠陥を判別して欠陥を検出することにより行うようにした。【選択図】図１Ａ
2015197320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源部から発射されたレーザの偏光状態と強度分布とを調整して一方向に長くそれに直交する方向に短い光に成形して試料の表面に該試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向から照射し、
該レーザが照射された前記試料で発生した散乱光を集光して複数の検出器で検出し、
該複数の検出器で検出して得た信号を処理して前記試料の表面の欠陥を抽出し、
該抽出した欠陥の情報を出力する
欠陥検査方法であって、
前記散乱光を集光して複数の検出器で検出することを、前記レーザが照射された前記試料で発生した散乱光を集光レンズで集光し、該集光レンズで集光された前記散乱光の偏光の方向を調整し、該偏光の方向が調整された前記散乱光を偏光の方向に応じて分離し、該偏光の方向ごとに分離されたそれぞれの散乱光を前記複数の検出器で検出することにより行い、
前記検出して得た信号を処理して前記試料の表面の欠陥を抽出することを、前記散乱光を検出した前記複数の検出器からの出力信号に対して、前記散乱光の偏光の方向ごとに分離されたそれぞれの散乱光の検出信号にゲインをかけて調整された信号を処理してノイズと欠陥を判別して欠陥を検出することにより行う
ことを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥検査方法であって、前記分離されたそれぞれの散乱光の検出信号の信号光量、または散乱光の検出信号の変動を算出し、該算出した信号量又は検出信号の変動に基づいて前記ゲインを決定することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の欠陥検査方法であって、前記散乱光を検出することを、前記試料の表面に照射されるレーザの照射方向に対して異なる複数の方位角方向で検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の欠陥検査方法であって、前記集光レンズで集光された前記散乱光の偏光の方向を調整することを、領域毎に進相軸の方向が異なる波長板を用いて調整することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の欠陥検査方法であって、前記散乱光を検出することが、前記一方向に長くそれに直交する方向に短く成形したレーザが照射される前記試料上の領域に対して、前記一方向に長い方向に直交する方向に散乱した光を前記直交する方向の両側でそれぞれ検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項６】
レーザを発射する光源部と、
該光源部から発射したレーザの偏光状態と強度分布とを調整して一方向に長くそれに直交する方向に短い光に成形して試料の表面に該試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向から照射するレーザ照射部と、
該レーザ照射部によりレーザが照射された前記試料で発生した散乱光を集光して検出する散乱光検出部と、
該散乱光検出部の複数の検出器で検出して得た信号を処理して前記試料の表面の欠陥を抽出する欠陥信号処理部と、
該欠陥信号処理部で抽出した欠陥の情報を出力する出力部と
を備えた欠陥検査装置であって、
前記散乱光検出部は、前記レーザが照射された前記試料で発生した散乱光を集光する集光レンズと、該集光レンズで集光された前記散乱光の偏光の方向を調整する偏光調整部と、該偏光調整部で偏光の方向が調整された前記散乱光を偏光の方向に応じて分離する偏光分離部と、該偏光分離部で偏光の方向ごとに分離されたそれぞれの散乱光を検出する複数の検出器とを有し、
前記欠陥信号処理部は、前記散乱光を検出した前記散乱光検出部の複数の検出器からの出力信号に対してゲインを設定するゲイン設定部と、該ゲイン設定部で設定されたゲインで調整された前記複数の検出器からの出力信号を処理してノイズと欠陥を判別して欠陥を検出する欠陥判定部とを有する
ことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項７】
請求項６記載の欠陥検査装置であって、前記ゲイン設定部は、前記偏光分離部で分離されたそれぞれの散乱光を検出した前記散乱光検出部の複数の検出器の検出信号量、または複数の検出器の散乱光の検出信号の変動を算出し、該算出した信号量又は検出信号の変動に基づいて前記ゲインを決定することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の欠陥検査装置であって、前記散乱光検出部は、前記レーザ照射部で前記試料の表面に照射されるレーザの照射方向に対して異なる方位角方向に複数配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項９】
請求項６又は７に記載の欠陥検査装置であって、前記偏光調整部は、領域毎に進相軸の方向が異なる波長板を有し、該波長板を用いて前記集光レンズで集光された前記散乱光の偏光の方向を調整することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１０】
請求項６乃至９の何れかに記載の欠陥検査装置であって、前記散乱光検出部は、前記レーザ照射部により一方向に長くそれに直交する方向に短く成形したレーザが照射される前記試料上の領域を、前記一方向に長い方向に直交する方向に対向して１対配置されていることを特徴とする欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料表面に存在する微小な欠陥を検査し、欠陥の位置、種類および寸法を判定して出力する欠陥検査装置および検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板や薄膜基板等の製造ラインにおいて、製品の歩留りを維持・向上するために、半導体基板や薄膜基板等の表面に存在する欠陥の検査が行われている。欠陥検査の従来技術としては特開２０１０−１９０７２２号公報（特許文献１）が知られている。
【０００３】
特許文献１では、「検出光路を偏光分岐して少なくとも１つ以上の光路にてアレイ状の空間フィルタを配置し、正常パターンからの回折光や散乱光をフィルタリングする」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９０７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体等の製造工程で用いられる欠陥検査には、微小な欠陥を検出すること、検出した欠陥の寸法を高精度に計測すること、試料を非破壊で（例えば試料を変質させること無く）検査すること、同一の試料を検査した場合に例えば検出欠陥の個数、位置、寸法、欠陥種に関して実質的に一定の検査結果が得られること、一定時間内に多数の試料を検査することなどが求められる。
【０００６】
前記特許文献１に述べられた技術では、特に、例えば寸法２０ｎｍ以下の微小な欠陥については、欠陥から発生する散乱光が極めて微弱となるため、背景散乱光との弁別が困難になる。微小な欠陥を検出する際には、照明偏光として直線偏光照明を斜入射することで試料からの背景散乱光に対して相対的に強い強度で欠陥散乱光を検出できる。ここで試料からの背景散乱光や欠陥からの散乱光の偏光方向は、散乱光の放出方向により変化することが一般的である。すなわち、偏光分岐を行い、欠陥散乱光をできる限り多く検出することは困難である。
【０００７】
また、空間フィルタは特定の周期を背景パターンがもつ場合には有効であるが、背景パターンのもつ空間周波数が広く分布している場合には、空間フィルタで遮光する領域が広くなり、欠陥散乱光の検出を阻害するという課題があった。
【０００８】
すなわち、欠陥サイズの微小化は、検査試料面からの反射光、散乱光による相対的な欠陥信号の強度低下を引き起こし、欠陥の検出を困難にしている。従来の技術では、偏光検出を行うことによりこの課題に対応しているものがあったが、原理的に欠陥信号と試料面からの背景光とを分離することができなかった。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、試料からの背景散乱光に埋もれてしまうような微小な欠陥からの散乱光を、背景散乱光の影響を小さくして欠陥からの散乱光を顕在化させることにより確実に検出できるようにする欠陥検査装置及び検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明では、光源部から発射されたレーザの偏光状態と強度分布とを調整して一方向に長くそれに直交する方向に短い光に成形して試料の表面に該試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向から照射し、レーザが照射された試料で発生した散乱光を集光して複数の検出器で検出し、複数の検出器で検出して得た信号を処理して試料の表面の欠陥を抽出し、この抽出した欠陥の情報を出力する欠陥検査方法において、散乱光を集光して複数の検出器で検出することを、レーザが照射された試料で発生した散乱光を集光レンズで集光し、この集光レンズで集光された散乱光の偏光の方向を調整し、この偏光の方向が調整された散乱光を偏光の方向に応じて分離し、偏光の方向ごとに分離されたそれぞれの散乱光を複数の検出器で検出することにより行い、検出して得た信号を処理して試料の表面の欠陥を抽出することを、散乱光を検出した複数の検出器からの出力信号に対して、散乱光の偏光の方向ごとに分離されたそれぞれの散乱光の検出信号にゲインをかけて調整された信号を処理してノイズと欠陥を判別して欠陥を検出することにより行うようにした。
【００１１】
また、上記課題を解決するために本発明では、欠陥検査装置を、レーザを発射する光源部と、この光源部から発射したレーザの偏光状態と強度分布とを調整して一方向に長くそれに直交する方向に短い光に成形して試料の表面にこの試料の表面の法線方向に対して傾斜した方向から照射するレーザ照射部と、このレーザ照射部によりレーザが照射された試料で発生した散乱光を集光して検出する散乱光検出部と、この散乱光検出部の複数の検出器で検出して得た信号を処理して試料の表面の欠陥を抽出する欠陥信号処理部と、この欠陥信号処理部で抽出した欠陥の情報を出力する出力部とを備えて構成し、散乱光検出部は、レーザが照射された試料で発生した散乱光を集光する集光レンズと、この集光レンズで集光された散乱光の偏光の方向を調整する偏光調整部と、偏光調整部で偏光の方向が調整された散乱光を偏光の方向に応じて分離する偏光分離部と、この偏光分離部で偏光の方向ごとに分離されたそれぞれの散乱光を検出する複数の検出器とを有し、
欠陥信号処理部は、散乱光を検出した散乱光検出部の複数の検出器からの出力信号に対してゲインを設定するゲイン設定部と、このゲイン設定部で設定されたゲインで調整された複数の検出器からの出力信号を処理してノイズと欠陥を判別して欠陥を検出する欠陥判定部とを有して構成した。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、試料全面を短時間で走査し、試料に熱ダメージを低減しつつ微小な欠陥を検出すること、検出欠陥の寸法を高精度に算出すること、および安定した検査結果を出力することが可能か欠陥検査装置および検査方法を提供することができる。
【００１３】
上記以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の全体概略構成を示すブロック図である。
【図１Ｂ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置のアッテネータの構成を示すブロック図である。
【図１Ｃ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置のビームモニタの構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部により実現される試料表面の照明強度分布形状を示す照明部のブロック図である。
【図２Ｂ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部により実現される試料表面の照明強度分布形状を術減する照明部の回折光学素子の側面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部の構成を示す図で、照明強度分布形状がガウス分布を形成する照明部のブロック図である。
【図４】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部の構成を示す図で、照明強度分布形状が第１種第１次のベッセル関数またはｓｉｎｃ関数に類似した分布を形成する照明部のブロック図である。
【図５】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部の構成を示す図で、照明強度分布制御部に解説光学素子を採用した構成の照明部のブロック図である。
【図６】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部により実現される照明強度分布形状を示す試料の平面図である。
【図７Ａ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部により実現される回転ステージで駆動して試料上をらせん状に照明するときの試料上の照射領域の軌跡を示す試料の平面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の照明部により実現される２軸の併進ステージを用いて試料上を直線に沿って照明するときの試料上の照射領域の軌跡を示す試料の平面図である。
【図８】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の複数の検出部で構成された検出部を示すブロック図である。
【図９】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部が検出する方位角と天頂角における散乱光の分布を示す分布図である。
【図１０Ａ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部の平面的な配置を示す低角度検出部の平面図である。
【図１０Ｂ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置における回転角制御方法を示す図で、試料面からの偏光方向とそれに直行する偏光方向に分離する場合の試料からの散乱光の偏光方向と１/２波長板の進相軸、偏光制御されたのちの偏光方向を示す図である。
【図１１Ａ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置における欠陥信号のＳＮ比のシミュレーション結果を示すグラフで、前方散乱光検出系で検出した偏光角度に対するＳＮ比の分布を示すグラフである。
【図１１Ｂ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置における欠陥信号のＳＮ比のシミュレーション結果を示すグラフで、速報散乱光検出系で検出した偏光角度に対するＳＮ比の分布を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部を簡易な構成にした場合の平面的な配置を示す低角度検出部の平面図である。
【図１３Ａ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置における欠陥判定方式を説明する検出信号を多次元空間にプロットした状態を示すグラフである。
【図１３Ｂ】本発明の実施例１に係る欠陥検査装置における欠陥判定方式を実行するための手段の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部が検出する方位角と天頂角における散乱光の分布を示す分布図である。
【図１５Ａ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部の瞳面に入射する散乱光の偏光の分布を示す偏光分布図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部の瞳面に入射する散乱光の偏光を制御する１/２波長板の偏光状態を示す１/２波長板の平面図である。
【図１５Ｃ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部の瞳面に入射する球状欠陥からの散乱光の偏光の分布を示す偏光分布図である。
【図１５Ｄ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の低角度検出部の瞳面に入射する球状欠陥からの散乱光の偏光を制御する１/２波長板の偏光状態を示す１/２波長板の平面図である。
【図１６Ａ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の検出部の構成を示すブロック図である。
【図１６Ｂ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の検出部に用いる１/２波長板の構成を示す１/２波長板の平面図である。
【図１７Ａ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の検出部の簡易版の構成を示すブロック図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施例１の変形例１に係る欠陥検査装置の検出部の簡易版の構成において用いるアパーチャの平面図である。
【図１８】本発明の実施例１の変形例２に係る欠陥検査装置の低角度検出部が検出する方位角と天頂角における散乱光の分布を示す分布図である。
【図１９】本発明の実施例１の変形例２に係る欠陥検査装置の低角度検出部に用いる５分割した偏光板の平面図である。
【図２０】本発明の実施例１の変形例２に係る欠陥検査装置の低角度検出部に用いる別の構成の５分割した偏光板の平面図である。
【図２１】本発明の実施例２に係る欠陥検査装置の検出部の構成を示すブロック図である。
【図２２】本発明の実施例２に係る欠陥検査装置の検出部に用いる１/２波長板の構成を示す１/２波長板の平面図である。
【図２３】本発明の実施例２に係る欠陥検査装置の検出部に用いる１/２波長板の別な構成を示す１/２波長板の平面図である。
【図２４】本発明の実施例２に係る欠陥検査装置の検出部に用いる分割波長板の別な構成を示す分割波長板の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１Ａは本実施例における欠陥検査装置の概略構成を示すブロック図の例である。本実施例における欠陥検査装置は、照明部１０１、検出部１０２、試料Ｗを載置可能なステージ１０３、信号処理部１０５、制御部５３、表示部５４、入力部５５、を有する。照明部１０１はレーザ光源２、アッテネータ３、出射光調整部４、ビームエキスパンダ５、偏光制御部６、照明強度分布制御部７を適宜備える。
【００１７】
上記した構成を備えた欠陥検査装置において、レーザ光源２から射出されたレーザ光ビームは、アッテネータ３で所望のビーム強度に調整され、出射光調整部４で所望のビーム位置、ビーム進行方向に調整され、ビームエキスパンダ５で所望のビーム径に調整され、偏光制御部６で所望の偏光状態に調整され、照明強度分布制御部７で所望の強度分布に調整され、試料Ｗの検査対象領域に照射される。
【００１８】
照明部１０１の光路中に配置された出射光調整部４の反射ミラー４０１、４０２の位置と角度により試料Ｗの表面に対する照明光の入射角が決められる。照明光の入射角は微小な欠陥の検出に適した角度に設定される。
【００１９】
照明入射角が大きいほど、すなわち照明仰角（試料Ｗの表面と照明光軸との成す角）が小さいほど、試料表面上の微小異物からの散乱光に対してノイズとなる試料表面の微小凹凸からの散乱光（ヘイズと呼ばれる）が弱まるため、微小な欠陥の検出に適する。このため、試料Ｗの表面の微小凹凸からの散乱光が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明光の入射角は好ましくは７５度以上（照明仰角１５度以下）に設定するのがよい。
【００２０】
一方、斜入射照明において照明入射角が小さいほど微小異物からの散乱光の絶対量が大きくなるため、欠陥からの散乱光量の不足が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明光の入射角は好ましくは６０度以上７５度以下（照明仰角１５度以上３０度以下）に設定するのがよい。
【００２１】
また、斜入射照明を行う場合、照明部１０１の偏光制御部６における偏光制御により、照明の偏光をＰ偏光とすることで、その他の偏光と比べて試料Ｗの表面上の欠陥からの散乱光が増加する。また、試料Ｗの表面の微小凹凸からの散乱光が微小欠陥検出の妨げとなる場合には、照明の偏光をＳ偏光とすることで、その他の偏光と比べて試料Ｗの表面の微小凹凸からの散乱光が減少する。
【００２２】
また、必要に応じて、図１Ａに示すように、照明部１０１の光路中にミラー２１を挿入し、適宜他のミラー２１１，２１２を配置することにより、照明光路が変更され、試料Ｗの表面に対して実質的に垂直な方向から照明光が照射される（垂直照明）。このとき、試料面上の照明強度分布は照明強度分布制御部７ｖにより、斜入射照明と同様に制御される。ミラー２１と同じ位置にビームスプリッタを挿入することで、斜入射照明と試料Ｗの表面の凹み状の欠陥（研磨キズや結晶材料における結晶欠陥）からの散乱光を得るには、試料Ｗの表面に実質的に垂直に入射する垂直照明が適する。なお、図１Ａに示す照明強度分布モニタ２４については後に詳説する。
【００２３】
ミラー２１が照明部１０１の光路中から外れた位置に待機した状態では、高原２から発射されたレーザはミラー２１３で反射されて照明強度分布制御部７、照明強度分布モニタ２４を透過したのち、ミラー２１４で反射されて、試料Ｗの表面に斜め方向(試料Ｗの表面の法線方向に対して傾いた方向)から入射して、試料Ｗの表面を照明する。なお、試料Ｗに照明光を照射するときには、照明強度分布モニタ２４のミラー２４３は、照明光の光路から退避している。
【００２４】
レーザ光源２としては、試料Ｗの表面近傍の微小な欠陥を検出するには、試料Ｗの内部に浸透しづらい波長として、短波長（波長３５５ｎｍ以下）の紫外または真空紫外のレーザビームを発振し、かつ出力２Ｗ以上の高出力のものが用いられる。出射ビーム径は１ｍｍ程度である。試料Ｗの内部の欠陥を検出するには、試料Ｗの内部に浸透しやすい波長として、可視あるいは赤外のレーザビームを発振するものが用いられる。
【００２５】
アッテネータ３は、図１Ｂに示すように、第一の偏光板３０１と、照明光の光軸周りに回転可能な１／２波長板３０２と、第二の偏光板３０３を適宜備える。アッテネータ３に入射した光は、第一の偏光板３０１により直線偏光に変換され、１／２波長板３０２の遅相軸方位角に応じて偏光方向が任意の方向に回転され、第二の偏光板３０３を通過する。１／２波長板３０２の方位角を制御することで、光強度が任意の比率で減光される。
【００２６】
アッテネータ３に入射する光の直線偏光度が十分高い場合は第一の偏光板３０１は必ずしも必要ない。アッテネータ３は入力信号と減光率との関係が事前に較正されたものを用いる。アッテネータ３として、グラデーション濃度分布を持つＮＤフィルタを用いることも、互いに異なる複数の濃度のＮＤフィルタを切替えて使用することも可能である。
【００２７】
出射光調整部４は複数枚の反射ミラー４０１，４０２を備える。ここでは二枚の反射ミラーで構成した場合の実施例を説明するが、これに限られるものではなく、三枚以上の反射ミラーを適宜用いても構わない。ここで、三次元の直交座標系（ＸＹＺ座標）を仮に定義し、反射ミラーへの入射光が＋Ｘ方向に進行しているものと仮定する。第一の反射ミラー４０１は入射光を＋Ｙ方向に偏向するよう設置され（ＸＹ面内での入射・反射）、第二の反射ミラー４０２は第一の反射ミラー４０１で反射した光を＋Ｚ方向に偏向するよう設置される（ＹＺ面内での入射・反射）。各々の反射ミラー４０１，４０２は平行移動とあおり角調整により、出射調整部４から出射する光の位置、進行方向（角度）が調整される。
【００２８】
前記のように、第一の反射ミラー４０１の入射・反射面（ＸＹ面）と第二の反射ミラー４０２の入射・反射面（ＹＺ面）が直交するような配置とすることで、出射調整部４から出射する光（＋Ｚ方向に進行）のＸＺ面内の位置、角度調整と、ＹＺ面内の位置、角度調整とを独立に行うことができる。
【００２９】
ビームエキスパンダ５は二群以上のレンズ群を有し、入射する平行光束の直径を拡大する機能を持つ。例えば、凹レンズ５０１と凸レンズ５０２の組合せを備えるガリレオ型のビームエキスパンダが用いられる。ビームエキスパンダ５は二軸以上の並進ステージに設置され、所定のビーム位置と中心が一致するように位置調整が可能である。また、ビームエキスパンダ５の光軸と所定のビーム光軸が一致するようにビームエキスパンダ５全体のあおり角調整機能が備えられる。レンズ５０１と５０２との間隔を調整することにより、光束直径の拡大率を制御することが可能である（ズーム機構）。
【００３０】
ビームエキスパンダ５に入射する光が平行でない場合には、レンズの間隔の調整により、光束の直径の拡大とコリメート（光束の準平行光化）が同時に行われる。光束のコリメートはビームエキスパンダ５の上流にビームエキスパンダ５と独立にコリメートレンズを設置して行ってもよい。ビームエキスパンダ５によるビーム径の拡大倍率は５倍から１０倍程度であり、光源から出射したビーム径１ｍｍのビームが５ｍｍから１０ｍｍ程度に拡大される。
【００３１】
偏光制御部６は、１／２波長板６０１、１／４波長板６０２によって構成され、照明光の偏光状態を任意の偏光状態に制御する。照明部１０１の光路の途中において、行路中に出し入れ可能なミラー２２１で光路を変換してビームモニタ２２に入射させることで、ビームモニタ２２よって、ビームエキスパンダ５に入射する光、および照明強度分布制御部７に入射する光の状態が計測される。
【００３２】
図２Ａ乃至図５に、照明部１０１より試料Ｗの表面に導かれる照明光軸１２０と照明強度分布形状との位置関係の模式図を示す。なお、図２Ａ乃至図５における照明部１０１の構成は図１Ａに示した照明部１０１の構成の一部を示したものであり、出射光調整部４、ミラー２１、ビームモニタ２２等は省略されている。図２Ａに、斜入射照明の入射面（照明光軸と試料Ｗの表面法線とを含む面）の断面の模式図を示す。斜入射照明は入射面内にて試料Ｗの表面に対して傾斜している。照明部１０１により入射面内において実質的に均一の照明強度分布が作られる。照明強度が均一である部分の長さは、単位時間当たりに広い面積を検査するため、１００μｍから４ｍｍ程度である。
【００３３】
図３に、試料Ｗの表面法線を含みかつ斜入射照明の入射面に垂直な面の断面の模式図を示す。この面内で、試料Ｗの表面上の照明強度分布は中心に対して周辺の強度が弱い照明強度分布を成す。より具体的には、照明強度分布制御部７に入射する光の強度分布を反映したガウス分布、あるいは、図４に示すような、照明強度分布制御部７の開口形状を反映した第一種第一次のベッセル関数あるいはｓｉｎｃ関数に類似した強度分布となる。この面内での照明強度分布の長さ（最大照明強度の１３．５％以上の照明強度を持つ領域の長さ）は、試料Ｗの表面から発生するヘイズを低減するため、前記入射面内における照明強度が均一である部分の長さより短く、２．５μｍから２０μｍ程度である。
【００３４】
照明強度分布制御部７は、後述する非球面レンズ、回折光学素子、シリンドリカルレンズアレイ、ライトパイプなどの光学素子を備える。照明強度分布制御部７を構成する光学素子は図２Ａ、図３に示されるように、照明光軸に垂直に設置される。
【００３５】
照明強度分布制御部７は、入射する光の位相分布および強度分布に作用する光学素子を備える。照明強度分布制御部７を構成する光学素子として、図２Ｂに示すように、回折光学素子７１（ＤＯＥ：Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｅｌｅｍｅｎｔ：図５参照）が用いられる。回折光学素子７１は、入射光を透過する材質からなる基板の表面に、光の波長と同等以下の寸法の微細な起伏形状を形成したものである。入射光を透過する材質として、紫外光用には溶融石英が用いられる。回折光学素子７１を通過することによる光の減衰を抑えるため、反射防止膜によるコーティングが施されたものを用いるとよい。前記の微細な起伏形状の形成にはリソグラフィ法が用いられる。
【００３６】
ビームエキスパンダ５を通過後に準平行光となった光を、回折光学素子７１を通過させることにより、回折光学素子７１の起伏形状に応じた試料面上照明強度分布が形成される。回折光学素子の７１起伏形状は、試料表面上で形成される照明強度分布が前記入射面内で入射方向に長く、それと直角な方向に短く均一な分布となるよう、フーリエ光学理論を用いた計算に基づいて求められた形状に設計され、製作される。
【００３７】
照明強度分布制御部７に備えられる光学素子は、入射光の光軸との相対位置、角度が調整可能となるよう、二軸以上の並進調整機構(図示せず)、および二軸以上の回転調整機構(図示せず)が備えられる。さらに、光軸方向の移動によるフォーカス調整機構(図示せず)が設けられる。回折光学素子７１と同様の機能を持つ代替の光学素子として、非球面レンズ、シリンドリカルレンズアレイとシリンドリカルレンズとの組合せ、ライトパイプと結像レンズとの組合せを用いてもよい。
【００３８】
照明部１０１における照明光の状態がビームモニタ２２によって計測される。ビームモニタ２２は、図１Ｃに示すように、位置計測手段２２１１、角度計測手段２２１２、波面計測手段２２１３を備え、出射光調整部４を通過した照明光の位置および角度（進行方向）、あるいは照明強度分布制御部７に入射する照明光の位置および波面を計測して出力する。
【００３９】
照明光の位置計測は、照明光の光強度の重心位置を計測することによって行われる。具体的な位置計測手段２２１１としては、光位置センサ（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、あるいはＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサが用いられる。ミラー２２０１で反射されてビームモニタ２２に入射した照明光を出し入れ可能なミラー２２０２で反射させて、位置計測手段２２１１に入射させ、照明光の光強度の重心位置を計測する。
【００４０】
照明光の角度計測は前記位置計測手段２２１１より光源２から遠く離れた位置、あるいはコリメートレンズによる集光位置に設置された角度計測手段２２１２によって行われる。具体的な角度計測手段２２１２としては、光位置センサあるいはイメージセンサが用いられる。ミラー２２０１で反射されてビームモニタ２２に入射した照明光を出し入れ可能なミラー２２０３で反射させて、角度計測手段２２１２に入射させ、照明光の角度を計測する。
【００４１】
角度計測手段２２１２によって計測された集光された照明光の位置、照明光の角度の情報は制御部５３に入力され、表示部５４に表示される。照明光位置あるいは角度が所定の位置あるいは角度からずれていた場合は、前記出射光調整部４において所定の位置に戻るよう調整される。
【００４２】
照明光の波面計測は、照明強度制御部７に入射する光の平行度を測定するために行われる。波面計測手段２２１３としては、シアリング干渉計による計測、あるいはシャックハルトマン波面センサによる計測が行われる。ミラー２２０１で反射されてビームモニタ２２に入射した照明光は、出し入れ可能なミラー２２０２，２２９３がそれぞれ光路から退避した状態で波面計測手段２２１３に入射する。
【００４３】
シアリング干渉計は、両面を平坦に研磨した厚さ数ｍｍ程度の光学ガラスを照明光路中に斜めに傾斜させて挿入し、表面による反射光と裏面による反射光とをスクリーンに投影した際に観測される干渉縞の模様によって、照明光の発散・収束状態を計測するものであり、シグマ光機社製ＳＰＵＶ−２５などがある。スクリーン位置にＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサを設置すれば照明光の発散・収束状態の自動計測が可能である。
【００４４】
シャックハルトマン波面センサは、細かなレンズアレイによって波面を分割してＣＣＤセンサなどのイメージセンサに投影し、投影位置の変位から個々の波面の傾斜を計測するものである。シアリング干渉計と比較して、部分的な波面の乱れなど詳細な波面計測を行うことができる。
【００４５】
波面計測により照明強度制御部７に入射する光が準平行光でなく、発散あるいは収束していることが判明した場合、前段のビームエキスパンダ５のレンズ群５０１，５０２を光軸方向に変位させることで、準平行光に近づけることができる。また、波面計測により照明強度制御部７に入射する光の波面が部分的に傾斜していることが判明した場合、空間光変調素子（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）の一種である空間光位相変調素子７２を照明強度制御部７の前段に挿入し、波面が平坦になるよう光束断面の位置ごとに適当な位相差を与えることで、波面を平坦に近づける、すなわち照明光を準平行光に近づけることができる。
【００４６】
以上の波面精度計測・調整手段により、照明強度分布制御部７に入射する光の波面精度（所定の波面（設計値あるいは初期状態）からのずれ）がλ／１０ｒｍｓ以下に抑えられる。
【００４７】
照明強度分布制御部７において調整された試料Ｗの表面上の照明強度分布は、照明強度分布モニタ２４によって計測される。なお、図１Ａで示したように、垂直照明を用いる場合でも、同様に、照明強度分布制御部７ｖにおいて調整された試料面上の照明強度分布が照明強度分布モニタ２４ｖによって計測される。照明強度分布モニタ２４はレンズ２４１を介して試料面をＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどのイメージセンサ２４２上に結像して画像として検出するものである。
【００４８】
照明強度分布モニタ２４で検出された照明強度分布の画像は制御部５３において処理され、強度の重心位置、最大強度、最大強度位置、照明強度分布の幅、長さ（所定の強度以上あるいは最大強度値に対して所定の比率以上となる照明強度分布領域の幅、長さ）などが算出され、表示部５４において照明強度分布の輪郭形状、断面波形などと共に表示される。
【００４９】
斜入射照明を行う場合、試料Ｗの表面の高さ変位によって、照明強度分布の位置の変位およびデフォーカスによる照明強度分布の乱れが起こる。これを抑制するため、試料Ｗの表面の高さを計測し、高さがずれた場合は照明強度分布制御部７、あるいはステージ１０３のＺ軸による高さ調整によりずれを補正する。
【００５０】
照明部１０１によって試料Ｗの表面上に形成される照度分布形状（照明スポット２０）と試料走査方法について図６及び図７Ａを用いて説明する。試料Ｗとして円形の半導体シリコンウェハを想定する。ステージ１０３は、並進ステージ、回転ステージ、試料面高さ調整のためのＺステージ（いずれも図示せず）を備える。照明スポット２０は前述の通り一方向に長い照明強度分布を持ち、その方向をＳ２とし、Ｓ２に実質的に直交する方向をＳ１とする(図６参照)。回転ステージの回転運動によって、回転ステージの回転軸を中心とした円の円周方向Ｓ１に、並進ステージの並進運動によって、並進ステージの並進方向Ｓ２に走査される。走査方向Ｓ１の走査により試料を１回転する間に、走査方向Ｓ２へ照明スポット２０の長手方向の長さ以下の距離だけ走査することにより、図７Ａに示すように、照明スポットが試料Ｗ上にてらせん状の軌跡Ｔを描き、試料１の全面が走査される。
【００５１】
図７Ｂは回転ステージの代わりに２軸の併進ステージを備えた構成における照明スポットの走査を示す。Ｓ１方向に走査することで、照明スポットＳ１方向に照明スポット長さで帯状に試料面を一定速度で走査する。試料端部においてＳ２方向に走査幅だけ併進ステージを移動して視野を移動し、逆方向にＳ１方向に一定速度で走査を行う。
【００５２】
図８に検出部１０２の配置の側面図を示す。試料Ｗの法線に対して、検出部１０２による検出方向（検出開口の中心方向）のなす角を、検出天頂角と定義する。検出部１０２は、検出天頂角が４５度以下の高角検出部１０２ｈと、検出天頂角が４５度以上の低角検出部１０２ｌを適宜用いて構成される。高角検出部１０２ｈ、低角検出部１０２ｌ各々は、各々の検出天頂角において多方位に散乱する散乱光をカバーするよう、複数の検出部からなる。
【００５３】
図９に低角検出部１０２ｌに属する検出部が検出する方位と天頂角を示す。各検出部の検出領域は３次元的に天頂角と方位角で規定される。９００は天頂角度を半径r、方位角度を角度θとしたときの散乱光の分布を表示する。矢印９０１はＰ偏光の斜方照明の入射方向を示す。９０１１は、斜方照明による試料Ｗの表面の照射領域を示す。９０３で示す矢印は試料からの散乱光の偏光方向である。９ｌｆ、９ｌｆ’、９ｌｓ、９ｌｓ’９ｌｂ、９ｌｂ’は１０２ｌに属する６検出部が検出する散乱光の領域を示している。９ｌｆは前方散乱光、９ｌｂは後方散乱光であり、一般に９ｌｆは９ｌｂに対して散乱光強度は弱い。すなわち、９ｌｆは欠陥の背景散乱光に対するコントラストが相対的に９ｌｂに対して強くなる。９０２ｌｆ、９０２ｌｓ、９０２ｌｂはそれぞれ９ｌｆ、９ｌｓ、９ｌｂの試料ｗからの散乱光の偏光に対して直交する偏光方向を表す。
【００５４】
図１０Ａに９ｌｆ、９ｌｆ’、９ｌｓ、９ｌｓ’９ｌｂ、９ｌｂ’で表される領域を検出する検出部の構成の一実施例を示す。照明スポット２０から発生した散乱光を低角検出部１０２ｌに属する１０２ｌｆ、１０２ｌｆ’、１０２ｌｓ、１０２ｌｓ’、１０２ｌｂ、１０２ｌｂ’の各検出部で検出する。
【００５５】
検出部１０２ｌｓを構成する各要素について説明する。検出部１０２１ｓは、集光手段１０００、偏向制御手段１００１、偏光ビームスプリッタ１００２、レンズ１００３及び１００４、光受光部１００５、１００６を備えて構成されている。このような構成において、集光手段１０００で光を検出した後、偏光制御手段１００１で偏光方向を回転させる。偏向制御手段１００１としては典型的には回転可動機構を備えた１／２λ波長板を用いる。偏向制御手段１００１としては、この他に外部からの電気制御によって偏光方向を制御可能な液晶素子やＥＯ変調器も適用可能である。
【００５６】
偏光ビームスプリッタ１００２は、偏光方向が互いに直交する２つの偏光成分に分離して光路を分岐する。それぞれの光路に分岐された各偏光成分は、レンズ１００３、および１００４で集光され、それぞれ受光した光を電気信号強度に変換する光受光部１００５、１００６に導かれる。この構成を１０Ａに示したすべての検出部に適用する。各受光部の検出電気信号は図１の１０５の信号処理部に送り、欠陥検出処理を実施する。
【００５７】
図１０Ｂは、偏向制御手段１００１の回転角制御方法を示す。図１０Ｂは試料面からの偏光方向とそれに直交する偏光方向に分離する場合の方式を示している。偏向制御手段１００１は１／２波長板、１００１ａは試料面からの偏光方向、１００１ｂは１／２波長板の進相軸、１００１ｃは１００１ａが偏光制御されたのちの偏光方向である。偏光方向１００１ｃは、偏光ビームスプリッタ１００２でレンズ１００３が配置される光路に分岐する。この結果、偏光ビームスプリッタ１００２でレンズ１００４が配置される光路の側に分岐される光には試料面からの散乱光の光量が最小になる。
【００５８】
図１１Ａ及び図１１Ｂは、試料面に球状の欠陥、ノイズとして試料面からの散乱光量の0.5乗に比例するショットノイズを仮定した場合に期待できるＳＮ比のシミュレーション結果を示す。図１１Ａは検出部１０２ｌｆで検出される信号のＳＮ比の分布、図１１Ｂは検出部１０２ｌｓで検出される信号のＳＮ比の分布である。図１１Ａ及び図１１Ｂ共に、横軸は偏向制御手段１００１で回転させる偏光角度である。
【００５９】
図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、曲線１１０２は、偏光ビームスプリッタ１００２で分岐してレンズ１００４が配置される光路の側に進んだ光の欠陥散乱光量、曲線１１０３は偏光ビームスプリッタ１００２で分岐してレンズ１００４が配置される光路の側に進んだ光を受光部１１０６で検出するショットノイズ強度、曲線１１０４は期待される欠陥ＳＮ比を表している。図１１Ａの１１０５、および図１１Ｂの１１１２は、期待される欠陥ＳＮ比が最大になる回転角度を示している。
【００６０】
図１１Ａの前方散乱光を検出する検出部１０２ｌｆの欠陥ＳＮ比を表すグラフにおいて、回転角がほぼ０度の位置１１０５において偏光ビームスプリッタ１００２で分岐してレンズ１００４を透過した光を検出する受光部１００６は最良の欠陥ＳＮ比となる。一方、偏光ビームスプリッタ１００２を直進する光路の受光部１００５においてはこのとき、１１０６で表される欠陥散乱光、およびノイズを検出するため、欠陥ＳＮ比がほぼ最悪となり、きわめて低い欠陥ＳＮ比の信号しか得ることができない。
【００６１】
一方、図１１Ｂの側方の散乱光を検出する１０２ｌｓの欠陥ＳＮ比を表すグラフにおいては、回転角度が１１１２の位置において、偏光ビームスプリッタ１００２で分岐してレンズ１００４を透過した光を検出する受光部１００６で最良の欠陥ＳＮ比を得ることができるものの、欠陥散乱光は受光部１００６の側では少なく、偏光ビームスプリッタ１００２を直進してレンズ１００３を透過する光路側でより多く検出される。
【００６２】
一般的に試料Ｗの表面の状態は製造状態の変動によって変化するため、欠陥ＳＮ比は必ずしも図１１Ａ及び図１１Ｂのグラフで示された角度で最良値を得るとは限らない。そこで、信号処理部１０５では試料面からの散乱光をモニタし、偏光で分岐した２つの光路の受光部からの信号にゲインを設定し、統合するとよい。
【００６３】
具体的には、偏光で分岐した各受光部の信号強度をＩ０,Ｉ１と置き、これに対してかけるバンドパスフィルタをＢＬ、あらかじめシミュレーションで得られた各受光部で検出されると期待される散乱光量をＳ０，Ｓ１とおいた場合、ゲインをそれぞれ、Ｓ０／（ｃｏｎｖ(ＢＬ，Ｉ０)）、Ｓ１／（ｃｏｎｖ（ＢＬ，Ｉ１））と動的に設定して加算統合を行うことで、欠陥ＳＮ比の向上を図ることができる。
【００６４】
図１１Ａ及び図１１Ｂのグラフに見るように、前方散乱光を検出する検出部、１０２ｌｆでは、偏光で光路を２つに分岐しても、一方の欠陥ＳＮ比を最適化すると、もう一方の光路では十分な欠陥ＳＮ比を得ることができず、上記の式で算出してもゲインは極めて小さくなる現象が発生する。そこで、装置が複雑になることを回避して、かつ感度向上効果を得るためには、図１０Ａの光学系配置図の簡易版である図１２の配置を選択する。
【００６５】
図１２に示した光学系では、偏光による光路分岐を実施した場合に両方の分岐光路に多くの欠陥散乱信号が期待できる側方の散乱光を検出する検出部１０２ｌｓ、１０２ｌｓ´にのみ偏光による光路分岐を行う実施例である。前方散乱光を検出する検出部１０２ｌｆの光学系に示した１２０１は回転可動機構部を備えた偏光フィルタである。光路分岐を実施しない前方散乱光を検出する検出部１０２ｌｆ、１０２ｌｆ´、後方散乱光を検出する検出部１０２ｌｂ、１０２ｌｂ´には、それぞれ回転可動機構部を備えた偏光フィルタ１２０１を配置して、試料面からの散乱光の偏光方向の光を遮光するよう、回転角度を設定する。
【００６６】
図１Ａの信号処理部１０５で実行する本発明の欠陥判定方式の実施例を図１３Ａに示す。図１３Ａは各検出部で検出した散乱光を電気信号に変換し、これに高周波のバンドパスフィルタを行って得られた信号強度を多次元空間にプロットした図である。この多次元空間の偏光方向を示す各軸のうち、偏光方向１３０６、および１３０７は、図１２に示した検出部１０２ｌｓの受光部１００５及び１００６で検出して得られた散乱光の信号強度であり、偏光方向１３０６は試料面の偏光方向と一致すると期待された偏光方向、偏光方向１３０７は試料面の偏光方向と直交すると期待される偏光方向である。また、散乱光の偏光方向１３０８は試料面の偏光方向と一致すると期待された検出部１０２ｌｓ’で検出された信号強度である。
【００６７】
図１３Ａの面１３０２はノイズと欠陥の判別面であり、この判別面１３０２よりも原点から離れた位置にある点１３０３、１３０４は欠陥、原点側にある点１３０５はノイズである。点１３０４は球状ではない欠陥であり、偏光方向１３０７では十分な信号を得られていない。本手法は、偏光方向１３０６の信号と偏光方向１３０７の信号と同時に用いるため、従来の手法で困難であった点１３０４の欠陥と点１３０３の欠陥とを同時に検出することが可能である。
【００６８】
実際の試料面では散乱光を検出した領域の表面状態によって偏光方向が変化するため、検査の間、常に試料からの偏光方向が一定になるわけではない。よって、ノイズである１３０５の分布は領域ごとに変化する。ノイズは一般に試料からの散乱光の0.5乗に比例する。  
信号処理部１０５で実行する具体的な判定方法の一実施例を図１３Ｂに示す。  
各検出部からの光量Ｉ０を１３５１、Ｉｉを１３５２、ＩＮを１３５２に示す。
１３５３，１３５５，１３５７は高周波のバンドパスフィルタ、１３５４、１３５６、１３５８は低周波のバンドパスフィルタであり、１３５９、１３６０、１３６１はゲインである。ここで低周波のバンドパスフィルタ１３５４、１３５６、１３５８のフィルタ特性をＢＬで表す。ゲインは典型的にはＳi／ｃｏｎｖ(ＢＬ，Ｉi)に比例するように設定する。欠陥の期待される信号値は一般に個別には不明であるため、あらかじめシミュレーション、あるいは実験値より固定値で設定する。一方、ｃｏｎｖ(ＢＬ，Ｉi)は低周波のバンドパスフィルタ１３５４、１３５６、１３５８の出力値であり、リアルタイムに変化する。１３６２は加算器である。１３６３は判定手段である。本構成により、図１３Ａに示した判別面１３０２での分離を実現する。
【００６９】
なお、ここでは試料からの背景散乱光量に基づきゲインを設定する方法について述べたが、これ以外にも、光量Ｉiの一定時間内の標準偏差σｉを算出し、期待される信号値Ｓｉをσｉで正規化した値をゲインにする方法や、σｉを異なる同一の設計領域、たとえば試料が半導体ウェハであった場合には、異なるダイの同一の領域の明度の変動を用いて算出する方法など、異なった方式を用いてノイズ量を推定し、これらのノイズ量に反比例したゲインを設定する方法を採用可能である。
【００７０】
本実施例によれば、試料からの背景散乱光量に基づきゲインを設定することができるようになり、試料上の微細な欠陥からの散乱光を検出して、ＳＮ比の高い欠陥信号を得ることができるようになった。
[変形例１]
実施例１の変形例１として、実施例１で説明した検出部と異なる光学系配置の実施例を示す。照明部は実施例１で説明した照明部１０１と同じであるので、説明を省略する。本実施例においては、検出部の構成が、実施例１で説明した検出部１０２の構成と異なる。
図１４に、本変形例１における検出部が検出する試料Ｗからの散乱光の方位と天頂角を示す。図１４における９００、９０１、９０２ｌｆ、９０ｓｌｓ、９０２ｌｂ、９０３は図９で説明したものと同一である。領域１４０１、１４０２は集光レンズが捕捉する散乱光の領域であり、１４０３は矢印９０１の方向からの照明による試料Ｗの表面での照明領域を示す。図９で説明した構成では６つの検出部で同時検出する構成として説明したが、図１４に示した構成では、２つの検出部で、実施例１の場合よりも大きな開口を有する集光レンズを用いて検出する場合を示している。本実施例では、照明強度分布制御部７を調整して照明領域１４０３が図９のそれに対して相対的に長くなるように設定した。領域１４０１、１４０２からの散乱光を検出する検出部は照明領域１４０３の長手方向と直交し、結像検出を可能にしている。
【００７１】
図１５Ａ乃至図１５Ｄに、領域１４０１の検出部の瞳位置における偏光方向を示す。図９に示したように各検出部の検出領域９１ｆ、９１ｆ´、９１ｓ、９１ｓ´、９１ｂ、９１ｂ´を配置した構成に対して、本実施例では核検出部の検出領域１４０１，１４０２が比較的大きく、集光レンズの開口を大きくすることができる。その結果、各集光レンズの瞳位置において、検出領域１４０１，１４０２の内の試料、あるいは欠陥からの散乱光の偏光方向が異なる。
【００７２】
図１５Ａは試料からの散乱光のうちの領域１４０１における散乱光の検出部の瞳位置における偏光方向１５０１を示す。図１５Ｂは、図１５Ａの領域１４０１における散乱光の偏光方向に対して領域ごとに異なる進相軸を持てるよう設計された１/２波長板１５０２である。１/２波長板１５０２は４つの領域１５０２１乃至１５０２４に分割され、各領域において、点線で示される進相軸をもつように製作する。このように制作された１/２波長板１５０２を検出部の瞳位置に設置することにより、偏光方向１５０１で示される試料からの偏光方向は瞳位置に設置された１/２波長板１５０２を透過した後において、同一の方向に揃えられる。図１５Ｃは球状の欠陥からの散乱光の、瞳における偏光方向１５０３を示しており、図１５Ｄは瞳における偏光方向１５０３に合わせて領域毎に進相軸の方向が異なる１／２  波長板１５０４を示している。この１／２波長板１５０４を、球状欠陥からの散乱光を後段で同一の偏光方向になるよう設定する。
【００７３】
図１６Ａに、図１４の領域１４０１を検出するための、本実施例における検出部１６００の光学系配置図を示す。１６０１は集光レンズであり、ここで検出した光を分割１／２波長板１６０２に導く。分割１／２波長板１６０２の構成は前述した図１５Ｂに示した１/２波長板１５０２、あるいは図１５Ｄに示した１/２波長板１５０４を用いる。図示していない制御機構により、波長板１６０２は複数そろえた異なる設計のものを切り替えることができるようにしておく。１６０３は偏光ビームスプリッタであり、偏光の違いにより２つの光路に分岐させる。１６１３、１６１４はさらに光路を分岐するための領域毎に進相軸が異なる１／２波長板であり、図１６Ｂにその構成を示す。
【００７４】
１／２波長板１６１４は２つの領域１６１５と１６１６に分割されており、その進相軸は４５度だけずれている。一般に、領域１６１５と１６１６は図１６Ａのｓ２軸の方向に領域が分割され、前方散乱光と後方散乱光に分割できるようにしている。本実施例では、領域１６１５を通過したものがその後段の偏光ビームスプリッタ１６０４においてレンズ１６０６が配置された光路に全光量が透過するよう進相軸を設定し、領域１６１６を通過するすべての光はレンズ１６０７の配置される光路に向かうように設定してある。
【００７５】
１６１０と１６１１は結像型のラインセンサであり、空間的に分離された複数の画素の光量を一括して検出する。典型的にはＡＰＤ１次元アレイや、１次元ＣＣＤセンサを用いる。１６０６のレンズが１６１０のセンサに試料面の像を結像させ、レンズ１６０７がセンサ１６１１に試料面の像を結像させる。センサ１６１０と１６１１は、図示していない位置制御機構を備え、センサに配置される各画素が複数のセンサ１６１０と１６１１間でアライメントされるように調整することを可能にする。
【００７６】
１６１８、１６１９は信号変換部であり、それぞれ、センサ１６１０、１６１１で得られた信号に対して、所望のゲイン、Ｇ１，Ｇ２をかける。１６２０は加算部であり、信号変換部１６１８、１６１９の対応する画素毎に加算を行う。１６２１はゲイン設定部であり、画素毎に時間方向の低周波フィルタリングを行い、この算出光量に基づき、信号変換部１６１８、１６１９のゲインを設定する。典型的には、検出光量の強さに反比例したゲインを与えるようにする。
【００７７】
１６１７は１６１４とほぼ同一の２領域に分割した１／２波長板であり、１／２波長板１６１７で偏光方向を変えられた光は、その後段の偏光ビームスプリッタ１６０５により光路分岐をして、レンズ１６０８、１６０９によってそれぞれ結像型のリニアセンサ１６１２、１６１３に試料面の像を結像する。図示されない、ゲイン設定部、信号変換部、加算部を介して検出光を変換し、１６２０の結果とあわせて欠陥判定を行う。
【００７８】
図１６Ａに示した構成によれば、瞳を２分岐してそれぞれセンサで検出、ゲインを乗じて加算することで、高ＳＮが期待できる瞳を通過する光に対しては高いゲイン、それ以外は弱いゲインを設定することで統合して得られる信号のＳＮを高くすることが可能になる。
【００７９】
図１７Ａは図１６に示した検出部１６００の簡易版の構成の実施例である。図１６に示した構成では偏光ビームスプリッタ１６０３の後段にさらに光路を分岐する偏光ビームスプリッタ１６０４、１６０５を設け、瞳分割を行っていたが、図１７Ａに示した構成では分割を行わず、アパーチャ１７０１、１７０２を設ける。図１７Ｂにアパーチャ１７０１の例を示すように、アパーチャ１７０１、１７０２には、領域毎に透過率の異なるＮＤフィルタを用い、典型的には前方散乱光の透過率を高く設定する。
【００８０】
本変形例によれば、試料上の微細な欠陥からの散乱光を検出して、ＳＮ比の高い欠陥信号を得ることができるようになった。
[変形例２]
図１８に、実施例１の第２の変形例として、実施例１及び変形例１とは異なる光学系配置をした際の、レンズで捕捉する散乱光の説明図を示す。照明部は実施例１で説明した照明部１０１と同じであるので、説明を省略する。本変形例では、照明強度分布制御部７を調整して斜方照明光による試料Ｗの照明領域１４０３が図９のそれに対して相対的に長くなるように設定した。本変形例における検出部１６００の構成は、変形例１において図１６Ａを用いて説明した構成と基本的には一緒なので、説明を省略する。
【００８１】
図１８において、矢印１８００はレーザによる照明の方向を示す。１８０１、１８０２はそれぞれレンズで検出する散乱光の捕捉範囲を示す。１８０３は試料面における照明パターンである。この照明パターン１８０３の長手方向は、変形例１において図１４で説明した照明パターン１４０３の長手方向に対して９０度ずれている。この長手方向の向きを９０度ずらすことは、照明強度分布制御部７の回折光学素子７１を長手方向の向きが９０度ずらすのに適した素子(図示せず)と差し替えることにより実現できる。試料の走査方向はこの照明パターン１８０３の長手方向と直交するＳ１方向になる。
【００８２】
領域１８０４は直接反射光を除去する領域であり、典型的には後段にミラー（図示せず）を設けて光路から除外する。領域１８０５は照明を透過させるため、検出領域外となる範囲である。
【００８３】
図１９は、レンズで検出する散乱光の捕捉範囲１８０１の領域を検出する検出部の瞳に入れる５分割した１／２波長板１９００の説明図である。１９０１から１９０５はそれぞれ１／２波長板１９００の分割領域を示し、試料面の散乱光の偏光方向は点線の矢印１９０６で示し、各領域の１／２波長板の進相軸を実線の矢印１９０７で示す。領域毎に波長板の進相軸を調整し、試料面からの散乱の偏光が揃うように分割された１／２波長板１９００を用いる。これにより、後段に配置する偏光ビームスプリッタによって、試料面からの散乱光を通す光路と、通さない光路に分岐させ、通さない光路で特にコントラストの高い欠陥ＳＮを得ることができるようになる。
【００８４】
図２０は図１９と異なる設計の分割１／２波長板２０００である。２００１から２００５はそれぞれ分割１／２波長板２０００の分割領域を示し、点線の矢印２００６で欠陥からの散乱光の偏光方向、実線の矢印２００７で欠陥の偏光方向を直線状にするための各領域の進相軸を示す。この分割１／２波長板２０００により、後段の偏光ビームスプリッタによって、全欠陥散乱光を分岐後の１光路に導くことが可能になる。
【００８５】
本変形例によれば、試料上の微細な欠陥からの散乱光を検出して、ＳＮ比の高い欠陥信号を得ることができるようになった。
【実施例２】
【００８６】
本発明の第２の実施例を、図を用いて説明する。  
図２１は、実施例２における検出部を直上に１つ備えた欠陥検査装置の構成を示す。本実施例における照明部は、実施例１において図１Ａで説明した照明部１０１のうち、照明強度分布制御部７ｖを介してして試料Ｗを垂直方向から照明する系を持たず、照明強度分布制御部７を介してして試料Ｗを斜方から照明光２１００で照明する光学系を備えている。照明強度分布制御部７を介してして試料Ｗを斜方から照明光２１００で照明する光学系の構成については、実施例１で説明したものと重複するので説明を省略する。
【００８７】
図２１に示した構成において、図示していない照明部からのＰ偏光の斜方照明２１００により、試料Ｗの表面を照明して得られる試料面からの光を対物レンズ２１０１により捕捉する。２１０３は分割１／２波長板であり、詳細な構造は後述する。２１０２、２１０４はリレーレンズである。２１０５は偏光ビームスプリッタであり、光路を２つに分岐する。２１０６は可動型の空間フィルタであり典型的には後方散乱光を遮光する。２１０７は分割型の１／２波長板であり、偏光ビームスプリッタ２１０８でさらに光路を２分岐するために用いる。２１０９、２１１０、２１１１は結像レンズであり、それぞれ後段のセンサ２１１２、２１１３、２１１４のセンサ面に結像させる。センサとしては典型的には二次元ＣＣＤや、ＴＤＩリニアセンサを用いる。
【００８８】
図２２に分割１／２波長板２１０３の一実施例を示す。１／２波長板２１０３は同心円状に分割した複数の１／２波長板２１０３１を組み合わせて構成したものであり、実線の矢印２２０１が進相軸となっている。点線の矢印２２０２は粒子状の欠陥からの散乱する光の偏光方向を示す。点線の矢印２２０２の偏光方向は実線の矢印２２０１で設定した進相軸の方向によって、一点鎖線の矢印２２０３の偏光に変換する。これにより、後段の偏光ビームスプリッタ２１０５により粒子状の欠陥散乱光が完全に捕捉される光路と、それ以外の光路に分離することが可能になる。ただし、非粒子状の欠陥の場合、偏光方向が粒子状のものと異なるため、すべての種類の欠陥散乱光が１つの光路で完全に捕捉されるわけではない。
【００８９】
図２３は、図２２とは異なる構成の分割１／２波長板２１０３´の実施例である。実線の矢印２３０１は分割波長板の進相軸の方向であり、図示していない照明部からの斜方照明２３００による試料Ｗの表面からの偏光２３０２を２３０３の偏光方向に変換する。進相軸の方向は、偏光ビームスプリッタ２１０５及び２１０８による光路の切り替えのみではなく、特に欠陥の散乱方向の位相が分割１／２波長板２１０３´を通過した後に領域毎にずれが最小になるように設定する。一方、試料Ｗの表面からの散乱光は位相が１８０度ずれると結像面（センサ２１１２、２１１３、２１１４のセンサ面）において輝点状の干渉が消える傾向があり、試料Ｗの表面からの散乱光の位相はなるべく揃わないように設定する。
【００９０】
図２４は、分割波長板２１０７の構成の一実施例である。ここでは図２２に示すように、対物レンズ２１０１の後段に分割波長板２１０３を配置した場合の設定を示す。分割波長板２１０７は、領域２４０３，２４０４，２４０５に分けられている。このうち、領域２４０３，２４０４とは、１／２波長板で構成されている。
【００９１】
分割波長板２１０７の領域２４０１と２４０２とにおいて、粒子状の欠陥からの散乱光の偏光方向と試料Ｗの表面からの散乱光の偏光方向が直交するため、粒子状の欠陥に対してＳＮ比の高い信号を得られる領域となる。実線の矢印２３０１は１／２波長板２４０３及び２４０４の進相軸を示し、点線の矢印２３０２は１／２波長板２４０３及び２４０４に導かれる光の偏光方向を示す。領域２４０１及び２４０２における散乱光の偏光方向は１／２波長板２４０３の進相軸と位相が１８０度ずれ、後段の偏光ビームスプリッタ２１０８を完全に透過し、センサ２１１４に導かれる。
【００９２】
一方、１/２波長板２４０３の領域２４０１及び２４０２以外の領域を透過した光は偏光ビームスプリッタ２１０８において分岐し、センサ２１１４と２１１３の両方で検出される。１/２波長板２４０４の領域を透過した光は１/２波長板２４０３の領域２４０１、あるいは２４０２を透過した光に対して偏光が９０度回転しており、この領域を透過した光はすべて偏光ビームスプリッタ２１０８で反射されてセンサ２１１３に導かれる。領域２４０５は遮光領域である。試料面からの散乱光強度が強すぎ、欠陥のコントラストが不十分な領域として遮光する。
【００９３】
センサ２１１２、２１１３、２１１４で得られたそれぞれの画像は、図１６Ａに図示したゲイン機構１６１８、１６１９、加算部１６２０のような機構を用いて加算統合を行う。また、統合方法としてはこの方法のみではなく、たとえば、統合前の画像をすべて演算ユニットに取り込み、図１３Ａの特徴量空間で、公知の判定手法、たとえば、サポートベクターマシンのような判別機を用いて欠陥とノイズを識別することも可能である。
【００９４】
本実施例によれば、上方検出系で検出した信号で、試料上の微細な欠陥からの散乱光を検出して、ＳＮ比の高い欠陥信号を得ることができるようになった。
【符号の説明】
【００９５】
２・・・光源    ３・・・アッテネータ    ４・・・出射光調整部    ５・・・ビームエキスパンダ    ６・・・偏光制御部    ７・・・照明強度分布制御部    ２４・・・照明強度分布モニタ    ５３・・・制御部    ５４・・・表示部    ５５・・・入力部    １０１・・・照明部    １０２・・・検出部    １０３・・・ステージ部    １０５・・・信号処理部
【図１Ａ】
2015197320.tif 000003
【図１Ｂ】
2015197320.tif 000004
【図１Ｃ】
2015197320.tif 000005
【図２Ａ】
2015197320.tif 000006
【図２Ｂ】
2015197320.tif 000007
【図３】
2015197320.tif 000008
【図４】
2015197320.tif 000009
【図５】
2015197320.tif 000010
【図６】
2015197320.tif 000011
【図７Ａ】
2015197320.tif 000012
【図７Ｂ】
2015197320.tif 000013
【図８】
2015197320.tif 000014
【図９】
2015197320.tif 000015
【図１０Ａ】
2015197320.tif 000016
【図１０Ｂ】
2015197320.tif 000017
【図１１Ａ】
2015197320.tif 000018
【図１１Ｂ】
2015197320.tif 000019
【図１２】
2015197320.tif 000020
【図１３Ａ】
2015197320.tif 000021
【図１３Ｂ】
2015197320.tif 000022
【図１４】
2015197320.tif 000023
【図１５Ａ】
2015197320.tif 000024
【図１５Ｂ】
2015197320.tif 000025
【図１５Ｃ】
2015197320.tif 000026
【図１５Ｄ】
2015197320.tif 000027
【図１６Ａ】
2015197320.tif 000028
【図１６Ｂ】
2015197320.tif 000029
【図１７Ａ】
2015197320.tif 000030
【図１７Ｂ】
2015197320.tif 000031
【図１８】
2015197320.tif 000032
【図１９】
2015197320.tif 000033
【図２０】
2015197320.tif 000034
【図２１】
2015197320.tif 000035
【図２２】
2015197320.tif 000036
【図２３】
2015197320.tif 000037
【図２４】
2015197320.tif 000038