(57)【要約】【課題】従来ラフネス散乱光に埋もれ検出できなかった微小欠陥を顕在化させ、観察対象の微小欠陥を確実にＳＥＭ等の観察視野内に入るよう位置出しできるようにする。【解決手段】暗視野顕微鏡と走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と制御部とを備えた観察装置において、暗視野顕微鏡を、試料に照明光を照射する照明光源と、照明光源により照明光が照射された試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、対物レンズで集光された試料からの散乱光の偏光の方向を変換する波長板と、波長板を透過した散乱光の一部を遮光して残りの部分を透過するフィルタと、フィルタを透過した散乱光を結像させる結像レンズと、結像レンズで結像させた散乱光の像を波長板で変換した偏光の方向ごとに分離して検出する検出器とを備えて構成し、制御部を、検出器で偏光の方向ごとに分離して検出した複数の画像を用いて他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める演算部を有して構成した。【選択図】図１
2015206642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を特定する暗視野顕微鏡と、
前記暗視野顕微鏡で位置を特定した前記試料上の欠陥を観察する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、
前記試料を搭載して前記暗視や顕微鏡と前記ＳＥＭとの間を移動可能なテーブルと、
前記暗視野顕微鏡と前記ＳＥＭと前記テーブルとを制御する制御部と
を備えた観察装置であって、
前記暗視野顕微鏡は、
前記試料に照明光を照射する照明光源と、
前記照明光源により照明光が照射された前記試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズで集光された前記試料からの散乱光の偏光の方向を変換する波長板と、前記波長板を透過した前記散乱光の一部を遮光して残りの部分を透過するフィルタと、
前記フィルタを透過した前記散乱光を結像させる結像レンズと、
前記結像レンズで結像させた前記散乱光の像を前記波長板で変換した偏光の方向ごとに分離して検出する検出器とを有し、
前記制御部は、前記検出器で前記偏光の方向ごとに分離して検出した複数の画像を用いて前記他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める演算部を有する
ことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２】
請求項１記載の欠陥観察装置であって、前記検出器は複数の画素を２次元に配置した構成を有し、前記２次元に配置した各画素の隣接する画素どうしは、互いに異なる偏光方向の光を検出することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項３】
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を特定する暗視野顕微鏡と、
前記暗視野顕微鏡で位置を特定した前記試料上の欠陥を観察する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、
前記試料を搭載して前記暗視や顕微鏡と前記ＳＥＭとの間を移動可能なテーブルと、
前記暗視野顕微鏡と前記ＳＥＭと前記テーブルとを制御する制御部と
を備えた観察装置であって、
前記暗視野顕微鏡は、
前記試料に照明光を照射する照明光源と、
前記照明光源により照明光が照射された前記試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズで集光された前記試料からの散乱光の偏光の方向を変換する波長板と、前記対物レンズの光軸を中心として回転可能な偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを透過した前記散乱光を結像させる結像レンズと、
前記結像レンズで結像させた前記散乱光の像を検出する検出器とを有し、
前記制御部は、前記偏光ビームスプリッタを前記光軸を中心として回転させることにより検出器で検出した複数の画像を用いて前記他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める演算部を有する
ことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項４】
請求項１又は３に記載の欠陥観察装置であって、前記分布波長板はラジアル偏光及びアジマス偏光をそれぞれ互いに異なる直線偏光に変換することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項５】
請求項１又は３に記載の欠陥観察装置であって、前記演算部は前記検出器で検出した互いに異なる複数の偏光方向の画像の輝度値についてしきい値処理を行い、欠陥候補を算出することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項６】
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を特定する暗視野顕微鏡と、
前記暗視野顕微鏡で位置を特定した前記試料上の欠陥を観察する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、
前記試料を搭載して前記暗視や顕微鏡と前記ＳＥＭとの間を移動可能なテーブルと、
前記暗視野顕微鏡と前記ＳＥＭと前記テーブルとを制御する制御部と
を備えた観察装置であって、
前記暗視野顕微鏡は、
前記試料に照明光を照射する照明光源と、
前記照明光源により照明光が照射された前記試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、
前記対物レンズで集光された前記試料からの散乱光の一部を遮光する遮光領域を有して前記遮光領域を変更可能なフィルタと、
前記フィルタの前記遮光領域以外の部分を透過した前記散乱光を結像させる結像レンズと、
前記結像レンズで結像させた前記散乱光の像を検出する検出器とを有し、
前記制御部は、前記フィルタの遮光領域を変えて前記検出器で出した複数の画像を用いて前記他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める演算部を有する
ことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項７】
請求項６記載の欠陥観察装置であって、前記演算部は、前記フィルタの遮光領域を変えて前記検出器で出した複数の画像における輝度値の変化量に基づいて前記欠陥位置を特定することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項８】
請求項７記載の欠陥観察装置であって、前記演算部は、前記輝度値の変化量として前記輝度値の減衰量に基づいて前記欠陥位置を特定することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項９】
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像した画像を用いて特定し、
前記暗視野顕微鏡で位置を特定した前記試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する
欠陥観察方法であって、
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像することを、
前記試料に照明光源から発射された照明光を照射て前記試料から発生した散乱光を対物レンズで集光し、
前記対物レンズで集光した前記試料からの散乱光を波長板を透過させて前記散乱光の偏光の方向を変換し、
前記波長板を透過した前記散乱光をフィルタに入射させて一部を遮光して残りの部分を透過させ、
前記フィルタを透過した前記散乱光を結像させて前記散乱光の像を前記波長板で変換した偏光の方向ごとに分離して検出し、
前記偏光の方向ごとに分離して検出した複数の画像を用いて前記他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める
ことを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１０】
請求項９記載の欠陥観察方法であって、前記散乱光の像を複数の画素を２次元に配置して、前記２次元に配置した各画素の隣接する画素どうしは、互いに異なる偏光方向の光を検出することを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１１】
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像した画像を用いて特定し、
前記暗視野顕微鏡で位置を特定した前記試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する
欠陥観察方法であって、
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像することを、
前記試料に照明光源から発射された照明光を照射して前記試料から発生した散乱光を対物レンズで集光し、
前記対物レンズで集光した前記試料からの散乱光を波長板を透過させて前記散乱光の偏光の方向を変換し、
前記対物レンズの光軸を中心として回転可能な偏光ビームスプリッタを透過した前記散乱光を結像させて前記散乱光の像を検出することを前記偏光ビームスプリッタの角度を変えて複数回行い、
前記偏光ビームスプリッタの角度を変えて複数回検出して得た複数の画像を用いて前記他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める
ことを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１２】
請求項９又は１１に記載の欠陥観察方法であって、前記波長板を透過させて前記散乱光の偏光の方向を変換することを、ラジアル偏光及びアジマス偏光をそれぞれ互いに異なる直線偏光に変換することを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１３】
請求項９又は１１に記載の欠陥観察方法であって、前記検出した互いに異なる複数の偏光方向の画像の輝度値についてしきい値処理を行い、欠陥候補を算出することを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１４】
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像した画像を用いて特定し、
前記暗視野顕微鏡で位置を特定した前記試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する
欠陥観察方法であって、
他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像することを、
前記試料に照明光源から発射された照明光を照射して前記試料から発生した散乱光を対物レンズで集光し、
前記対物レンズで集光した前記試料からの散乱光を遮光領域が変更可能なフィルタを透過させ結像させて前記散乱光の像を検出することを前記フィルタの遮光領域を変更して複数回実行して複数の画像を検出し、
前記フィルタの遮光領域を変えて検出した複数の画像を用いて前記他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める
ことを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の欠陥観察方法であって、前記欠陥位置を求めることを、前記フィルタの遮光領域を変えて検出した複数の画像における輝度値の変化量により欠陥位置を特定することを特徴とする欠陥観察方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の欠陥観察方法であって、前記輝度値の変化量が減衰量であることを特徴とする欠陥観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、欠陥検査装置で検出した試料表面、または表面近傍に存在する欠陥等を観察する欠陥観察方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、観察の対象となる欠陥も微細化しており、光学顕微鏡にて再検出の対象とする欠陥も微細となってきている。ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）式の欠陥観察装置で半導体ウェハ上の欠陥の詳細を観察するためには、欠陥検査装置から得られた位置情報を元にＳＥＭの視野（ＦＯＶ：Ｆｉｅｌｄ  ｏｆ  Ｖｉｅｗ）内に異物又はショートや断線などのパターン欠陥（以下、これらを総称して欠陥と記述する）が入るように位置出しし、画像を撮像する必要がある。この際、検査装置の検出位置精度が低い場合や、ＳＥＭと検査装置の基準座標のずれが大きい場合には、ＳＥＭのＦＯＶ内に欠陥が入らない場合があるため、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欠陥観察装置に装着された光学顕微鏡で試料上の位置を再検出し、検査装置で検出して得た欠陥の位置情報を修正し、ＳＥＭにより欠陥を撮像する。
【０００３】
ＳＥＭによる欠陥観察を目的として、試料上の位置を再検出するのに用いられる光学顕微鏡は、半導体ウェハ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することで欠陥の位置を特定する。ここで、照明波長よりも十分小さな物体からの散乱は、レイリー散乱であり、散乱体の粒子径の６乗に比例するため、測定対象の欠陥サイズが小さくなるに従って、欠陥散乱光強度は急激に減少し、試料表面ラフネスからの散乱光（ラフネス散乱光）に埋もれる可能性がある。欠陥散乱光量の強度を高くするため、高強度照明を使用し、蓄積時間を長くした場合においても、欠陥サイズが小さくなることにより欠陥とラフネス散乱光の分離に十分な欠陥散乱光強度が得られず、ラフネス散乱光に埋もれて正しく欠陥を検出できなくなる。結果、欠陥の正確な位置が得られず、ＳＥＭのＦＯＶ内に欠陥が入らず、詳細な欠陥観察ができなくなるといった課題があった。
【０００４】
ラフネス散乱光から欠陥散乱光を分離させる方法として、散乱光の特定の偏光方向における強度分布の違いを利用し、瞳面上に配置したフィルタ（マスクや偏光子、分布波長板）により欠陥散乱光を選択的に透過し、ラフネス散乱光に対して欠陥散乱光を顕在化する方法が、特許文献１に記載されている。
【０００５】
また、ラフネス散乱光から欠陥散乱光を分離させる別の方法として、特定の偏光方向における散乱光強度の違いを利用し、複数の互いに異なる偏光方向の散乱光を分離し、複数の検出器で別々に検出した各偏光方向の散乱光強度を比較することでラフネス散乱光に対して欠陥散乱光を顕在化する方法が特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１０６９７４号公報
【特許文献２】特開２０１２−０２６７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、ウェハラフネス散乱光から欠陥散乱光を分離させる方法として、散乱光の特定の偏光方向における強度分布の違いを利用し、瞳面上に配置したフィルタ（マスクや偏光子、分布波長板）により欠陥散乱光を選択的に透過し、ラフネス散乱光に対して欠陥散乱光を顕在化する方法が記載されているが、ラフネス散乱光はフィルタで完全に遮光されるわけではなく、フィルタ領域外のラフネス散乱光は検出器で検出される。また、欠陥の散乱光は欠陥の寸法が小さくなるほど散乱光強度が低下する。このため、欠陥寸法の微細化などによって欠陥散乱光の強度自体が小さくなることで欠陥散乱光とフィルタ領域外のラフネス散乱光の強度差が小さくなった場合、欠陥散乱光がラフネス散乱光に埋もれて欠陥を検出できなくなる恐れがある。
【０００８】
また、ラフネス散乱光から欠陥散乱光を分離させる別の方法として、特許文献２には、特定の偏光方向における散乱光強度の違いを利用し、複数の互いに異なる偏光方向の散乱光を分離し、複数の検出器で別々に検出した各偏光方向の散乱光強度を比較することでラフネス散乱光に対して欠陥散乱光を顕在化する方法が記載されているが、欠陥散乱光を顕在化するためには、複数の検出器で別々に撮像された各偏光方向の結像画像について、空間的に同じあるいは近傍位置の散乱光強度を比較する必要がある。しかし、この方法では複数の検出器によって別々に各偏光方向の結像画像を撮像するため、各偏光方向の結像画像は空間的な画素間の対応が保証されない。そのため、各偏光方向の結像画像について同じあるいは近傍位置の散乱光強度の比較ができず、欠陥散乱光を顕在化させることができない恐れがある。
【０００９】
本発明は、上記した従来技術の課題を解決して、従来ラフネス散乱光に埋もれ検出できなかった微小欠陥を顕在化させ、光学式欠陥検出装置で検出した欠陥をＳＥＭ等によって詳細に観察する場合において、観察対象の微小欠陥を確実にＳＥＭ等の観察視野内に入るよう位置出しできるようにすることによって、微小欠陥の観察を効率よく行うことを可能にする欠陥検察方法及びその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を特定する暗視野顕微鏡と、暗視野顕微鏡で位置を特定した試料上の欠陥を観察する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、試料を搭載して暗視野顕微鏡とＳＥＭとの間を移動可能なテーブルと、暗視野顕微鏡とＳＥＭとテーブルとを制御する制御部とを備えた観察装置において、暗視野顕微鏡を、試料に照明光を照射する照明光源と、照明光源により照明光が照射された試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、対物レンズで集光された試料からの散乱光の偏光の方向を変換する波長板と、波長板を透過した散乱光の一部を遮光して残りの部分を透過するフィルタと、フィルタを透過した散乱光を結像させる結像レンズと、結像レンズで結像させた散乱光の像を波長板で変換した偏光の方向ごとに分離して検出する検出器とを有して構成し、制御部には、検出器で偏光の方向ごとに分離して検出した複数の画像を用いて他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める演算部を備えて構成した。
【００１１】
また、上記の課題を解決するため、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を特定する暗視野顕微鏡と、暗視野顕微鏡で位置を特定した試料上の欠陥を観察する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、試料を搭載して暗視や顕微鏡とＳＥＭとの間を移動可能なテーブルと、暗視野顕微鏡とＳＥＭとテーブルとを制御する制御部とを備えた観察装置において、暗視野顕微鏡を、試料に照明光を照射する照明光源と、照明光源により照明光が照射された試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、対物レンズで集光された試料からの散乱光の偏光の方向を変換する波長板と、対物レンズの光軸を中心として回転可能な偏光ビームスプリッタと、偏光ビームスプリッタを透過した散乱光を結像させる結像レンズと、結像レンズで結像させた散乱光の像を検出する検出器とを有して構成し、制御部は、偏光ビームスプリッタを光軸を中心として回転させることにより検出器で検出した複数の画像を用いて他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める演算部を備えて構成した。
【００１２】
また、上記の課題を解決するため、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を特定する暗視野顕微鏡と、暗視野顕微鏡で位置を特定した試料上の欠陥を観察する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と、試料を搭載して暗視や顕微鏡とＳＥＭとの間を移動可能なテーブルと、暗視野顕微鏡とＳＥＭとテーブルとを制御する制御部とを備えた観察装置において、暗視野顕微鏡を、試料に照明光を照射する照明光源と、照明光源により照明光が照射された試料から発生した散乱光を集光する対物レンズと、対物レンズで集光された試料からの散乱光の一部を遮光する遮光領域を有して遮光領域を変更可能なフィルタと、フィルタの遮光領域以外の部分を透過した散乱光を結像させる結像レンズと、結像レンズで結像させた散乱光の像を検出する検出器とを有して構成し、制御部を、フィルタの遮光領域を変えて検出器で出した複数の画像を用いて他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求める演算部を有して構成した。
【００１３】
また、上記の課題を解決するため、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像した画像を用いて特定し、暗視野顕微鏡で位置を特定した試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する欠陥観察方法において、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像することを、試料に照明光源から発射された照明光を照射て試料から発生した散乱光を対物レンズで集光し、対物レンズで集光した試料からの散乱光を波長板を透過させて散乱光の偏光の方向を変換し、波長板を透過した散乱光をフィルタに入射させて一部を遮光して残りの部分を透過させ、フィルタを透過した散乱光を結像させて散乱光の像を波長板で変換した偏光の方向ごとに分離して検出し、偏光の方向ごとに分離して検出した複数の画像を用いて他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求めるようにした。
【００１４】
また、上記の課題を解決するため、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像した画像を用いて特定し、暗視野顕微鏡で位置を特定した試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する欠陥観察方法において、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像することを、試料に照明光源から発射された照明光を照射して試料から発生した散乱光を対物レンズで集光し、対物レンズで集光した試料からの散乱光を波長板を透過させて散乱光の偏光の方向を変換し、対物レンズの光軸を中心として回転可能な偏光ビームスプリッタを透過した散乱光を結像させて散乱光の像を検出することを偏光ビームスプリッタの角度を変えて複数回行い、偏光ビームスプリッタの角度を変えて複数回検出して得た複数の画像を用いて他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求めるようにした。
【００１５】
また、上記の課題を解決するため、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像した画像を用いて特定し、暗視野顕微鏡で位置を特定した試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する欠陥観察方法において、他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置を暗視野顕微鏡で撮像することを、試料に照明光源から発射された照明光を照射て試料から発生した散乱光を対物レンズで集光し、対物レンズで集光した試料からの散乱光を遮光領域が変更可能なフィルタを透過させ結像させて散乱光の像を検出することをフィルタの遮光領域を変更して複数回実行して複数の画像を検出し、フィルタの遮光領域を変えて検出した複数の画像を用いて他の検査装置で検出した欠陥候補の位置を求めるようにした。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば従来ラフネス散乱光に埋もれ検出できなかった微小欠陥を顕在化させることができ、光学式欠陥検出装置で検出した欠陥をＳＥＭ等によって詳細に観察する場合において、観察対象の微小欠陥を確実にＳＥＭ等の観察視野内に入るよう位置出しすることによって微小欠陥の観察が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態における光学顕微鏡の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態において取得される暗視野画像である。
【図３Ａ】瞳面におけるラフネス散乱光のラジアル偏光の強度分布を示すラジアル偏光強度分布図である。
【図３Ｂ】瞳面におけるラフネス散乱光のアジマス偏光の強度分布を示すアジマス偏光強度分布図である。
【図３Ｃ】瞳面における微小異物からの散乱光のラジアル偏光の強度分布を示すラジアル偏光強度分布図である。
【図３Ｄ】瞳面における微小異物からの散乱光のアジマス偏光の強度分布を示すアジマス偏光強度分布図である。
【図４Ａ】本発明の実施形態における欠陥撮像の手順を示すフロー図である。
【図４Ｂ】本発明の実施形態における光学検査装置で欠陥位置を特定する手順において、ラジアル偏光成分とアジマス偏光成分との強度に基づいて欠陥位置を特定する手順を示すフロー図である。
【図４Ｃ】本発明の実施形態における光学検査装置で欠陥位置を特定する手順において、フィルタを介して得た画像とフィルタを介さずに得た画像とを用いて欠陥位置を特定する手順を示すフロー図である。
【図４Ｄ】本発明の実施形態における光学検査装置で欠陥位置を特定する手順において、ラジアル偏光成分とアジマス偏光成分との強度及びフィルタを介して得た画像とフィルタを介さずに得た画像とを用いて欠陥位置を特定する手順を示すフロー図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態において、分布波長板を用いて瞳面においてラジアル偏光をＰ偏光に変換する例を説明する図である。
【図５Ｂ】本発明の実施形態において、１／２波長板の偏光の方向を回転させることを説明する図である。
【図５Ｃ】本発明の実施形態において、分布波長板を用いて瞳面においてアジマス偏光をＰ偏光に変換する例を説明する図である。
【図６Ａ】本発明の実施形態において、分布波長板によってＰ偏光及びＳ偏光に変換されたラジアル偏光及びアジマス偏光を一つの結像面上で空間的な対応が保証されたそれぞれ別々の画像として撮像する検出器の平面図である。互いに異なる偏光方向の結像画像を別々に撮像するための検出器を説明した図である。
【図６Ｂ】本発明の実施形態において、分布波長板によってＰ偏光及びＳ偏光に変換されたラジアル偏光及びアジマス偏光を一つの結像面上で空間的な対応が保証されたそれぞれ別々の画像として撮像する検出器の正面図である。
【図６Ｃ】本発明の実施形態において、検出器で検出したＰ偏光の画像とＳ偏光の画像とをそれぞれ分けて処理する画像処理部の構成を示すブロック図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態における瞳面上に配置するフィルタの形状の例を説明する図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態における瞳面上に配置するフィルタの形状の例を説明する図である。
【図７Ｃ】本発明の実施形態における瞳面上に配置するフィルタの形状の例を説明する図である。
【図７Ｄ】本発明の実施形態における瞳面上に配置するフィルタの形状の例を説明する図である。
【図７Ｅ】本発明の実施形態における瞳面上に配置するフィルタの形状の例を説明する図である。
【図８Ａ】本発明の実施形態における瞳面上のフィルタを配置した際のラフネスにより発生するラジアル偏光の強度分布を示すラジアル偏光強度分布図である。
【図８Ｂ】本発明の実施形態における瞳面上のフィルタを配置した際の欠陥により発生するラジアル偏光の強度分布を示すラジアル偏光強度分布図である。
【図９Ａ】瞳面上にフィルタを配置しない状態で検出したＰ偏光画像とＳ偏光の画像における検出信号の分布を示すグラフである。
【図９Ｂ】瞳面上にフィルタを配置した状態で検出したＰ偏光画像とＳ偏光の画像における検出信号の分布を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態における欠陥位置の特定結果を表示し、欠陥位置特定に用いるパラメータを設定するためのＧＵＩの図である。
【図１１】本発明の実施形態における欠陥観察装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態における欠陥観察装置を用いて欠陥位置を特定し、欠陥観察を行う手順を示すフロー図である。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態における光学顕微鏡を用いて欠陥位置を特定する手順を示すフロー図である。
【図１３】本発明の実施形態におけるフィルタとしてＤＭＤを用いた光学顕微鏡の概略の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態におけるＰＢＳを用いて検出画像の偏光の状態を切り替える構成を有する光学顕微鏡の概略の構成を示すブロック図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態における検出器でＰ偏光の画像を検出する画素とＳ偏光の画像を検出する画素とを縦方向に１画素ずつ並べて１セットとする画素の組み合わせを示す検出器の部分平面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態における検出器でＰ偏光の画像を検出する画素とＳ偏光の画像を検出する画素とを横方向に１画素ずつ並べて１セットとする画素の組み合わせを示す検出器の部分平面図である。
【図１５Ｃ】本発明の実施形態における検出器でＰ偏光の画像を検出する画素とＳ偏光の画像を検出する画素とを縦方向と横方向にそれぞれ交互に並べて９画素で１セットとする画素の組み合わせを示す検出器の部分平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明は、暗視野光学顕微鏡を用いて欠陥を検出する際に、微細な欠陥を検出することを可能にする欠陥検出方法及びその装置並びにこの欠陥検出装置を用いて他の検査装置で検出した欠陥を観察する方法及びその装置に関するものである。
【００１９】
以下に、図を用いて本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
まず、本発明による欠陥観察装置における暗視野光学顕微鏡を用いた欠陥観察装置１００の実施例を、図１を用いて説明する。
【００２１】
図１に示した本実施例による欠陥観察装置１００は、光学顕微鏡１０１、画像処理部１２０、演算部１３０、入出力部１６０、記憶部１５０、制御部１４０を備えて構成される。また、図１の欠陥観察装置１００には図示していないが、光学顕微鏡１０１で検出した欠陥を詳細に観察するためのＳＥＭを備えている。制御部１４０は、図示していない通信手段で外部のデータ処理装置と接続されている。
【００２２】
結像系の光学顕微鏡１０１は、照明ユニット１０２、試料１０３よりの散乱光ウェハの像を撮像素子１１５へ結像させる結像光学系１１４を適宜用いて構成されている。撮像素子１１５は、画素毎に透過する偏光方向が設定されている撮像素子であって、互いに異なる偏光成分の結像画像を同時に取得することが可能な素子である。また、分布波長板１０９は場所ごとに異なる光学軸を有する波長板であり、互いに異なる偏光方向が混在している光の偏光方向をそれぞれ場所ごとに設定された光学軸によって場所ごとに別の方向に変換する光学素子である。撮像素子１１５及び分布波長板１０９の詳細については後述する。
【００２３】
結像光学系１１４は、対物レンズ１０６、結像レンズ１１３、対物レンズ１０６と結像レンズ１１３の間の瞳面１１０上に配置された空間分布光学素子(フィルタ)１１２及び空間分布光学素子切り替え機構１１１、対物レンズの高さ制御機構１０７、瞳面１１０上に配置された偏光方向を変換する素子（分布波長板）１０９、撮像素子１１５を適宜備えて構成されている。なお、瞳面及び瞳面付近を含む位置を瞳面１１０と呼ぶこととする。
【００２４】
演算部１３０は、記憶部１５０に記憶されている保存データを参照し、他の保存データや光学顕微鏡１０１から取得したデータと比較し、処理する信号比較演算部１３１と、取得したデータや記憶部に保存された保存データ、信号比較演算部１３１によって比較された結果を用いて撮像された結像画像上の座標（欠陥位置）を算出する欠陥位置算出部１３２を備えている。
【００２５】
制御部１４０は、フィルタ１１２の種類の変更やフィルタの瞳面上からの出し入れ及びフィルタの透過領域を制御するフィルタ制御部１４１を有する。フィルタ１１２についての詳細は後述する。信号比較演算部１３１及び欠陥位置算出部１３２における処理の詳細については後述する。
【００２６】
照明光学系ユニット１０２は、光源１１６、光源１１６より照射される光線をウェハ１０３上に集光照射するための集光レンズ１１７を適宜用いて構成される。
【００２７】
高さ制御機構１０７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１１４の光軸１０８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できる。
【００２８】
本実施例においては、フィルタ１１２は瞳面１１０の一部を空間的に遮光する素子であり、特性の異なる（すなわち遮光及び透過領域が異なる）フィルタ１１２を複数保持し、切り替え可能なフィルタホルダ１１１を瞳面１１０に挿入した構成としている。
【００２９】
また、フィルタホルダ１１１は駆動することができ（図１においては、矢印の方向に前後に駆動することを記載したが、光軸１０８と平行な軸を中心として回動するように構成してもよい）、瞳面１１０上にフィルタホルダ１１１で保持する複数のフィルタ１１２の中から選択したフィルタ１１２を光軸１０８上に挿入する。フィルタホルダ１１１で保持するフィルタは一つ(１種類)だけであっても良い。
【００３０】
また、フィルタホルダ１１１は、フィルタ１１２を使用しない場合には、撮像素子１１５で取得する画像が乱れることを回避する為に、フィルタ１１２が対物レンズ１０６の視野から外れるようにフィルタホルダ１１１の位置を設定して観察する。又は、フィルタホルダ１１１にフィルタ１１２と同厚の平行平板ガラスを設置した場所へ切り替える。フィルタ１１２と同厚の平行平板ガラスを設置するのは、フィルタ１１２を外すと光路長が変化して撮像素子１１５にウェハ１０３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、像を結像させる結像レンズ１１３又は撮像素子１１５の位置を調整し、撮像素子１１５に結像させる機構を用いても良い。
【００３１】
また、フィルタ１１２としてＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いる方法も考えられる。ＤＭＤは光を反射する小型（マイクロメートルオーダーのサイズ）のミラーを多数板上に配置した光学素子であり、ミラーによる反射方向をミラーごとに制御可能である。反射方向を光軸上に制御することで、特定の場所における光を光軸に反射することができる。また、特定の場所の反射方向を光軸外に制御することで、光軸上では特定の場所の光が光軸上には反射されず、遮光されたような状態となる（以下、説明の都合上、光の反射方向を光軸外に制御することを遮光すると呼ぶ）。各位置におけるミラーの反射方向を制御することで、特定位置のみを遮光するような制御を行うことが可能である。
【００３２】
図１の光学顕微鏡１０１は、構成の説明のために簡略化しているが、ＤＭＤをフィルタ１１２として用いる場合、ＤＭＤは設定した一部あるいは全ての領域の光を反射させる光学素子であり、光を透過させることはできない。このため、フィルタ１１２としてＤＭＤを用いる場合、図１３に示す光学顕微鏡１３０１のように光路を工夫する必要がある。
【００３３】
図１３に示した光学顕微鏡１３０１は、照明ユニット１０２、対物レンズ１０６、分布波長板１０９、光をＤＭＤで構成したフィルタ１１２方向に反射させるミラー１３１１、ＤＭＤで構成したフィルタ１１２で反射された光を結像する結像レンズ１１３、検出器１１５を備えて構成されている。フィルタ１１２はミラー１３１１によって反射された光の光軸上１３２１に配置し、結像レンズ１１３はＤＭＤで構成されたフィルタ１１２によって反射される光の光軸１３２２上に配置することでＤＭＤをフィルタ１１２として利用することが可能となり、ＤＭＤにより瞳面１１０の一部あるいは全てを遮光することや、あるいは遮光しないといった瞳面１１０のフィルタリングが可能となる。
【００３４】
なお、説明の都合上、ＤＭＤを用いる場合においても、光軸１３２２に反射させる光を透過した光と呼び、光軸１３２２に反射する領域を透過領域、光軸１３２２に反射させない領域を遮光領域と呼ぶ。
【００３５】
また、フィルタ１１２に、ＤＭＤの代わりに液晶を用いて、フィルタ１１２の透過領域を電気的に変更することで、フィルタホルダ１１１を必要としない構成とすることもできる。この場合、フィルタ１１２を構成する個々の液晶素子を駆動して光の透過、不透過を制御することにより、フィルタ１１２を構成する液晶により瞳面１１０をフィルタリングするか否かを変更することができる。
【００３６】
フィルタホルダ１１１の代わりに、フィルタ１１２にＤＭＤや液晶を用いることで、フィルタ交換に要する時間を短縮でき、スループットが向上する効果や、前述のフィルタ１１２を外すことにより光路長が変化する問題を回避することができるといった効果がある。
【００３７】
本実施例においては、対物レンズ１０６と結像レンズ１１３は２個１組で、ウェハ１０３の像を撮像素子１１５の検出面上へ結像させる。本実施例においては、対物レンズ１０６と結像レンズ１１３以外に複数組のレンズを光軸１０８上に配置しても良い。
【００３８】
ここで、光学顕微鏡１０１は結像レンズ１１３を有する結像系の光学顕微鏡である。結像レンズ１１３を有さない集光系の光学顕微鏡は、対物レンズ１０６で捕捉した散乱光が生じた領域内(光学顕微鏡の視野内)の欠陥の有無を検出できるが、領域内(光学顕微鏡の視野内)の位置を特定することができない。これに対して、結像系の光学顕微鏡１０１は、結像レンズ１１３により結像し、結像画像を得ることで、対物レンズ１０６によって捕捉した散乱光が生じた領域内を画像内の画素に分割した情報を得ることができる。散乱光が生じた領域内を結像画像内の画素に分割し、結像画像内の欠陥位置を特定することで、散乱光が生じた領域内における欠陥の詳細な位置を特定し、検出の位置精度を高くすることができるといった利点がある。結像系の光学顕微鏡１０１は検出の位置精度が高いことから、光学顕微鏡１０１によって検出された欠陥の検出位置を光学顕微鏡１０１よりも大きい拡大倍率のＳＥＭにより撮像することで、ＳＥＭのＦＯＶ内に欠陥が入るよう撮像することができる。
【００３９】
次に、図２を用い、欠陥検出を妨げる暗視野画像中のラフネス散乱光について説明する。暗視野画像２００は、数十ｎｍサイズの欠陥散乱光を結像した暗視野画像である。暗視野画像２００中の輝点２０１は欠陥の散乱光像、それ以外の例えば点線の楕円２０４で囲んだ領域内に存在する輝点はラフネスからの散乱光像である。欠陥からの散乱光像は、照明光（電磁波）によって欠陥自体が振られ分極することにより発生した電磁波の像であり、欠陥散乱光は欠陥からのみ発生している。一方、ラフネスからの散乱光像は、照明の照射領域全域の数Aサイズの表面凹凸が分極することで生じた散乱光が干渉して生じたスペックルパターン像である。
【００４０】
結像画像における欠陥散乱光像とラフネス散乱光像の輝度はそれぞれの散乱光強度に関係しており、一般には散乱光強度が高くなるほど結像画像における輝度が高くなる。
【００４１】
欠陥散乱光とラフネス散乱光は、散乱光の偏光強度分布が異なる。図２の例では一つの偏光方向における暗視野画像の例を示したが、本発明では偏光方向毎に暗視野画像を取得し、画像中の各画素について偏光方向毎の輝度値を比較することにより、欠陥からの散乱光像とラフネスからの散乱光像を弁別する。
【００４２】
以下、図３Ａ乃至図３Ｄを用いてラフネス散乱光と欠陥散乱光の偏光方向による散乱光強度の違いについて説明する。偏光方向は光学系の構成などによって変化するが、以下では説明のため各偏光方向を以下で定義する。
【００４３】
瞳面１１０上において光軸に対し放射線方向に振動する偏光方向をラジアル偏光、ラジアル偏光に直交し、かつ光軸に対し垂直な面に平行に振動する偏光方向（同心円方向に振動する偏光方向）をアジマス偏光とする。
【００４４】
また、瞳面１１０内で一様な偏光方向であって、光軸に直交する平面に平行で、照明入射方向に平行な方向をＸ方向、照明入射方向に垂直な方向をＹ方向としたときに、光軸に直交する平面に平行かつ瞳面上でＸ方向の直線偏光をＰ偏光、光軸に直交する平面に平行かつＰ偏光に直交する方向（Ｙ方向）の直線偏光をＳ偏光とする。
【００４５】
図３Ａ乃至図３Ｄに、散乱光シミュレーションによって算出された、基板表面の微小凹凸からの散乱光（ラフネス散乱光）及び微小異物からの散乱光の瞳面１１０上におけるラジアル及びアジマス偏光の強度分布の例を示す。
【００４６】
図３Ａにラフネス散乱光のラジアル偏光における強度分布３０１、図３Ｂにラフネス散乱光のアジマス偏光における強度分布３０２を示す。図３Ｃに、微小異物（球状異物）からの散乱光におけるラジアル偏光の強度分布３０３、図３Ｄに微小異物からの散乱光におけるアジマス偏光の強度分布３０４を示す。
【００４７】
図３Ａ乃至図３Ｄにおける領域３１０は散乱光強度の高い領域、領域３１１は散乱光強度がやや高い領域、領域３１２は散乱光強度のやや低い領域、領域３１３は散乱光強度の低い領域である。軸３２０は、照明の入射光軸を瞳面１１０上に対応させた軸である。
【００４８】
図３Ａ及び図３Ｃより、ラジアル偏光について、ラフネスからの散乱光は、照明入射３２１側（後方散乱）で強度が高く、瞳面１１０の照明出射３２２側(前方散乱)の一部の領域上でラジアル偏光の強度が高いが、微小異物からの散乱光は、瞳面１１０上の円周上の広い領域でほぼ等方的に強度が高いことが分かる。一方、図３Ｂ及び図３Ｄのアジマス偏光については、ラフネスからの散乱光は、瞳面１１０の中央付近にやや強度が高い領域があるが、微小異物からの散乱光では、強度が低い領域しかないことがわかる。
【００４９】
以上の説明では、ラフネスのみあるいは微小異物のみの散乱光における瞳面１１０上の強度分布について説明したが、実際には、瞳面１１０上ではラフネス及び微小異物の散乱光は混在している。加えて、検出器１１５によって撮像可能な暗視野画像２００は、瞳面１１０の散乱光強度分布の画像ではなく、瞳面１１０を結像レンズによって結像した結像後の画像であることから、実際に撮像される画像はラフネス及び微小異物の散乱光が混在した散乱光強度分布の瞳面を結像レンズによって結像した画像となる。
【００５０】
上述のラフネス及び微小欠陥の瞳面１１０上での散乱光分布における特性の違いから、微小異物に対応する散乱光を弁別し、その結像位置、すなわち撮像素子１１５上の位置を検出することで、欠陥位置の候補となる座標（欠陥候補）を特定することが可能である。
【００５１】
さらに、本発明では、図３Ａ乃至図３Ｄに示したラフネス及び微小異物の瞳面上１１０における散乱光の偏光強度分布の違いを利用して欠陥候補を精査し、ラジアル偏光の暗視野画像とアジマス偏光の暗視野画像の輝度値比較だけでは弁別しきれないラフネス領域を除外する。図３Ａに示したようなラジアル偏光におけるラフネス散乱光の強度が高い領域３１０，３１１，３１２を遮光するフィルタ１１２を瞳面上１１０上に配置すると、強度分布の違いにより、ラフネス散乱光におけるラジアル偏光の強度は大きく低下するが、図３Ｃに示したように円周上の広い領域でほぼ均等に強度が高い微小異物の散乱光におけるラジアル偏光の強度の低下はラフネス散乱光ほど大きくない。この特性を利用して、欠陥候補のフィルタが配置されていない場合のラジアル偏光強度とフィルタが配置された際のラジアル偏光強度を信号比較演算部１３１にて比較して散乱光強度の低下の程度が小さい欠陥候補を抽出し、欠陥位置算出部１３２にて抽出した欠陥候補の位置を算出する。
【００５２】
以上では、欠陥の一例として微小異物における散乱光の瞳面１１０上における強度分布とラフネス散乱光の強度分布の違いを説明したが、他の欠陥種（たとえばスクラッチなど）では瞳面１１０上の散乱光強度分布が異なる。この場合、フィルタ１１２を、欠陥種ごとの散乱光分布の特性に合わせて、透過領域が異なるフィルタに変更すれば良い。フィルタ１１２の変更はフィルタホルダ１１１を用いても行っても良いし、ＤＭＤや液晶などによって透過領域を変更しても良い。
【００５３】
図４を用いて本発明における欠陥撮像のフローについて説明する。  
図４Ａに、光学顕微鏡を用いてウェハ上の欠陥の位置を特定し、ＳＥＭを用いてその位置を特定した欠陥を撮像するフローの一例を示す。
【００５４】
まず、ウェハ１０３を他の欠陥検査装置で検査して得られた欠陥位置情報を基に、ウェハ１０３に光学顕微鏡１０１の照明ユニット１０２からの照明が照射されるようにステージ１０４を移動させる（Ｓ４０１）。
【００５５】
次に、光学顕微鏡１０１でウェハ１０３上の欠陥を撮像し、演算部１３０により欠陥位置を特定する（Ｓ４０２）。  
次に、ステージ１０４をＳＥＭによる試料観察位置に移動させて、Ｓ４０２で特定された欠陥位置についてＳＥＭを用いて欠陥を撮像する（Ｓ４０３）。
【００５６】
図４Ｂ乃至図４Ｄに、本発明における光学式顕微鏡による欠陥位置特定処理（Ｓ４０２）の詳細なフローを示す。  
まず、図４Ｂを用いて、偏光成分の強度に基づいて欠陥候補を抽出する方法について説明する。
【００５７】
まず、瞳面１１０上のフィルタ１１２によるフィルタリングを行わない状態でラジアル、アジマス各偏光成分の結像画像取得する（Ｓ４１１）。フィルタ１１２によるフィルタリングを行わないようにするには、フィルタホルダ１１１によってフィルタ１１２を外す他、ＤＭＤや液晶などを用いてフィルタの透過領域を動的に変化させることで実現できる。ラジアル、アジマス偏光成分の結像画像を別々に取得する具体的方法については後述する。
【００５８】
次に、Ｓ４１１で撮像したラジアル、アジマス偏光成分の結像画像について、それぞれ同じあるいは近傍位置の画素の輝度値を信号比較演算部１３１にて比較し、欠陥位置特定部１３２にて欠陥候補を算出する（Ｓ４１２）。欠陥候補算出の具体的な方法については後述する。
【００５９】
次に、図４Ｃを用いて、フィルタの有無により撮像された画像を用いて欠陥候補を抽出する方法について説明する。  
まず、図４ＢのＳ４１１と同様に、瞳面１１０上のフィルタ１１２によるフィルタリングを行わない状態でラジアル、アジマス各偏光成分の結像画像取得する（Ｓ４１１）。続いて、瞳面のラフネス散乱光強度が高い領域を遮光するフィルタ１１２によるフィルタリングを行う状態でラジアル、アジマス各偏光成分の結像画像を取得する（Ｓ４１３）。次に、Ｓ４１１及びＳ４１３で取得したフィルタリングなし時及びフィルタリングあり時のラジアル、アジマス偏光の強度を信号比較演算部１３１にて比較する（Ｓ４１４）。
【００６０】
最後にＳ４１４の比較に基づいて欠陥位置特定部１３２にて欠陥位置を特定する（Ｓ４１５）。Ｓ４１４及びＳ４１５による欠陥位置の特定方法については後述する。
【００６１】
次に、図４Ｂで説明した方法と図４Ｃで説明した方法とを統合した欠陥の位置を特定する方法について、図４Ｄを用いて説明する。  
まず、瞳面１１０上のフィルタ１１２によるフィルタリングを行わない状態でラジアル、アジマス各偏光成分の結像画像取得する（Ｓ４１１）。フィルタ１１２によるフィルタリングを行わないようにするには、フィルタホルダ１１１によってフィルタ１１２を外す他、ＤＭＤや液晶などを用いてフィルタの透過領域を動的に変化させることで実現できる。
次に、Ｓ４１１で撮像したラジアル、アジマス偏光成分の結像画像について、それぞれ同じあるいは近傍位置の画素の輝度値を信号比較演算部１３１にて比較し、欠陥位置特定部１３２にて欠陥候補を算出する（Ｓ４１２）。続いて、瞳面のラフネス散乱光強度が高い領域を遮光するフィルタ１１２によるフィルタリングを行う状態でラジアル、アジマス各偏光成分の結像画像を取得する（Ｓ４１３）。
【００６２】
次に、Ｓ４１２で算出した欠陥候補について、Ｓ４１１及びＳ４１３で取得したフィルタリングなし時及びフィルタリングあり時のラジアル、アジマス偏光の強度を信号比較演算部１３１にて比較する（Ｓ４１４）。最後にＳ４１４の比較に基づいて欠陥位置特定部１３２にて欠陥位置を特定する（Ｓ４１５）。Ｓ４１４及びＳ４１５による欠陥位置の特定方法については後述する。
【００６３】
図４Ｂ乃至図４Ｄで説明したフローでは微小異物とラフネスの弁別を例として説明したため、アジマスとラジアルの２種類の偏光成分について結像画像を撮像し、信号比較する手法を述べたが、撮像する偏光方向はラジアル、アジマスの２種類の組み合わせに限定されるものではない。
【００６４】
図４Ｂ乃至図４Ｄで説明したフローにより欠陥位置特定を正確に行うためには、ラジアル、アジマス偏光成分の結像画像について、それぞれ同じあるいは近傍位置の画素の輝度値を比較する必要がある。そのためには、各偏光方向の結像画像について、同じあるいは近傍位置の画素間の対応が保証されている必要がある（即ち、各偏光方向の結像画像について空間的な対応が保証されている必要がある）。
【００６５】
図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６を用いて、Ｓ４１１及びＳ４１３において、空間的な対応が保証されたラジアル及びアジマス各偏光成分の結像画像を別々に撮像する方法について説明する。  
ラジアル及びアジマス各偏光成分の結像画像をそれぞれ別々に取得するには、ラジアル偏光とアジマス偏光を分離し、結像面上の検出器で別々に撮像する必要がある。本実施例では、瞳面上の分布波長板１０９で各偏光方向をＰ及びＳ偏光に変換し、検出器１１５の各画素に対応する素子前にＰ偏光のみあるいはＳ偏光のみ透過する偏光フィルタを配置することによってＰ偏光成分とＳ偏光成分の画像を別々に取得する。
【００６６】
ここで、分布波長板１０９とは、波長板上の位置毎に光学軸が設定してあり、それぞれの位置にて設定した条件で偏光方向を変換することが可能な波長板のことである。フォトニック結晶や１／２波長板や１／４波長板の組み合わせなどによって実現可能である。
【００６７】
図５Ａ乃至図５Ｃを用いてラジアル偏光成分及びアジマス偏光成分をＰ偏光及びＳ偏光に変換する分布波長板１０９について説明する。  
図５Ａは、瞳面１１０上のラジアル偏光５２１に対して分布波長板１０９を適用し、Ｐ偏光５２２に変換した例である。５０１は分布波長板１０９を透過前の瞳面１１０の近傍における散乱光のラジアル偏光の状態、５０２は分布波長板１０９を透過後の瞳面１１０の近傍における散乱光の偏光の状態を示している。Ｘ軸（Ｐ偏光方向の軸）方向５１０に対して角度５２０傾いた偏光方向５２１に対し、図５Ｂに示すような、進相軸と遅相軸との関係が５３０の状態の１／２波長板を、Ｘ軸（Ｐ偏光方向の軸）方向５１０に対して角度５２０の１／２の角度５３１だけ進相軸を傾けた１／２波長板５３２を瞳面１１０上に配置すると、Ｘ軸（Ｐ偏光方向の軸）方向５１０に対して角度５２０傾いた偏光方向５２１は、Ｘ軸方向５１０と平行な偏光方向５２２（すなわちＰ偏光）に変換される。瞳面１１０に面内の場所に応じてラジアル偏光をＰ偏光に変換するような光学軸の分布を有する分布波長板１０９を配置することでラジアル偏光のＰ偏光への変換が実現できる。
【００６８】
また、図５Ｃは瞳面１１０上のアジマス偏光に対する分布波長板１０９を適用し、Ｓ偏光に変換した例である。５０３は分布波長板１０９を透過前の瞳面１１０の近傍における散乱光のアジマス偏光５０３１の状態、５０２は分布波長板１０９を透過後の瞳面１１０の近傍における散乱光のＳ偏光５０４１の状態を示している。５０３のアジマス偏光５０３１の偏光方向はラジアル偏光５２１の偏光方向に対して垂直方向であるため、ラジアル偏光をＰ偏光に変換する分布波長板１０９を用いることで、アジマス偏光５０３１をＳ偏光５０４１（Ｐ偏光の垂直方向）の偏光方向に変換可能である。ここで説明した分布波長板１０９を瞳面１１０に配置することで、ラジアル偏光をＰ偏光に、アジマス偏光をＳ偏光に同時に変換することが可能な利点がある。また、分布波長板１０９として、同様にラジアル偏光をＳ偏光に、アジマス偏光をＰ偏光に変換するような特性を有する分布波長板を用いても良い。
【００６９】
図６Ａを用いて分布波長板１０９によってＰ偏光及びＳ偏光に変換されたラジアル偏光及びアジマス偏光を、一つの結像面上で空間的な対応が保証されたそれぞれ別々の画像として撮像する検出器１１５について説明する。
【００７０】
図６Ａ及び図６Ｂに示したように、検出器１１５として、受光面６００の各画素６０１に対応する領域の前面に、Ｐ及びＳ偏光を透過する偏光フィルタ６０２が設置されている検出器を利用することで、Ｐ及Ｓの各偏光成分の結像画像をそれぞれ異なる画素で検出して、別々に撮像することが可能である。６１０は受光面内の近傍４画素６１１〜６１４のセットを示しており、画素６１１と画素６１４の前面にはＰ偏光のみを透過する偏光フィルタ６２１が、画素６１２と画素６１３の前面にはＳ偏光のみを透過する偏光フィルタ６２２が設置してある。
【００７１】
近傍４画素のセット６１０を１セット(１単位画素群)とすると、ウェハ１０３上のほぼ同じ位置でのＰ偏光及びＳ偏光の散乱光強度を取得することが可能である（即ち、空間的な対応が保証された各偏光方向の散乱光強度を取得可能である）。この際、隣り合う画素で異なる方向の偏光方向を透過する偏光フィルタを配置しても良いし、１セット内の偏光フィルタの配置を任意の配置にしてもよい。
【００７２】
Ｐ及びＳ偏光の結像画像を別々に撮像するには、例えば、図１に示した画像処理部１２０を、図６Ｃに示すように入力部１２１とＰ偏光画像処理部１２２及びＳ偏光画像処理部１２３を備えた構成する。この画像処理部１２０において、検出器１１５からの出力された信号を入力部１２１で受けて、検出器１１５の１セット(１単位画素群)の画素のうちＰ偏光を検出した画素６１１と６１４からの出力信号をＰ偏光画像処理部１２２に分岐して出力し、画素６１２と６１３からの出力信号をＳ偏光画像処理部１２３に分岐して入力する。
【００７３】
Ｐ偏光画像処理部１２２では、画素６１１と６１４からの出力信号である輝度値を平均化した値を同じ位置の画素におけるＰ偏光の輝度値（即ち、空間的な対応が保証された各偏光方向の輝度値）とし、Ｓ偏光画像処理部１２３では、画素６１２と６１３からの出力信号である輝度値を平均化した値を同じ位置の画素におけるＳ偏光の輝度値（即ち、空間的な対応が保証された各偏光方向の輝度値）とし、それぞれの偏光方向の輝度値で画像を別々に生成する。この際、空間的な対応が保証された各偏光方向の輝度値を、各偏光方向の結像画像における同じ座標の輝度値とすることで、各偏光方向の結像画像における画素間の空間的な対応を保証することができる。
【００７４】
Ｐ偏光画像処理部１２２で処理された画像データとＳ偏光画像処理部１２３で処理された画像データとは、それぞれ演算部１３０へ出力される。Ｐ及びＳ偏光はラジアル、アジマス偏光の方向を変換したものであるため、ラジアル、アジマス各偏光成分における結像画像と同じものとして扱うことができる。
【００７５】
なお、今回は１セット（１単位画素群）を４画素とした場合の例を示したが、４画素に限定はせず４画素以外の画素数としても本手法は適用可能である。また、６１０における画素６１１及び６１２の配置は一例にすぎず、６１１と６１２が近傍となるような配置であれば本手法は適用可能である。
【００７６】
また、各画素において、周辺のＰ偏光のみ透過するフィルタが設置されている画素６１１，６１４にて取得されたＰ偏光の輝度値を用いて、周辺のＳ偏光のみ透過するフィルタが設置されている画素６１２，６１３で取得されたＳ偏光の輝度値を推測しても良い。推測には線形補間や曲線フィッティングなどによる補間をすればよい。同様の方法にて、Ｓ偏光のみが透過するフィルタが設置された画素６１２，６１３で取得されたＳ偏光の輝度値を用いてＰ偏光の輝度値を推定しても良い。それぞれ各画素にて推定したＰ偏光及びＳ偏光の輝度値を画像化することで、Ｐ偏光及びＳ偏光の結像画像を別々に撮像できる。この手法は、検出器の受光面の全画素についてＰ偏光及びＳ偏光の散乱光強度を得ることができ、分解能が劣化しないといった利点がある。
【００７７】
１セット（１単位画素群）を構成する画素の数が４以外の場合について、図１５Ａ乃至図１５Ｃを用いて説明する。  
図１５Ａ及び図１５Ｂは、１セット（１単位画素群）を構成する画素の数が２画素の例である。Ｐ及びＳ偏光の結像画像を別々に撮像するには、１セット（１６０１あるいは１６０２）内のＰ偏光フィルタ６１１が設置されている画素１６１１及びＳ偏光フィルタ６１２が設置されている画素１６１２を同じ位置の画素におけるＰ及びＳ偏光の輝度値とし、それぞれの偏光方向の輝度値でＰ偏光画像処理部１２２とＳ偏光画像処理部１２３とにおいて画像を別々に生成すれば良い。
【００７８】
また、図１５Ｃは受光面６００の１セット（１単位画素群）を構成する画素の数が９画素の例を示している。図１５Ｃにおいて、Ｐ及びＳ偏光の結像画像を別々に撮像するには、例えば、１セット内のＰ偏光フィルタ６１１が設置されている画素１６３１〜１６３４及びＳ偏光フィルタ６１２が設置されている画素１６２１〜１６２５について、偏光方向毎に輝度値を平均化した値を同じ位置の画素におけるＰ及びＳ偏光の輝度値とし、それぞれの偏光方向の輝度値でＰ偏光画像処理部１２２とＳ偏光画像処理部１２３とにおいて画像を別々に生成すれば良い。また、同一セット内のＰ偏光フィルタ６１１が設置されている画素１６３１〜１６３４及びＳ偏光フィルタ６１２が設置されている画素１６２１〜１６２５について、偏光方向毎に輝度値の最大値を同じ位置の画素におけるＰ及びＳ偏光の輝度値とする方法や、偏光方向毎に輝度値の中間値を同じ位置の画素におけるＰ及びＳ偏光の輝度値とする方法も考えられる。
【００７９】
受光面６００の１セットの画素数は図６Ａ及び図１５Ａ乃至図１５Ｃで説明した数に限定せず、２画素以上であれば上述の手法は適用可能であり、図６Ａ及び図１５Ａ乃至図１５Ｃと同様に画素間の空間的な対応を保証することができる。
【００８０】
以上、ラジアル、アジマス偏光を分布波長板１０９にてＰ及びＳ偏光に変換し、画素ごとにＰ偏光及びＳ偏光のみを透過するフィルタを配置した検出器１１５にてＰ及びＳ偏光の結像画像を別々に撮像する例について述べた。
【００８１】
ラジアル、アジマス各偏光方向の結像画像を検出器１１５で取得するためには、検出器１１５の受光面６００の各画素の前に配置したフィルタ６０２の透過する偏光方向と、分布波長板１０９によって変換される偏光方向を一致させることで各偏光成分の結像画像を高感度に撮像することができる。ここで、検出器１１５の受光面６００の前に配置した偏光フィルタ６０２の透過方向を方向１及び方向２とし、方向１及び方向２は光軸に直行する平面に平行かつ方向１及び方向２は直交しているとする。分布波長板１０９が１／２波長板の組み合わせとした場合、図５Ｂに示した進相軸と方向１の成す角５３１が、図５Ａに示したラジアル偏光方向５２１と方向１の成す角の１／２になるように光軸を設定すれば良い。アジマス偏光の偏光方向はラジアル偏光の偏光方向に直交しており、方向２も方向１に直交するため、上述のラジアル偏光を方向１に変換する光軸の分布を有する分布波長板１０９を用いることで、アジマス偏光を方向２に変換可能である。
【００８２】
以上で述べたラジアル、アジマス各偏光成分の結像画像を別々に取得するプロセスをまとめる。  
まず、照明ユニット１０２により、ウェハ１０３に照明光を照射し、ウェハ１０３からの散乱光を対物レンズ１０６で捕捉する。  
次に瞳面１１０上に配置された分布波長板１０９にて瞳面を通過するラジアル、アジマス偏光を図５で説明した方法によってＰ、Ｓ偏光に変換する。
【００８３】
瞳面１１０をフィルタ１１２によってフィルタリングする場合（Ｓ４１３の場合）は、あらかじめ瞳面１１０上でフィルタ１１２をフィルタホルダ１１１によって挿入する、またはＤＭＤや液晶などによって瞳面１１０上の非透過領域を設定するなどによってフィルタリングする。瞳面１１０のフィルタリングについての詳細は後述する。フィルタリングしない場合（Ｓ４１１の場合）は、フィルタ１１２をフィルタホルダ１１１によって瞳面上から除去する、またはＤＭＤや液晶などによって瞳面１１０上の全領域を透過領域に設定する。
【００８４】
結像レンズ１１３によって散乱光を検出器１１５上に結像し、図６を用いて説明した方法によって検出器１１５の画素６０１ごとにＰあるいはＳ偏光を検出する。これにより、ラジアル、アジマス各偏光成分の画像が得られる。
【００８５】
図６で説明したような検出器１１５を用いる以外の構成の装置で、空間的な対応が保証されたラジアル、アジマス各偏光成分における結像画像を別々に取得する装置を、図１４を用いて説明する。  
図１４にラジアル、アジマス各偏光における結像画像を別々に撮像可能な光学顕微鏡１５０１の構成図を示す。光学顕微鏡１５０１は、図１を用いて説明した光学顕微鏡１０１の構成に対して検出器１１５を検出器１５１２に置き換え、更に、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１５１１を備えて構成される。図１を用いて説明した光学顕微鏡１０１の構成と同じ構成については同じ部品番号を付して、説明を省略する。
【００８６】
ＰＢＳ１５１１はＰ偏光とＳ偏光の光軸を分離し、Ｐ偏光あるいはＳ偏光のいずれか一方の偏光光のみを透過し、他方を遮光する。また、ＰＢＳ１５１１は、光軸１０８を軸とした回転方向１５２１に９０度回転させることで透過させる偏光方向を変更することが可能である。
【００８７】
制御部１４５は図１で説明した制御部１４０の構成の他、ＰＢＳ１５１１により透過する偏光方向を変更するＰＢＳ制御部１５１２を有する。
検出器１５１２は、画像処理部１２０、演算部１３０、制御部１４０、記憶部１５０、入出力部１６０と接続されており、ＰＢＳ１５１１はＰＢＳ制御部１５４２と接続されている。
【００８８】
照明ユニット１０２から発射された照明光が照射されたウェハ１０３の表面で発生した散乱光のうち対物レンズ１０６に入射して集光された散乱光は、分布波長板１０９を介してＰ偏光とＳ偏光とに分離される。このＰ偏光とＳ偏光とに分離された戦乱光は、光軸１０８に配置されたＰＢＳ１５１１に入射する。この時、ＰＢＳ１５１１はＰＢＳ制御部１５４２で制御されてＰ偏光を透過しＳ偏光を透過させないような状態に設定されている。このＰＢＳ１５１１をＰ偏光の散乱光のみが透過して結像レンズ１１３でＰ偏光の光が検出器１５１２の受光面上に結像される。これにより、検出器１５１２で散乱光のＰ偏光成分の結像画像が撮像される。
【００８９】
続いてＰＢＳ制御部１５４２でＰＢＳ１５１１を制御してＰＢＳ１５１１がＳ偏光を透過してＰ偏光を透過させないようにし、ＰＢＳ１５１１を透過したＳ偏光の光を結像レンズ１１３で結像することで、検出器１５１２により散乱光のＳ偏光成分の結像画像が撮像される。
【００９０】
光軸１０８を中心軸としてＰＢＳ１５１１を回転方向１５２１に回転させた場合、ＰＢＳ１５１１が回転してもＰＢＳ１５１１を透過する光の光軸は変化しないため、各偏光方向の結像画像における空間的な対応が保証される。
光学顕微鏡１５０１を使用する場合、各偏光方向の結像画像の分解能が劣化しないといった利点がある。
【００９１】
以上、図５乃至図６を用いて、空間的な対応が保証されたラジアル及びアジマスの２種類の偏光成分の結像画像を別々に撮像する方法について説明したが、本手法はラジアル、アジマス偏光の偏光成分に限定せず、他の偏光方向についても適用可能である。また、取得対象の偏光方向が３種類以上の任意の偏光方向の組み合わせの場合についても、図６で説明した手法によって適用可能である。
【００９２】
続いて、図７乃至図８を用いてフィルタ１１２について説明する。  
図３を用いて説明したとおり、散乱光の瞳面１１０上における強度分布は欠陥の種類や偏光方向によって異なる。本実施例では、欠陥散乱光とラフネス散乱光を弁別するため、欠陥およびラフネスのフィルタ後の散乱光強度に差が大きくなるように瞳面１１０上にフィルタ１１２を配置する。微小欠陥とラフネス散乱光の弁別では、瞳面１１０上にてラジアル散乱光におけるラフネス散乱光の散乱光強度が高い領域を遮光するフィルタを用いてフィルタリングすることで結像面上での散乱光強度の差を大きくする。
【００９３】
図７Ａ乃至図７Ｅに、ラジアル偏光において微小欠陥とラフネス散乱光を弁別するためのフィルタ１１２の例としてフィルタ８０１乃至８０５を示す。フィルタ１１２は瞳面上１１０に配置され、瞳面１１０上の領域８１０を遮光し、領域８１１の光を透過させる。図３で説明した通り、シミュレーションによるとラジアル偏光について、ラフネス散乱光は瞳面１１０上の入射照明側に高い強度分布を有するため、この領域を遮光することで結像面上における欠陥散散乱光との強度差が大きくなる。フィルタ８０１乃至８０５はこの条件を満たしている。
【００９４】
ここでは、微小欠陥とラフネス散乱光の弁別用のフィルタの例を説明したが、検出対象の欠陥の種類によっては瞳面上の散乱光分布が異なるため、欠陥の種類にあわせてフィルタの遮光領域８１０を変更しても良い。
【００９５】
また、フィルタ１１２に偏光フィルタや偏光子を組み合わせて瞳面１１０上の場所によって特定の偏光方向のみを透過させたり、偏光方向を変換したりしても良い。具体的には、特許文献１記載のフィルタを用いれば良い。
【００９６】
図８Ａに、図７Ａに示したフィルタ８０１によって瞳面１１０をフィルタリングした場合のラジアル偏光におけるラフネス散乱光強度分布、図８Ｂに、図７Ａに示したフィルタ８０１によって瞳面１１０をフィルタリングした場合のラジアル偏光における微小欠陥散乱光強度分布を示す。図３Ａ及び図３Ｃで説明した散乱光のラジアル偏光成分の強度分布と比較すると、ラフネス散乱光における強度が高い領域３１０がマスク８１０によって遮光されるのに対し、微小異物（欠陥）散乱光の強度が高い領域３１０は照明入射方向の一部がマスク８１０によって遮光されるが、広い領域でフィルタを透過する。そのため、ラジアル偏光について、散乱光がフィルタリングされた場合とされていない場合の散乱光強度を比較すると、フィルタリング後のラフネス散乱光はフィルタリングされていない場合と比較して散乱光強度が大きく減衰する。
【００９７】
一方、フィルタリング後の微小欠陥における欠陥散乱光では、フィルタリングされていない場合と比較して、散乱光強度は減衰するものの、ラフネス散乱光強度よりも減衰の程度が小さくなる。本実施例では、このフィルタリングによる散乱光強度における減衰量の差を利用して、欠陥候補から欠陥を弁別する（Ｓ４１４、Ｓ４１５）。フィルタリングあり、なし時の散乱光強度の比較による欠陥弁別については図９Ｂを用いて後述する。
【００９８】
以下、図９Ａ及び図９Ｂを用いて図４Ｃ乃至図４Ｄのフローにおいて欠陥位置を特定する方法について説明する。  
図９Ａを用いて、図４Ｂ又は図４Ｄに示したフローのＳ４１２における欠陥候補の特定方法を説明する。図９Ａに結像面上の微小欠陥及びラフネスの位置において、検出器１１５によって検出されたＰ、Ｓ偏光強度を２軸でプロットしたグラフを示す。なお、結像面上のＰ偏光及びＳ偏光は前述のとおり分布波長板１０９によって変換されたラジアル偏光及びアジマス偏光に対応する。 
図３Ａ乃至図３Ｄで説明したとおり、微小欠陥はラジアル偏光（Ｐ偏光）の強度が大きく、アジマス偏光（Ｓ偏光）の強度が小さくなるため、グラフ右下の領域にプロットされる画素が欠陥候補となる。判別の方法の一例としては、Ｐ偏光強度のしきい値ｔ１及びＳ偏光強度のしきい値ｔ２を設定し、Ｐ偏光強度がｔ１以上、Ｓ偏光強度がｔ２以下としてしきい値処理を行い、設定されたしきい値を満たす散乱光強度を有する画素を欠陥候補とする。散乱光強度は各位置における画素の輝度値を用いれば良い。
【００９９】
特許文献２記載の手法では、複数の互いに異なる偏光方向の結像画像を別々に撮像するため、各偏光方向の光を分離し、複数の検出器によってそれぞれ別々に各偏光方向の結像画像を撮像する。そのため、各偏光方向の結像画像は空間的な画素間の対応が保証されず、各偏光方向の結像画像について同じあるいは近傍位置の散乱光強度の比較ができず、欠陥散乱光を顕在化させることができない恐れがある。
【０１００】
これに対して、本実施例の方式では、図５Ａ乃至図６Ｂ及び図１４で説明した装置を用いることで空間的な対応が保証された各偏光方向の結像画像を撮像することでき、各偏光方向の結像画像について同じあるいは近傍位置として保証された散乱光強度の比較を行うこと、欠陥散乱光を顕在化させることが可能となる。
【０１０１】
次に、図９Ｂを用いて、図４Ｃ及び図４Ｄに示したフローのＳ１１４、Ｓ１１５における、フィルタ１１２によるフィルタリングあり、なし時の散乱光強度の比較による欠陥弁別方法について説明する。図９Ｂに、欠陥候補についてフィルタ１１２によるフィルタリングありの場合におけるＰ偏光及びＳ偏光強度を２軸でプロットしたグラフを示す。
【０１０２】
図９Ａと図９Ｂにおけるフィルタリングなし時とあり時のＰ偏光（ラジアル偏光）強度を比較すると、ラフネスの画素では、図９Ａのフィルタリングがない場合と比べて図９Ｂのフィルタリングを行った場合の強度が大きく減衰している。一方、欠陥の画素では図９Ａのフィルタリングがない場合と比べて図９Ｂのフィルタリングを行った場合の強度は減衰するが、減衰の程度はラフネスの場合と比べて小さくなる。
【０１０３】
欠陥を弁別するには例えば、Ｐ偏光の減衰量を算出し、減衰量がしきい値ｔ３以下となる画素を欠陥位置として特定すれば良い。欠陥位置が複数ある場合はしきい値ｔ３以下の欠陥候補を全て欠陥位置として出力したり、減衰量が一番小さい欠陥候補を欠陥位置として出力すれば良い。
【０１０４】
Ｐ偏光の減衰量を計算するには、例えば、欠陥候補の画素におけるフィルタリングなし時のＰ偏光の輝度値をｐ１、欠陥候補の画素におけるフィルタリングあり時のＰ偏光の輝度値をｐ２とし、数１により算出すれば良い。
減衰量  ＝  ｐ１―ｐ２      ・・・（数１）
また、フィルタ１１２を用いて遮光した場合の微小欠陥の輝度値を光学シミュレーションによって算出し、輝度値がシミュレーションによる微小欠陥の輝度値以上の画素を欠陥として弁別しても良い。 
図７Ａ乃至図９Ｂでは、フィルタリングによってラフネス散乱光の強度を低下させ、検出対象の欠陥との差を大きくする方法について説明したが、ラフネス散乱光と欠陥の散乱光強度の差を大きくすることができれば本手法は適用できる。たとえば、欠陥の散乱光強度が大きく減衰するがラフネス散乱光強度の減衰の程度が小さくなるようなフィルタを用いても良い。たとえば、図７Ａ乃至図７Ｅで示したフィルタ８０１乃至８０５において、遮光領域８１０と透過領域８１１を逆転させたフィルタを用いても良い。また、検出対象の欠陥種が変化した場合にはフィルタ１１２の形状の変更や、検出する偏光方向を変更しても良い。
【０１０５】
図９Ａ及び図９Ｂで説明したしきい値処理について、各偏光における強度を合成した特徴量を用いてしきい値処理を行っても良い。例えば、特徴量としてＰ偏光における結像画像とＳ偏光における結像画像の画素ごとの差分値などを用いれば良い。
【０１０６】
特許文献１では、瞳面をフィルタによってフィルタリングされた光を結像した結像画像１枚から欠陥位置の特定を行う。これに対して本実施例では、フィルタリングあり、なし時の散乱光強度から算出した減衰量により欠陥位置を特定する。図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明したとおり、欠陥とラフネスでは算出される減衰量の値の傾向が異なる。フィルタ１１２によるフィルタリング後の輝度値の情報だけでは弁別が難しかった欠陥候補（すなわち、ラフネス散乱光だが、輝度値が高くなった画素など）に対して、減衰量を確認することによって、欠陥とラフネスにおける散乱光を弁別することが可能となり、本発明によって欠陥とラフネスにおける散乱光の弁別性能が向上する。
【０１０７】
図４Ｂ及び図４ＤのＳ４１２で説明した処理だけでは、図９ＡのＡ及びＢの点のようにラフネスがしきい値処理によってラフネスの画素を除去しきれない場合もある。この場合、図４ＤのＳ４１４及びＳ４１５のフローによって、欠陥候補についてフィルタ１１２によるフィルタリングした際のＰ偏光強度を取得し、フィルタリングなし時のＰ偏光強度と比較することで欠陥を弁別する。
【０１０８】
次に、図１０を用いて欠陥位置特定結果の確認及びしきい値の設定方法について説明する。図１０に、本実施例による欠陥位置特定結果の確認及びパラメータ設定用のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１１００の一例を示す。ＧＵＩ１１００は入出力部１６０の表示画面上に表示され、ユーザからの入力を受け付ける。
【０１０９】
ＧＵＩ１１００には、欠陥座標リスト表示領域１１０１、欠陥候補リスト表示領域１１０５、欠陥位置リスト表示領域１１１０、暗視野画像表示領域１１０２、ＳＥＭ画像表示領域１１０６、パラメータ設定領域１１０３、欠陥候補算出グラフ表示領域１１０８、欠陥位置特定グラフ表示領域１１０９が表示される。
【０１１０】
欠陥座標リスト表示領域１１０１には、欠陥検査装置から得られた欠陥座標のリストが表示される。この欠陥座標リスト表示領域１１０１に表示された欠陥座標のリストの中からユーザにより欠陥位置候補が選択されると、光学顕微鏡１０１及び欠陥観察装置を用いて、図４Ｂ乃至図４Ｄに示したフローに従って暗視野画像が撮像され、暗視野画像表示領域１１０２に表示される。暗視野画像表示領域１１０２には検出器１１５で撮像した、Ｐ偏光あるいはＳ偏光における結像画像のうち、リストボックス１１１２で設定された画像を表示する。暗視野画像表示領域１１０２にはＰ及びＳ偏光における結像画像を合成した画像を表示しても良い。
【０１１１】
欠陥候補算出グラフ表示領域１１０８には図９Ａで説明したような、横軸にＰ偏光輝度値、縦軸にＳ偏光輝度値をとったグラフが表示され、各画素の輝度値に基づいたデータ点１１８１がプロットされ、表示される。データ点１１８１は画素ごとにプロットしても良いし、近傍の画素をまとめて１点としてプロットしても良く、近傍画素をまとめてプロットする場合は例えば、近傍画素の輝度値の平均値を代表値としてプロットすれば良い。近傍画素をまとめて１点として表示することで欠陥候補算出グラフ表示領域１１０８上のグラフにおけるプロット点が減り、視認性が向上する効果がある。
【０１１２】
次に、ユーザにより、パラメータ設定領域１１０３に表示されたスライダバー１１１３および１１１４上で、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明した欠陥候補算出のためのパラメータ（しきい値：ｔ１、ｔ２）が設定される。ｔ１及びｔ２は図９Ａで説明したフィルタ１１２なしで撮像したＰ偏光及びＳ偏光の結像画像の輝度値におけるしきい値である。スライダバー１１１３及び１１１４で設定された値を点線１１８２や点線１１８３などによって欠陥候補算出グラフ表示領域１１０８上のグラフに表示しても良い。また、ユーザに設定の基準を与えるため、ユーザがデータ点をクリックするなどの方法によってデータ点に対応する座標を入力させ、対応する座標におけるＳＥＭ画像を撮像し、ＳＥＭ画像表示領域１１０６に表示しても良い。
【０１１３】
１１６１は欠陥のＳＥＭ画像である。ＳＥＭ画像はデータ点に対応する座標が中心付近になるように撮像しても良いし、データ点に対応する座標を含むように周辺も含めて撮像しても良い。データ点に対応する座標を含むように周辺も含めて撮像する場合は、画像内のデータ点に対応する座標がユーザにわかるように、データ点に対応する座標上に点や×のような印を画像上に表示しても良い。
【０１１４】
また、欠陥の寸法に応じて倍率を変更し、ＳＥＭ画像を撮像することでユーザによる欠陥の確認が容易になる。欠陥の寸法は撮像した暗視野画像におけるデータ点に対応する座標の輝度値からシミュレーションなどによって推定すれば良い。また、ユーザによりＳＥＭ画像上の座標をマウスでクリックされるなどの方法によって指定されることで、指定された座標の倍率を上げたＳＥＭ画像や倍率を下げたＳＥＭ画像を撮像し、ＳＥＭ画像表示領域１１０６に表示しても良い。
【０１１５】
リストボックス１１６２によってＳＥＭ画像表示領域１１０６に表示する画像の種類（二次電子像や反射電子像）を変更しても良い。ユーザがデータ点におけるＳＥＭ画像を確認し、欠陥の有無を確認することで、設定したしきい値ｔ１及びｔ２が正しいかを判定することができる。
【０１１６】
続いて、ユーザにより欠陥候補算出ボタン１１０４が押されることで設置したパラメータに基づき、Ｓ４１２の処理によって、フィルタなしで撮像したＰ偏光及びＳ偏光の結像画像の輝度値に対してｔ１及びｔ２のしきい値処理を行うことで欠陥候補を算出し、欠陥位候補リスト表示領域１１０５に欠陥候補の情報が表示される。欠陥位置候補リスト表示領域１１０５には、図９Ａに示したフィルタなしで撮像したＰ偏光及びＳ偏光画像における欠陥候補の輝度値や、欠陥候補の座標を表示しても良い。
【０１１７】
また、欠陥候補算出ボタン１１０４によって図９Ｂで説明したグラフを欠陥位置特定グラフ表示領域１１０９上に表示する。欠陥位置特定グラフ表示領域１１０９上のグラフには欠陥候補におけるフィルタありで撮像されたＰ偏光及びＳ偏光の輝度値をプロットしたデータ点１１９１を表示する。また、欠陥候補に対して数１で説明した減衰量を算出し、データ点１１９１付近に対応する減衰量１１９２を表示しても良い。
【０１１８】
次に、スライダバー１１１５で、図９Ａ及び図９Ｂを用いて説明した欠陥位置特定のためのパラメータ（しきい値：ｔ３）が設定される。ｔ３は、フィルタなしで撮像したＰ偏光の結像画像における欠陥候補の輝度値とフィルタありで撮像したＰ偏光の結像画像における欠陥候補の輝度値の減衰量に対するしきい値であり、（数１）で計算される減衰量がｔ３以下となった欠陥候補を欠陥位置として特定する。ここで、ユーザにｔ３設定の基準を与えるため、ユーザが欠陥位置特定グラフ表示領域１１０９上のグラフにおけるデータ点をクリックするなどの方法によってデータ点に対応する座標を入力させ、対応する座標におけるＳＥＭ画像を撮像し、ＳＥＭ画像表示領域１１０６に表示しても良い。ユーザがＳＥＭ画像表示領域１１０６に表示されたデータ点におけるＳＥＭ画像を確認し、欠陥の有無を確認することで、設定したしきい値ｔ３が正しいかを判定することができる。
【０１１９】
次に、欠陥位置特定ボタン１１１９が押されることによって、設定されたｔ３の値からＳ４１４、Ｓ４１５の処理によって欠陥位置を特定し、欠陥位置を欠陥位置リスト表示領域１１１０に表示する。欠陥位置リスト表示領域１１１０には、特定された欠陥位置の減衰量や座標、フィルタありの場合におけるＰ、Ｓ偏光の結像画像の輝度値を表示しても良い。
【０１２０】
なお、欠陥位置リスト表示領域１１１０に表示される欠陥位置は欠陥候補リスト表示領域１１０５に表示されている欠陥候補から欠陥位置として特定されたものである。そのため、欠陥位置リスト表示領域１１１０に表示される欠陥位置リストと欠陥候補リスト表示領域１１０５に表示される欠陥候補リストをリンクさせ、片方のリストで選択された欠陥候補あるいは欠陥位置と対応する欠陥位置あるいは欠陥候補をもう片方のリストでも選択するようにしても良い。
【０１２１】
また、欠陥位置リスト表示領域１１１０に表示されるリストと欠陥候補リスト表示領域１１０５に表示されるリストを一緒のリストとしても良く、その場合は、欠陥候補を表示し、欠陥位置として特定された欠陥候補の背景色を変更するなどして、欠陥位置とユーザにわかるように表示すれば良い。
【０１２２】
欠陥座標リスト表示領域１１０１に表示された欠陥について、欠陥位置リスト表示領域１１１０に表示される欠陥位置リストに適切な結果が得られるパラメータの設定後、ユーザによりＯＫボタン１１０７が押され、パラメータ設定が終了する。
【０１２３】
なお、ユーザにより欠陥候補リスト表示領域１１０５や欠陥位置リスト表示領域１１１０に表示された結果や、欠陥候補算出グラフ表示領域１１０８や欠陥位置特定グラフ表示領域１１０９に表示されたグラフのデータ点がクリックされるなどによって選択されることで、暗視野画像表示領域１１０２に表示する画像上で選択した位置を四角で囲うなどによって対応する欠陥位置１１１１を強調表示しても良い。
【０１２４】
欠陥候補リスト表示領域１１０５や欠陥位置リスト表示領域１１１０に表示されるリストは、減衰量や各偏光方向の散乱光強度の情報によって昇順、あるいは降順に欠陥候補及び欠陥位置を並び替えても良い。
【０１２５】
また、欠陥候補算出ボタン１１０４及び欠陥位置特定ボタン１１１９による処理を一括で行っても良い。この場合は、ボタンが押された際、ｔ１、ｔ２、ｔ３の設定値に基づき、欠陥候補リスト表示領域１１０５、欠陥位置リスト表示領域１１１０、欠陥候補算出グラフ表示領域１１０８及び欠陥位置特定グラフ表示領域１１０９に表示されるグラフにデータ点や欠陥候補、欠陥位置が表示される。
【０１２６】
また、パラメータは、ユーザによるスライダバー１１０３，１１１４，１１１５での設定の代わりに、ユーザよる欠陥あるいは虚報の教示に基づいて設定しても良い。教示は、欠陥候補リスト表示領域１１０５に表示された欠陥候補リスト上でユーザによる選択や、暗視野画像表示領域１１０２に表示された暗視や画像上でユーザによるマウスクリックする、または欠陥候補算出グラフ表示領域１１０８や欠陥位置特定グラフ表示領域１１０９に表示されたグラフ上のデータ点をクリックするなどによって行われれば良い。
【０１２７】
次に、図１１に、本発明における光学顕微鏡１０１（図１）を座標アライメント用に搭載した欠陥観察装置１２００の構成の一例を示す。  
本実施形態の欠陥観察装置１２００は、被検査対象のウェハ１０３を搭載するウェハホルダ１０５、ウェハ１０３を詳細観察する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）１２０１、ＳＥＭ１２０１の焦点をウェハ１０３の表面に合わせる為にウェハ１０３の表面の高さを検出する光学式高さ検出システム１２１１、ウェハ１０３の欠陥を光学的に検出してウェハ１０３上の欠陥の詳細位置情報を取得する光学顕微鏡１０１、ＳＥＭ１２０１と光学顕微鏡１０１の対物レンズを収納する真空槽１２０２、真空槽１２０２の内部でウェハ１０３を搭載してＳＥＭ１２０１と光学顕微鏡１０１との間を移動可能なステージ１０４、ＳＥＭ１２０１および光学式高さ検出システム１２１１、光学顕微鏡１０１、ステージ１０４を制御する制御部１２４０、入出力部１２６０、記憶部１２５０、演算部１２３０、画像処理部１２２０、外部の検査装置１２０３等の上位システムへ接続するネットワーク１２０４で構成されている。
【０１２８】
ＳＥＭ１２０１は、内部に電子線源１２１２、電子線源１２１２から発射された１次電子をビーム状に引き出して加速する引出電極１２１３、引出電極１２１３で引き出され加速された１次電子ビームを細く絞るコンデンサレンズ電極１２１８、コンデンサレンズ電極１２１８で細く絞られた１次電子ビームの軌道を制御する偏向電極１２１４、偏向電極で軌道を制御された１次電子ビームをウェハ１０３の表面に収束させる対物レンズ電極１２１５、軌道を制御されて収束した１次電子ビームが照射されたウェハ１０３から発生した２次電子を検出する２次電子検出器１２１７、収束した１次電子ビームが照射されたウェハ１０３から発生した反射電子などの比較的高エネルギの電子を検出する反射電子検出器１２１６等を備えて構成されている。
【０１２９】
また、ステージ１０４、光学式高さ検出システム１２１１、光学顕微鏡１０１、ＳＥＭ１２０１、入出力部１２６０、記憶部１２５０、画像処理部１２２０、演算部１２３０は制御部１４０と接続され、制御部１４０はネットワーク１２０４を介して上位のシステム（例えば、検査装置１２０３）と接続されている。
【０１３０】
入出力部１２６０の表示画面には、図１０で説明したようなＧＵＩが表示される。また、画像処理部１２２０は、図６Ｃで説明したように構成を有している。さらに、演算部１２３０は、図１で説明した信号比較演算部１３１及び欠陥位置算出部１３２を備えている。
【０１３１】
以上のように構成される欠陥観察装置１２００において、特に、光学顕微鏡１０１は他の検査装置１２０３で検出されたウェハ１０３上の欠陥を、他の検査装置１２０３で検出した欠陥の位置情報を用いて再検出する機能を有し、光学式高さ検出システム１２１１はＳＥＭ１２０１の１次電子ビームをウェハ１０３の表面に収束させるための１次電子ビームの焦点合わせを行う焦点合わせ手段としての機能を有し、制御部１２４０は光学顕微鏡１０１で検出された欠陥の位置情報に基づいて他の検査装置１２０３で検査して検出された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、ＳＥＭ１２０１は制御部１２４０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１０４は、ウェハ１０３を載置して、光学顕微鏡１０１で検出した欠陥がＳＥＭ１２０１で観察できるように、光学顕微鏡１０１とＳＥＭ１２０１との間を移動する。
【０１３２】
なお、光学顕微鏡１０１を、図１３を用いて説明した光学顕微鏡１３０１、又は、図１４を用いて説明した光学顕微鏡１５０１に置き換えて用いてもよい。
【０１３３】
図４から図９を用いて述べた、欠陥観察のための欠陥位置特定及び画像撮像の処理手順を、図１及び図１１で示した欠陥観察装置１２００上で実施する手順について図１２を用いて説明する。
【０１３４】
図１２Ａに本発明における欠陥観察のための欠陥画像撮像のフローの一例を示す。  
まず、観察対象であるウェハを図１に示したステージ１０４にロードする（Ｓ１２０１）。次に事前に他の検査装置１２０３で検出された欠陥の欠陥位置情報をネットワーク１２０４及び制御部１２４０を介して記憶部１２５０に読み込み（Ｓ１２０２）、その中から観察対象とするＭ（Ｍ≧１）点の欠陥を選択する（Ｓ１２０３）。欠陥の選択は予め設定されたプログラムにより演算部１２３０が実行してもよいし、入出力部１２６０を介してユーザが選択してもよい。
【０１３５】
次に、図示していない明視野光学顕微鏡を用いて、ウェハ１０３のアライメントを行う（Ｓ１２０４）。これは、ウェハ１０３上の座標で記述されている欠陥位置情報に基づいてステージ１０４を移動したとき、目標である欠陥座標の位置がＳＥＭ１２０１のＦＯＶ、及び光学顕微鏡１０１の視野の中央に来るようにするため、ウェハ１０３上に形成されている座標が既知の位置決めマーク（アライメントマーク）を用いて、ウェハ座標とステージ座標とを関連付けるものである。この関連付け結果はアライメント情報として記憶部１２５０に記憶される。
【０１３６】
次に観察対象として選択された欠陥１からＭについて、他の検査装置１２０３で検出された欠陥の欠陥位置情報の補正を行う。まず、欠陥ｍを光学顕微鏡１０１の視野に移動する（Ｓ１２０６）。この移動は、記憶部１２５０に記憶されている他の検査装置１２０３で検出された欠陥の欠陥位置情報と、Ｓ１２０４で得られたアライメント情報から、演算部１２３０で欠陥ｍに対応するステージ座標を計算し、制御部１２４０を介して、ステージ１０４を駆動することで行われる。
【０１３７】
ステージ１０４の移動終了後、図１２Ｂで後述する手法により欠陥ｍの位置を特定し（Ｓ１２０７）、特定した欠陥の位置を補正欠陥位置ｍ として記憶する（Ｓ１２０８）。次にｍをｍ＋１にして（Ｓ１２０９）新たなｍを予め設定したＭと比較し（Ｓ１２１０），ｍがＭ以下である場合（Ｓ１２１０でＹＥＳの場合）にはＳ１２０６に戻る。
以上のＳ１２０６乃至Ｓ１２１０のシーケンスを欠陥ｍ（ｍ＝１、…、Ｍ）に対し行う。
【０１３８】
全ての欠陥ｍ（ｍ＝１、…、Ｍ）の補正欠陥位置ｍを取得した後（Ｓ１２１０でＮＯの場合）、ｍを１に設定し（Ｓ１２１１），補正欠陥位置ｍにより欠陥ｍをＳＥＭ１０２１のＦＯＶ内に順次移動し（Ｓ１２１２）、欠陥ｍのＳＥＭ画像を撮像する（Ｓ１２１３）。次に、ｍに１を足して（Ｓ１２１４）、新たなｍを予め設定したＭと比較し（Ｓ１２１５）、，ｍがＭ以下である場合（Ｓ１２１５でＹＥＳの場合）にはＳ１２１２に戻る。なお、Ｓ１２０７にて一つの欠陥ｍについて複数の欠陥位置が特定された場合、Ｓ１２１２乃至Ｓ１２１５を特定された欠陥位置の数だけ繰り返しても良い。
【０１３９】
全ての欠陥のＳＥＭ画像撮像後（Ｓ１２１５でＮＯの場合）、ウェハをアンロードし（Ｓ１２１６）、処理を終了する。
【０１４０】
図１２Ｂに、光学顕微鏡１０１による欠陥位置を特定する工程（Ｓ１２０７）の詳細なフローの一例を示す。
まず、フィルタ制御部１４１を介して、フィルタ１１２により瞳面１１０をフィルタリングしないように設定する（Ｓ１２３１）。フィルタ１１２により瞳面１１０をフィルタリングしないように設定するには、フィルタホルダ１１１を使用して瞳面外に物理的に移動させても良いし、フィルタ１１２にＤＭＤや液晶などを用いている場合は、フィルタ１１２の全領域をウェハ１０３で発生した散乱光を透過させるように制御することで行えばよい。
【０１４１】
次に、光学顕微鏡１０１を用いて、Ｐ偏光、Ｓ偏光の結像画像をそれぞれ撮像する（Ｓ１２３２）。Ｐ及びＳ偏光における結像画像を別々に撮像するには図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６Ａ乃至図６Ｃ及び図１５Ａ乃至図１５Ｃを用いて説明した手法を用いれば良い。撮像した各偏光における結像画像は制御部１２４０（１４０）を介して記憶部１２５０（１５０）に保存する。
【０１４２】
次に、記憶部１２５０（１５０）に保存されたＰ及びＳ偏光の結像画像を制御部１２４０（１４０）を介して演算部１２３０（１３０）の信号比較演算部に１３１に入力し、信号比較演算部１３１にて各画素にて、Ｐ偏光結像画像の輝度値Ｓ偏光結像画像の輝度値をしきい値ｔ１及びｔ２と比較する。比較結果を欠陥位置算出部１３２に入力し、Ｐ偏光結像画像の輝度値がｔ１以上、Ｓ偏光結像画像の輝度値がｔ２以下の画素を欠陥候補として選択する（Ｓ１２３３）。選択された欠陥候補を制御部１２４０（１４０）を介して記憶部１２５０（１５０）に記憶する。
【０１４３】
続いて、フィルタ制御部１４１を介して、フィルタ１１２により瞳面１１０をフィルタリングするように設定する（Ｓ１２３４）。フィルタ１１２により瞳面１１０をフィルタリングするように設定するには、フィルタホルダ１１１を使用して瞳面上に物理的に移動させても良いし、フィルタ１１２にＤＭＤや液晶などを用いる場合は、フィルタ１１２における遮光領域を設定するように制御することで行えばよい。
【０１４４】
次に、光学顕微鏡１０１を用いて、Ｐ偏光、Ｓ偏光の結像画像をそれぞれ撮像する（Ｓ１２３５）。Ｐ及びＳ偏光における結像画像を別々に撮像するには図５Ａ乃至図５Ｃ及び図６Ａ乃至図６Ｃを用いて説明した手法を用いれば良い。撮像した各偏光における結像画像は制御部１２４０（１４０）を介して記憶部１２５０（１５０）に保存する。
【０１４５】
記憶部１２５０（１５０）に保存されているＳ１２３２で撮像したＰ偏光の結像画像（フィルタリングなしのＰ偏光結像画像）と、Ｓ１２３５で撮像したＰ偏光の結像画像（フィルタリングありのＰ偏光結像画像）を制御部１２４０（１４０）を介して、信号比較演算部１３１に入力し、各画素における輝度値の減衰量を算出する（Ｓ１２３６）。減衰量は（数１）などで計算すれば良い。算出した減衰量は制御部１２４０（１４０）を介して記憶部１２５０（１５０）に保存する。
【０１４６】
最後に記憶部１２５０（１５０）に保存されたＳ１２３３で選択した欠陥候補に対応する、Ｓ１２３６で算出した減衰量を制御部１２４０（１４０）を介して欠陥位置算出部１３２に入力し、欠陥候補の画素について減衰量≦ｔ３の画素を欠陥位置として特定する（Ｓ１２３７）。特定した欠陥位置を記憶部１２５０（１５０）に保存する。上記Ｓ１２３１乃至Ｓ１２３７で説明した処理フローは、図４Ｄで説明した処理フローに対応する。なお、Ｓ１２３７で複数の画素が欠陥位置として特定された場合は、全ての画素を欠陥位置として保存しても良いし、減衰量が一番小さい画素を欠陥位置として保存しても良い。
【０１４７】
なお、Ｓ１２３３で得られた欠陥候補を欠陥位置として記憶部１２５０（１５０）に記憶しても良い。この場合は、Ｓ１２３４乃至Ｓ１２３７は実行されない（図４Ｂで説明した処理フローに対応）。また、Ｓ１２３１、Ｓ１２３３を実行せずに、全画素や一部の画素に対してＳ１２３２とＳ１２３４乃至Ｓ１２３７のフローによって欠陥位置を特定しても良い（図４Ｃで説明した処理フローに対応）。
【０１４８】
以上により、検査装置で検出された欠陥に対し、従来ラフネス散乱光に埋もれ検出できなかった微小欠陥を顕在化させることができ、説明した光学検出系をＳＥＭ欠陥観察装置に搭載することにより、光学検出より特定した欠陥位置にてＳＥＭ観察を行うことで、ＳＥＭのＦＯＶ内に欠陥を確実に入れることが可能となり、検査装置で検出した欠陥のＳＥＭ観察画像の自動撮像の成功率が向上する。
【０１４９】
以上、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】
【０１５０】
１００，１２００・・・欠陥観察装置    １０１、１３０１、１５０１・・・光学顕微鏡    １０３・・・ウェハ    １０４・・・ステージ    １０６・・・対物レンズ    １０９・・・分布波長板    １１０・・・瞳面    １１２・・・フィルタ    １１３・・・結像レンズ    １１４・・・結像光学系    １１５，１５１２・・・検出器    １２０，１２２０・・・画像処理部    １３０，１２３０・・・演算部    １３１・・・信号比較演算部    １３２・・・欠陥位置算出部    １４０，１２４０・・・制御部    １４１・・・フィルタ制御部        １５０，１２５０・・・記憶部    １６０，１２６０・・・入出力部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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