(57)【要約】【課題】  偏光素子の劣化による欠陥検出精度の低下を把握できる表面検査装置を提供すること。【解決手段】  直線偏光を生成する第１の偏光素子３４を有し、直線偏光Ｌ１によって被検基板２０の表面を照明する照明手段１３と、直線偏光の振動面に交差する偏光成分を抽出する第２の偏光素子３７を有し、表面から発生した光のうち偏光成分Ｌ４を受光する受光手段１４と、第１の偏光素子および第２の偏光素子のうち少なくとも一方の劣化の度合いをモニタするモニタ手段１５,１６とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直線偏光を生成する第１の偏光素子を有し、前記直線偏光によって被検基板の表面を照明する照明手段と、
前記直線偏光の振動面に交差する偏光成分を抽出する第２の偏光素子を有し、前記表面から発生した光のうち前記偏光成分を受光する受光手段と、
前記第１の偏光素子および前記第２の偏光素子のうち少なくとも一方の劣化の度合いをモニタするモニタ手段とを備えた
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
請求項１に記載の表面検査装置において、
前記モニタ手段は、モニタ対象の偏光素子の前記劣化の度合いが所定の閾値を超えたときに、該偏光素子の交換を指示する信号を出力する
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項３】
請求項２に記載の表面検査装置において、
前記信号に基づいて、前記モニタ対象の偏光素子を他の偏光素子に交換する交換手段をさらに備えた
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の表面検査装置において、
前記モニタ手段は、モニタ対象の偏光素子の透過率の変化を測定し、該変化に基づいて前記劣化の度合いをモニタする
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の表面検査装置において、
前記モニタ手段は、モニタ対象である偏光素子の透過率の素子面内バラツキを測定し、該バラツキに基づいて前記劣化の度合いをモニタする
ことを特徴とする表面検査装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の表面検査装置において、
前記モニタ手段は、既知の光学特性を有するモニタ基板を用いて、前記照明手段と前記受光手段とを制御して、前記モニタ対象の偏光素子の透過率を測定する
ことを特徴とする表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検基板の表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査を行う表面検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被検基板（例えば半導体ウエハや液晶基板など）の表面に形成された繰り返しパターンに検査用の照明光を照射し、このとき繰り返しパターンから発生する光に基づいて、繰り返しパターンの欠陥検査を行う装置が知られている。
また、検査用の照明光として直線偏光を用い、繰り返しパターンから発生する光のうち、繰り返しパターンでの偏光状態の変化に関わる成分を受光して、欠陥検査を行う装置も提案されている（例えば特許文献１を参照）。この装置では、照明系と受光系との各々に偏光素子が配置され、各偏光素子を用いて上記の照明および受光を行っている。
【特許文献１】国際公開２００５／０４０７７６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の装置では、照明系や受光系に配置した偏光素子の劣化に起因して、繰り返しパターンの欠陥検出精度が低下しても、そのこと自体や程度を把握することはできなかった。
本発明の目的は、偏光素子の劣化による欠陥検出精度の低下を把握できる表面検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の表面検査装置は、直線偏光を生成する第１の偏光素子を有し、前記直線偏光によって被検基板の表面を照明する照明手段と、前記直線偏光の振動面に交差する偏光成分を抽出する第２の偏光素子を有し、前記表面から発生した光のうち前記偏光成分を受光する受光手段と、前記第１の偏光素子および前記第２の偏光素子のうち少なくとも一方の劣化の度合いをモニタするモニタ手段とを備えたものである。
【０００５】
また、上記の表面検査装置において、モニタ対象の偏光素子の前記劣化の度合いが所定の閾値を超えたときに、該偏光素子の交換を指示する信号を出力することが好ましい。
また、上記の表面検査装置において、前記信号に基づいて、前記モニタ対象の偏光素子を他の偏光素子に交換する交換手段をさらに備えることが好ましい。
また、上記の表面検査装置において、前記モニタ手段は、モニタ対象の偏光素子の透過率の変化を測定し、該変化に基づいて前記劣化の度合いをモニタすることが好ましい。
【０００６】
また、上記の表面検査装置において、前記モニタ手段は、モニタ対象である偏光素子の透過率の素子面内バラツキを測定し、該バラツキに基づいて前記劣化の度合いをモニタすることが好ましい。
また、上記の表面検査装置において、前記モニタ手段は、既知の光学特性を有するモニタ基板を用いて、前記照明手段と前記受光手段とを制御して、前記モニタ対象の偏光素子の透過率を測定することが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、偏光素子の劣化による欠陥検出精度の低下を把握することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
本実施形態の表面検査装置１０は、図１に示す通り、被検基板２０を支持するステージ１１と、アライメント系１２と、照明系１３と、受光系１４と、画像処理部１５と、制御部１６とで構成される。本実施形態の表面検査装置１０は、一括撮像型の装置である。
【０００９】
被検基板２０は、半導体ウエハや液晶基板などである。被検基板２０の表面（レジスト層）の各点には、図２に示す通り、検査すべき繰り返しパターン２２が形成されている。繰り返しパターン２２は、配線パターンなどである。繰り返しパターン２２のライン部の配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン２２の繰り返し方向」という。
本実施形態の表面検査装置１０は、半導体回路素子や液晶表示素子の製造工程において、被検基板２０の表面に形成された繰り返しパターン２２の欠陥検査を自動で行う装置である。繰り返しパターン２２の欠陥とは、被検基板２０に対する露光時のデフォーカス欠陥やレジストの膜厚ムラや傷などの形状変化である。被検基板２０は、表面（レジスト層）への露光・現像後、不図示の搬送系によってカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ１１に吸着される。
【００１０】
ステージ１１は、被検基板２０を上面に載置して例えば真空吸着により固定保持する。また、ステージ１１には不図示の回転機構が設けられ、その回転軸は被検基板２０を載置する上面に垂直である。回転機構によってステージ１１を回転させ、その上面に載置された被検基板２０を回転させることで、上記の繰り返しパターン２２の繰り返し方向（図２のＸ方向）を、被検基板２０の表面内で回転させることができる。
【００１１】
このような回転の最中に、アライメント系１２は、被検基板２０の外縁部を照明し、外縁部に設けられた不図示の外形基準（例えばノッチ）の回転方向の位置に基づいて、繰り返しパターン２２の向きを検出する。そして、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）が欠陥検査に適した所望の方向になると、ステージ１１の回転が停止される。
照明系１３は、被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２（図２）に対して検査用の照明光Ｌ１を照射する手段であり、光源３１と、調光ユニット３２と、２分岐型のライトガイドファイバ３３と、偏光素子３４と、凹面反射鏡３５とで構成されている（偏心光学系）。この照明系１３は、被検基板２０側に対してテレセントリックな光学系である。
【００１２】
光源３１は、メタルハライドランプや水銀ランプなどの放電光源である。光源３１から出射される光の波長域は、例えば２４０ｎｍ〜６００ｎｍ程度であり、紫外域から可視域までの領域を含む。
調光ユニット３２は、不図示の波長選択フィルタ,ＮＤフィルタ,リレーレンズ、および、光量センサ２Ａなどからなる。
【００１３】
波長選択フィルタは、光源３１から出射された光のうち、所定波長の輝線スペクトルを選択的に透過する。波長選択フィルタの透過波長域は、例えば、５４６ｎｍ(ｅ線),４３６ｎｍ(ｇ線),４０５ｎｍ(ｈ線),３６５ｎｍ(ｉ線),３１３ｎｍ(ｊ線)や、２６５ｎｍ,２４８ｎｍのようなＤＵＶ領域の波長域などである。不図示の切り替え機構によって、複数の波長選択フィルタの何れか１つが光路中に挿入される。
【００１４】
ＮＤフィルタは、波長選択フィルタから出射された光の強度を調整する。例えば、濃度の異なる複数のＮＤフィルタをターレットに装着し、ターレットを回転させて所望の濃度のＮＤフィルタを光路に挿入すればよい。あるいは、段階的に濃度を変化させたウェッジタイプのＮＤフィルタを用い、所望の濃度の部分を光路に挿入してもよい。ＮＤフィルタを透過した後の光は、リレーレンズを介してライトガイドファイバ３３に導かれる。
【００１５】
ライトガイドファイバ３３は、調光ユニット３２から出射された光を２方向に伝送する。そして、一方の分岐光路３Ａの射出端から偏光素子３４に向けて、一部の光（発散光束で非偏光の照明光）を射出する。さらに、他方の分岐光路３Ｂの射出端から光量センサ２Ａに向けて残りの光を導く。
光量センサ２Ａは、ライトガイドファイバ３３の他方の分岐光路３Ｂから導かれる光の強度をモニタし、光量信号を調光ユニット３２の制御部(不図示)に出力する。この制御部では、光量センサ２Ａからの光量信号に基づいてＮＤフィルタの濃度を調整し、所定の光量に設定する。また、光量センサ２Ａからの光量信号に基づいて、光源３１の劣化をモニタすることもできる。なお、ライトガイドファイバ３３を分岐させずに、ファイバよりも前段の光路上にハーフミラーを配置し、そこでの反射光を光量センサ２Ａに導いてもよい（例えば特開平１１−２８１５８５号公報を参照）。
【００１６】
偏光素子３４は、ライトガイドファイバ３３の一方の分岐光路３Ａの射出端近傍に配置され、偏光板４Ａと偏光補償板４Ｂとで構成される。
偏光板４Ａは、その透過軸が所定の方位に設定される。そして、ライトガイドファイバ３３からの発散光束の照明光（非偏光）を、透過軸の方位に応じた偏光状態（つまり直線偏光）に変換する。
【００１７】
偏光補償板４Ｂは、高屈折率の光学ガラスからなる平行平面板であり、光路中に傾けて配置される。このため、偏光補償板４Ｂの各点では、偏光板４Ａからの直線偏光が異なる角度で入射し、入射角度に応じて偏光状態が僅かに変化する。また、各点での偏光状態の変化量は、偏光補償板４Ｂの傾き角に依存する。偏光補償板４Ｂの傾き角を適宜調整することにより、後段の凹面反射鏡３５における反射時の偏光状態の乱れ（偏光面の回転）を予め補償することができる。
【００１８】
このような偏光板４Ａおよび偏光補償板４Ｂ（つまり偏光素子３４）を介して生成された直線偏光の照明光Ｌ０（発散光束）は、後段の凹面反射鏡３５に導かれる。
なお、光路外には予備の偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)が配置され、光路中の偏光素子３４と交換できるようになっている。つまり、光路中の偏光素子３４と予備の偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)がターレット４Ｆに装着され、ターレット４Ｆが駆動モータ４Ｅの回転軸に連結され、ターレット４Ｆの回転によって偏光素子３４と偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)とを交換することができる。交換動作は制御部１６からの指示にしたがって行われる。
【００１９】
予備の偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)を光路中に配置した場合でも、偏光板４Ｃおよび偏光補償板４Ｄを介して、上記と同様の直線偏光の照明光Ｌ０（発散光束）を生成することができ、この照明光Ｌ０を後段の凹面反射鏡３５に導くことができる。なお、ターレット４Ｆには、１つ以上の予備の偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)の他に、偏光素子のない開口部も設けられる。
【００２０】
凹面反射鏡３５は、球面の内側を反射面とした反射鏡であり、前側焦点がライトガイドファイバ３３の分岐光路３Ａの射出端と略一致、後側焦点が被検基板２０の表面と略一致するように配置される。さらに、凹面反射鏡３５の各点に対する発散光束の照明光Ｌ０の入射角が概ね１５度以下になるように、凹面反射鏡３５の曲率半径と軸外しの角度が設定されている。
【００２１】
この凹面反射鏡３５では、偏光素子３４からの発散光束の照明光Ｌ０（直線偏光）が反射によってコリメートされ、平行光束の検査用の照明光Ｌ１として被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２に照射される（いわゆるテレセントリック照明）。
このとき、被検基板２０の表面の比較的広い領域（例えば全域など）の各点に対して、斜め上方から略一定の角度条件で、検査用の照明光Ｌ１を入射させることができる。照明光Ｌ１によって被検基板２０の表面の全域を照明すれば、表面の全域で一括して繰り返しパターン２２の欠陥を検出可能となり、高スループットでの欠陥検査が可能となる。
【００２２】
繰り返しパターン２２の欠陥検査の際には、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）を所望の方向に設定することで、被検基板２０の表面における照明光Ｌ１の振動面の方向（図３のＶ方向）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との成す角度φを、所望の斜めの角度（０度＜φ＜９０度）に設定する。角度φは例えば４５度である。また、角度φは３０度〜６０度の間の任意の角度に設定してもよい。このような照明光Ｌ１と繰り返しパターン２２との角度関係は、被検基板２０の表面の全域において略均一である。なお、照明光Ｌ１の振動面とは、照明光Ｌ１の進行方向と電気(または磁気)ベクトルの振動方向とを含む平面のことである。
【００２３】
そして、上記の照明光Ｌ１（直線偏光）を用いて繰り返しパターン２２を照明すると、繰り返しパターン２２の異方性に起因する構造性複屈折（form birefringence）によって直線偏光（照明光Ｌ１）の偏光状態が変化し、繰り返しパターン２２から各点での入射面に沿って、楕円偏光の正反射光Ｌ２（図１）が発生する。
繰り返しパターン２２の構造性複屈折による直線偏光の楕円化の詳細は、本出願人が既に出願した国際公開２００５／０４０７７６号パンフレットに記載されているので、ここでは詳しい説明を省略する。
【００２４】
なお、本実施形態では、繰り返しパターン２２のピッチ（例えば１１０ｎｍ）が照明光Ｌ１の波長（２４０ｎｍ〜６００ｎｍ程度の波長域）と比較して十分小さいため、照明光Ｌ１が照射されたときに、繰り返しパターン２２から回折光が発生することはない。
本実施形態の表面検査装置１０は、直線偏光の照明光Ｌ１（図３）によって被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２を照明し、このとき繰り返しパターン２２から発生する楕円偏光の正反射光Ｌ２を受光系１４に導き、その偏光状態（つまり楕円化の程度）に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥検査を行うものである。
【００２５】
受光系１４（図１）は、繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２に基づいて受光信号を出力する手段であって、凹面反射鏡３６と、偏光素子３７と、結像レンズ３８と、撮像素子３９とで構成される（偏心光学系）。受光系１４も、照明系１３と同様、被検基板２０側に対してテレセントリックな光学系である。
凹面反射鏡３６は、照明系１３の凹面反射鏡３５と同様の構成であり、凹面反射鏡３６の各点に対する正反射光Ｌ２の入射角が概ね１５度以下になるように、凹面反射鏡３６の曲率半径と軸外しの角度が設定されている。
【００２６】
この凹面反射鏡３６は、被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２から発生した正反射光Ｌ２を反射して集光光束（正反射光Ｌ３）に変換し、偏光素子３７の方に導く。そして、凹面反射鏡３６からの光(Ｌ３)の一部(Ｌ４)が、偏光素子３７を透過した後、後段の結像レンズ３８を介して、撮像素子３９の撮像面に入射する。
偏光素子３７は、結像レンズ３８の近傍に配置され、偏光板７Ａと偏光補償板７Ｂとで構成される。配置の順番は、凹面反射鏡３６に近い方が偏光補償板７Ｂ、結像レンズ３８に近い方が偏光板７Ａとなっている。
【００２７】
偏光補償板７Ｂは、照明系１３の偏光補償板４Ｂと同様の構成であり、光路中に傾けて配置される。このため、偏光補償板７Ｂの各点では、凹面反射鏡３６からの光(Ｌ３)が異なる角度で入射し、入射角に応じて偏光状態が僅かに変化する。また、各点での偏光状態の変化量は、偏光補償板７Ｂの傾き角に依存する。偏光補償板７Ｂの傾き角を適宜調整することにより、凹面反射鏡３６における反射時の偏光状態の乱れ（偏光面の回転）を補償することができる。
【００２８】
偏光板７Ａは、照明系１３の偏光板４Ａと同様の構成であり、その透過軸が所定の方位に設定される。偏光素子３７の透過軸の方位は、照明系１３の偏光板４Ａに対して、それぞれの透過軸が互いに直交するように配置される（クロスニコルの配置）。
このため、凹面反射鏡３６からの光(Ｌ３)は、偏光素子３７を透過する際に、偏光板７Ａの透過軸の方位に応じた偏光成分Ｌ４（つまり直線偏光の照明光Ｌ１の振動面に垂直な偏光成分）のみが抽出される。この偏光成分Ｌ４は、繰り返しパターン２２から発生した楕円偏光の正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり楕円化の程度）に応じた大きさを有する。
【００２９】
なお、光路外には予備の偏光素子(７Ｃ,７Ｄ)が配置され、光路中の偏光素子３７と交換できるようになっている。つまり、光路中の偏光素子３７と予備の偏光素子(７Ｃ,７Ｄ)がターレット７Ｆに装着され、ターレット７Ｆが駆動モータ７Ｅの回転軸に連結され、ターレット７Ｆの回転によって偏光素子３７と偏光素子(７Ｃ,７Ｄ)とを交換することができる。交換動作は制御部１６からの指示にしたがって行われる。
【００３０】
予備の偏光素子(７Ｃ,７Ｄ)を光路中に配置した場合でも、偏光補償板７Ｄおよび偏光板７Ｃを介して、上記と同様の偏光成分Ｌ４を抽出することができ、この偏光成分Ｌ４を後段の結像レンズ３８に導くことができる。なお、ターレット７Ｆには、１つ以上の予備の偏光素子(７Ｃ,７Ｄ)の他に、偏光素子のない開口部も設けられる。
光路中に偏光素子（例えば偏光素子３７）を配置した場合、そこからの偏光成分Ｌ４は、結像レンズ３８を介して撮像素子３９の撮像面に入射する。このとき、撮像素子３９の撮像面には、上記の偏光成分Ｌ４によって、被検基板２０の表面の反射像が形成される。
【００３１】
被検基板２０の表面のうち繰り返しパターン２２のない部分では、偏光成分Ｌ４の大きさがほぼ０になる（暗視野）。これに対し、繰り返しパターン２２の部分では、構造性複屈折によって直線偏光(Ｌ１)が楕円偏光(Ｌ２)となり、偏光成分Ｌ４が有限の値を持つため、暗視野の中にパターン像が浮かび上がって見えることになる。
撮像素子３９は、凹面反射鏡３６と結像レンズ３８とを介して、被検基板２０の表面と共役な位置に配置される。撮像素子３９は、例えばＣＣＤ撮像素子などであり、撮像面に形成された被検基板２０の表面の反射像を光電変換し、各画素ごとの受光信号を画像処理部１５に出力する。
【００３２】
画像処理部１５は、撮像素子３９から出力される受光信号に基づいて、被検基板２０の反射画像を取り込む。この反射画像には、被検基板２０の表面の各点（繰り返しパターン２２）から発生した正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり偏光成分Ｌ４の大きさ）に応じた明暗が現れる。
画像処理部１５は、被検基板２０の反射画像を取り込むと、その輝度情報と例えば良品サンプルの反射画像の輝度情報とを比較する。良品サンプルとは、理想的な形状で欠陥のない繰り返しパターン２２を表面全域に形成したものである。
【００３３】
画像処理部１５は、良品サンプルの反射画像の輝度値を基準とし、被検基板２０の反射画像の輝度値の変化量を測定する。得られた輝度値の変化量は、繰り返しパターン２２の形状変化（露光時のデフォーカス欠陥やレジストの膜厚ムラなど）による正反射光Ｌ２の偏光状態（つまり偏光成分Ｌ４の大きさ）の変化を表している。
そして、画像処理部１５は、被検基板２０の反射画像における輝度値の変化量に基づいて、繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。例えば、輝度値の変化量が予め定めた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判定すればよい。また、良品サンプルを使わずに、被検基板２０の反射画像の中での輝度値の変化量を所定の閾値と比較してもよい。
【００３４】
さらに、画像処理装置１５による繰り返しパターン２２の欠陥の検出には、上記した良品サンプルの画像と比較する方法の他に、次のような方法を用いることもできる。すなわち、被検基板２０のショット領域の配列データと輝度値の閾値を予め記憶しておき、取り込んだ被検基板２０の画像における各ショット領域の位置を上記の配列データに基づいて把握し、各ショット領域の輝度値を求める。そして、各ショット領域の輝度値と予め記憶している閾値とを比較することで、繰り返しパターン２２の欠陥を検出する。閾値よりも輝度値が小さいショット領域を欠陥と判断すればよい。
【００３５】
このように、本実施形態の表面検査装置１０では、直線偏光の照明光Ｌ１によって繰り返しパターン２２を照明し、繰り返しパターン２２から発生して凹面反射鏡３６で反射した後の正反射光Ｌ３の偏光状態（つまり偏光成分Ｌ４の大きさ）に応じて被検基板２０の反射画像を取り込むため、この反射画像の明暗に基づいて繰り返しパターン２２の欠陥を検出することができる。また、照明系１３と受光系１４との各々に偏光補償板４Ａ,７Ａを配置するため、被検基板２０の表面全体における消光比を略均一にすることができる。
【００３６】
ところで、上記した本実施形態の表面検査装置１０を長時間使用すると、偏光素子３４,３７が徐々に劣化して、透過率が低下したり、消光比が低下する（クロスニコルの漏れ光が増加する）ことがある。また、繰り返しパターン２２による偏光状態の変化が小さい場合には、その変化を大きく捉えるために照明光量を強くする必要があり、このような状態で装置を使用すると、偏光素子３４,３７の劣化が速くなる。さらに、照明光としてｉ線(365nm)などの紫外線を用いた場合にも、偏光素子３４,３７の劣化が速くなる。そして、偏光素子３４,３７のうち少なくとも一方が劣化すると、これに起因して繰り返しパターン２２の欠陥検出精度が低下する。
【００３７】
本実施形態の表面検査装置１０では、繰り返しパターン２２の欠陥検出精度が低下したこと自体やその程度を把握するため、次のようにして偏光素子３４,３７の劣化の度合いを定期的にモニタする。偏光素子３４,３７に対するモニタ処理は、制御部１６からの指示にしたがって順に行われるが、その手順は同様である。ここでは、図４のフローチャートを参照し、照明系１３の偏光素子３４を例にモニタ処理の説明を行う。
【００３８】
まず（ステップＳ１）、基準となるモニタ基板を用意し、被検基板２０の代わりにステージ１１の上面に載置する。モニタ基板は、表面全体（または所定の領域）内で、既知の光学特性（例えば均一な反射特性）を有する。モニタ基板の表面においてパターンの有無はどちらでもよい。モニタ基板としては光学特性の経時変化が小さいものを用いることが好ましい。
【００３９】
次に（ステップＳ２）、現在のタイミングが検査前か否かを判断する。そして、検査前（Ｓ２がＹｅｓ）であれば、ステップＳ３〜Ｓ５の処理を行った後、ステップＳ６の処理に進む。また、検査中（Ｓ２がＮｏ）であれば、ステップＳ７以降の処理に進む。
ステップＳ３では、照明系１３の駆動モータ４Ｅを制御してターレット４Ｆを回転させ、偏光素子３４を光路外に退避させると共に、ターレット４Ｆの開口部（偏光素子のない部分）を選択して光路中に挿入する。また同様に、受光系１４の駆動モータ７Ｅを制御してターレット７Ｆを回転させ、偏光素子３７を光路外に退避させると共に、ターレット７Ｆの開口部（偏光素子のない部分）を光路中に挿入する。
【００４０】
そして、この状態で、照明光量を調整した後、画像処理部１５を制御してモニタ基板の反射画像を取り込む。さらに、この反射画像から、モニタ基板の表面全体（または所定の領域）での平均輝度Ｌ0(1)を求める。
次に（ステップＳ４）、照明系１３の駆動モータ４Ｅを制御し、今後の検査に使用する照明系１３の偏光素子３４のみを光路中に挿入する（受光系１４の偏光素子３７は光路外に退避させておく）。そして、ステップＳ３と同じ照明光量で、偏光素子３４のみを光路中に挿入した状態で、モニタ基板の反射画像を取り込み、この反射画像から、モニタ基板の表面全体（または所定の領域）での平均輝度Ｌ34(1)を求める。
【００４１】
次に（ステップＳ５）、ステップＳ３,Ｓ４で求めた平均輝度Ｌ0(1),Ｌ34(1)の比から、照明系１３の偏光素子３４の現時点での透過率（Ｌ34(1)／Ｌ0(1)）を求めて、これを初期データとして記憶する。
その後、モニタ基板の代わりに被検基板２０がステージ１１の上面に載置されて、被検基板２０の表面の繰り返しパターン２２に対する欠陥検査が開始される。欠陥検査の最中にはステップＳ６の判断を行って、装置を一定期間使用した場合（Ｓ６がＹｅｓ）には、ステップＳ１の処理に戻る。
【００４２】
上記と同じモニタ基板をステージ１１の上面に載置し（Ｓ１）、検査中（Ｓ２がＮｏ）であるため、ステップＳ７以降の処理に進む。
ステップＳ７の処理は、ステップＳ３と同様であり、ステップＳ３と同様の照明光量でモニタ基板の反射画像を取り込み、モニタ基板の表面全体（または所定の領域）での平均輝度Ｌ0(2)を求める。ステップＳ８の処理は、ステップＳ４と同様であり、ステップＳ３と同様の照明光量でモニタ基板の反射画像を取り込み、モニタ基板の表面全体（または所定の領域）での平均輝度Ｌ34(2)を求める。
【００４３】
次に（ステップＳ９）、ステップＳ７,Ｓ８で求めた平均輝度Ｌ0(2),Ｌ34(2)の比から、照明系１３の偏光素子３４の現時点での透過率（Ｌ34(2)／Ｌ0(2)）を求めて、これを上記の初期データ（検査前の透過率（Ｌ34(1)／Ｌ0(1)））と比較する。比較の方法としては、２つの透過率データの比（または差）を求める方法などが考えられる。
比較によって得られる透過率の変化（比または差など）は、照明系１３の偏光素子３４の劣化の度合いを表している。
【００４４】
そして、次に（ステップＳ１０）、モニタ対象の偏光素子３４の透過率の変化（劣化の度合い）が所定の閾値を超えたか否かを判断し、その閾値を超えていなければ（Ｓ１０がＮｏ）、ステップＳ６の処理に進む。閾値は被検基板２０の種類や検査条件などに応じて定めればよい。
一方、偏光素子３４の透過率の変化（劣化の度合い）が閾値を超えたときには（Ｓ１０がＹｅｓ）、ステップＳ１１以降の処理を行う。
【００４５】
ステップＳ１１では、制御部１６から照明系１３の駆動モータ４Ｅに対して、偏光素子３４の交換を指示する信号が出力される。駆動モータ４Ｅは、制御部１６からの交換信号に基づいてターレット４Ｆを回転させ、モニタ対象の偏光素子３４を他の予備の偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)に自動で交換する。このとき、光路中には新しい偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)が配置される。
【００４６】
次に（ステップＳ１２）、新しい偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)の初期データを得るため、新しい偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)のみを光路中に挿入した状態で、モニタ基板の反射画像を取り込み、この反射画像から、モニタ基板の表面全体（または所定の領域）での平均輝度Ｌ34'(1)を求める。
次に（ステップＳ１３）、ステップＳ１２で求めた平均輝度Ｌ34'(1)とステップＳ７で求めた平均輝度Ｌ0(2)との比から、照明系１３の新しい偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)の現時点での透過率（Ｌ34'(1)／Ｌ0(2)）を求めて、これを初期データとして記憶する。その後、ステップＳ６の処理に進む。
【００４７】
このように、本実施形態の表面検査装置１０では、照明系１３の偏光素子３４をモニタ対象とする場合、偏光素子３４の透過率の変化（初期データとの比や差など）を定期的に測定し、この変化に基づいて偏光素子３４の劣化の度合いをモニタしている。また、上記と同様の手順で、受光系１４の偏光素子３７についても、その劣化の度合いをモニタする。したがって、偏光素子３４,３７の劣化による繰り返しパターン２２の欠陥検出精度の低下を把握することができる。
【００４８】
また、本実施形態の表面検査装置１０では、偏光素子３４,３７を共に退避させた状態で平均輝度Ｌ0(1)などを求め、偏光素子３４,３７の透過率の変化に基づいて劣化の度合いを直接モニタするため、他の光学系（光源３１など）による変動をキャンセルすることができ、正確なモニタが可能となる。
ただし、他の光学系（光源３１など）による変動が小さければ、偏光素子３４,３７を共に退避させて平均輝度Ｌ0(1)などを求める必要はなく、偏光素子３４,３７を光路中に挿入した状態のみで平均輝度Ｌ34(1)などを求めればよい。そして、この平均輝度Ｌ34(1)などに応じた透過光量の変化により、劣化の度合いをモニタすればよい。
【００４９】
さらに、偏光素子３４,３７の劣化の度合いをモニタする方法としては、各々の透過率や透過光量などを直接測定してモニタする方法に限らない。その他、例えば、偏光素子３４,３７の使用開始からの経過時間と劣化の度合いとの関係を予め調べて記憶しておき、この記憶データを参照しながら実際の経過時間に基づいて劣化の度合いをモニタする方法なども考えられる。記憶データは、照明光量などの検査条件ごとに作成することが好ましい。
【００５０】
また、本実施形態の表面検査装置１０では、照明系１３の偏光素子３４と受光系１４の偏光素子３７との双方をモニタ対象とし、その劣化の度合いを順にモニタするので、正確なモニタを行える。ただし、偏光素子３４,３７のうち何れか一方のみをモニタ対象としても構わない。すなわち、偏光素子３４,３７のうち少なくとも一方をモニタ対象とする場合であれば本発明を適用できる。照明系１３と受光系１４とを比べると、照明系１３の偏光素子３４の方が強い光束を受けるため、偏光素子３４を優先的にモニタ対象とすることが好ましい。
【００５１】
さらに、本実施形態の表面検査装置１０では、モニタ対象の偏光素子の劣化の度合いが所定の閾値を超えたときに、この偏光素子の交換を指示する信号を出力するので、高精度な欠陥検査を行うために必要な何らかの対策を講じる（他の新しい偏光素子に交換する）ことができる。そして、新しい偏光素子に交換することで、使用中の偏光素子が劣化しても欠陥検出精度を低下させることなく良好に欠陥検査を継続できる。
【００５２】
また、本実施形態の表面検査装置１０では、制御部１６からの交換信号に応じて、モニタ対象の偏光素子を他の偏光素子に自動で交換するので、作業者に負担を掛けることなく、長時間にわたって高精度な欠陥検査を継続できる。
ただし、偏光素子の交換は、制御部１６からの交換信号に応じて、作業者が手動で行うことも考えられる。この場合、表面検査装置１０では、制御部１６からの交換信号に応じて警告表示を行ったり警告音を発したりすることで、偏光素子の交換を作業者に指示することが必要になる。
【００５３】
なお、ターレットに取り付けた予備の偏光素子への交換を順に行い、全ての偏光素子の劣化の度合いが閾値を超えた場合には、ターレットと複数の偏光素子を含む偏光ユニット全体を交換することが好ましい。この場合、制御部１６は、偏光ユニット全体の交換を指示する信号を出力する。
上記した第１実施形態では、モニタ基板の表面全体（または所定の領域）での平均輝度を求めるので、偏光素子の透過特性（透過率や透過光量）の全体的または局所的な変化を測定することができる。モニタ基板の表面上で既知の光学特性（例えば均一な反射特性）を有する領域が複数に分散している場合には、これらの複数の領域で平均輝度を求めれば、上記と同様のモニタを行える。偏光素子の透過特性の局所的な変化を測定する場合には、例えば、光軸付近の領域を測定領域として設定すればよい。
【００５４】
（第２実施形態）
ここでは、モニタ基板の反射画像を複数の領域に分割し、その各領域で偏光素子の透過率を求めることで、透過率のバラツキを測定し、このバラツキに基づいて劣化の度合いをモニタする。このようにすれば、偏光素子が任意の部分で局所的に劣化した場合にも対応できる。偏光素子は、その組成ムラなどによって部分的に劣化することがあり、劣化する部分を予め知ることは困難なため、偏光素子の透過率のバラツキに基づいて劣化の度合いをモニタすることが有効と考えられる。そして、バラツキが所定の閾値を超えた場合に、偏光素子を交換すればよい。なお、モニタ基板の反射画像の各画素ごとに偏光素子の透過率のバラツキを測定してもよい。
【００５５】
（第３実施形態）
上記した第１実施形態では、基準となるモニタ基板を被検基板２０の代わりにステージ１１の上面に載置して偏光素子の透過率を測定したが、本発明はこれに限定されない。
ステージ１１の上面に１つ以上の表面反射鏡５１（図５）を埋め込み、この表面反射鏡５１を利用して偏光素子の透過率を測定してもよい。
【００５６】
この場合、偏光素子のモニタ処理を行うには、被検基板２０を取り除いた状態で、ステージ１１の上面（表面反射鏡５１を含む）を照明し、表面反射鏡５１からの反射光に基づいてステージ１１の反射画像を取り込む。そして、ステージ１１の反射画像のうち、表面反射鏡５１の部分の平均輝度（反射光量）に基づいて、偏光素子の透過率の変化やバラツキを測定する。ステージ１１の表面反射鏡５１を利用することで、別部材のモニタ基板が不要となる。
【００５７】
なお、表面反射鏡５１を埋め込む場合に限らず、アルミなどの金属材料を用いてステージ１１そのものを鏡面にしてもよい。また、ステージ１１の表面に、光が散乱するような処理（つや消し加工など）を施し、ステージ１１からの散乱光に基づいて画像を取り込み、偏光素子の透過率の変化やバラツキを測定してもよい。
（第４実施形態）
ここでは、図６に示す測定ユニット(６１〜６３)によって、照明系１３の偏光素子３４の透過率を測定する例で説明する。測定ユニット(６１〜６３)は、ライトガイドファイバ３３の分岐光路３Ａからさらに分岐した第３の光路（以下「ファイバ６１」という）と、ファイバ６１から射出される測定光束Ｌ５の光路に配置された検出器６２と、モニタ対象の偏光素子３４の前に挿入可能なシャッタ６３とで構成される。
【００５８】
測定ユニット(６１〜６３)によって透過率を測定する場合、モニタ対象の偏光素子３４は、検査用の照明光路の外（測定光束Ｌ５の光路中）に配置される。このとき、検査用の照明光路中には、予備の偏光素子(４Ｃ,４Ｄ)が配置されても構わないし、偏光素子のない開口部が配置されても構わない。
測定ユニット(６１〜６３)では、調光ユニット３２からの光の一部をファイバ６１から不図示のレンズを介して偏光素子３４に導き、偏光素子３４からの透過光を検出器６２に導く。そして、検出器６２による検出光量に基づいて、偏光素子３４の透過率を測定する。測定手順は上記（図４）と同様である。
【００５９】
測定ユニット(６１〜６３)を用いることで、表面検査装置１０の凹面反射鏡３５,３６やモニタ基板（または表面反射鏡５１）などの変動による影響を受けずに、直接的に照明系１３の偏光素子３４の透過率を測定することが可能となる。なお、偏光素子３４の透過率を測定しないときには、シャッタ６３を測定光束Ｌ５の光路上に挿入し、他の偏光素子の劣化を防止することが好ましい。
【００６０】
受光系１４の偏光素子３７の透過率を測定する場合には、上記の測定ユニット(６１〜６３)と同様の測定ユニットを、凹面反射鏡３６と結像レンズ３８との間の検査用の光路の外に配置すればよい。また、照明系１３の検査用の照明光路中には、偏光素子のない開口部を配置する必要がある。このとき、測定ユニット(６１〜６３)の測定光束Ｌ５の光路上にモニタ対象の偏光素子３４が配置されていれば、照明系１３と受光系１４とで偏光素子の透過率を同時に測定することができる。
【００６１】
（変形例）
上記した実施形態では、偏光素子の劣化の度合いをモニタする際に、偏光素子の偏光板と偏光補償板とをセットにして透過率の変化を測定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、予備の偏光補償板(４Ｄなど)を省略し、光路中の偏光補償板４Ｂを固定的に配置し、偏光板(４Ａ,４Ｃなど)のみをターレット４Ｆに取り付けて、偏光板(４Ａ,４Ｃなど)自体の透過率の変化を測定してもよい。この場合、劣化の度合いが閾値を超えると偏光板のみを交換することになる。また、その後、偏光板の固体差を吸収するために偏光補償板４Ｂの傾き調整をすることが好ましい。
【００６２】
さらに、上記した実施形態では、照明系１３と受光系１４との双方に偏光補償板４Ｂ,７Ｂを配置したが、本発明はこれに限定されない。偏光補償板４Ｂ,７Ｂのうち何れか一方を省略して、照明系１３と受光系１４との何れか一方のみに偏光補償板を配置してもよい。また、両方の偏光補償板を省略しても構わない。
また、上記した実施形態では、偏光素子３４,３７をクロスニコルの配置としたが、本発明はこれに限定されない。偏光素子３４,３７の各透過軸を直交以外の角度で交差させても構わない。ただし、欠陥検出の感度が最も高くなるのは、偏光素子３４,３７をクロスニコルの配置にした場合である。
【００６３】
さらに、上記した実施形態では、繰り返しパターン２２からの正反射光Ｌ２(Ｌ３)に基づいて欠陥検査を行う例で説明したが、本発明はこれに限定されない。正反射光以外の光、例えば繰り返しパターン２２からの回折光や、パターンエッジによる散乱光、パターン側面からの反射光などに基づいて、被検基板２０の表面の欠陥検査を行う場合にも、本発明を適用できる。
【００６４】
正反射光以外の光を用いる場合には、ステージ１１にチルト機構を設け、被検基板２０の表面内に含まれる軸(チルト軸)を中心として、ステージ１１（被検基板２０）を回転可能とすることが好ましい。チルト軸は、照明光Ｌ１と被検基板２０の表面における法線とを含む入射面に垂直である。または、上記のチルト軸を中心として、照明系１３と受光系１４とステージ１１との少なくとも２つを独立に回転させてもよい。
【００６５】
このようなチルト機構を設けることで、被検基板２０の表面に対する照明光Ｌ１の入射角度と被検基板２０の表面から発生する光（回折光や散乱光など）の出射角度とを、欠陥検査の内容に応じて最適に設定することができる。
また、正反射光Ｌ２(Ｌ３)以外の光（回折光や散乱光など）に基づいて欠陥検査を行う場合には、直線偏光の照明光Ｌ１の振動面の方向（図３）と、繰り返しパターン２２の繰り返し方向（Ｘ方向）との成す角度φを斜めの角度に設定する必要はない。例えば、照明光Ｌ１の振動面の方向と繰り返しパターン２２の繰り返し方向との成す角度は、０度または９０度に設定すればよい。
【００６６】
さらに、上記した実施形態では、使用波長域として２４０ｎｍ〜６００ｎｍ程度を想定したが、本発明はこれに限定されない。２４０ｎｍ以下の深紫外域や、６００ｎｍ以上の可視域から赤外域を利用する装置にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】表面検査装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】繰り返しパターン２２の繰り返し方向(Ｘ方向)を説明する図である。
【図３】繰り返し方向(Ｘ方向)と照明光Ｌ１の振動面の方向(Ｖ方向)との成す角度φを説明する図である。
【図４】偏光素子に対するモニタ処理の手順を示すフローチャートである。
【図５】ステージ１１に表面反射鏡５１を埋め込んだ場合の構成図である。
【図６】測定ユニット(６１〜６３)による透過率測定を説明する図である。
【符号の説明】
【００６８】
１０ 表面検査装置 ; １１ ステージ ; １２ アライメント系 ; １３ 照明系 ;
１４ 受光系 ; １５ 画像処理部 ; １６ 制御部 ; ２０ 被検基板 ;
２２ 繰り返しパターン ; ３１ 光源 ; ３２ 調光ユニット ; ２Ａ 光量モニタ ;
３３ ライトガイドファイバ ; ３４,３７ 偏光素子 ; ４Ａ,４Ｃ,７Ａ,７Ｃ 偏光板 ;
４Ｂ,４Ｄ,７Ｅ,７Ｄ 偏光補償板 ; ４Ｅ,７Ｅ 駆動モータ ; ４Ｆ,７Ｆ ターレット ;
３５,３６ 凹面反射鏡 ; ３８ 結像レンズ ; ３９ 撮像素子 ; ５１ 表面反射鏡 ;
６１ ファイバ ; ６２ 検出器 ; ６３ シャッタ
【図１】
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【図２】
2008008777.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008008777.tif 000007
【図６】
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