(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、観察対象の欠陥を検出でき、かつ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る装置を提供する。光学式欠陥検査装置または光学式外観検査装置において、対象の欠陥を検出できる装置を提供する。【解決手段】２波長照明が可能な暗視野照明ユニットを搭載した光学顕微鏡６はで暗視野観察する際に瞳面に、光の強度・偏光・波長などの散乱方向分布を制御する機能を有する空間分布光学素子２０１を挿入する構成とする。【選択図】図４
2012026733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面を検査する光学式欠陥検出装置であって、
前記試料を保持するステージと、
前記試料表面に対して斜方より光を照射する照明光学系と、
前記試料表面における前記照射された領域からの散乱光を捕捉する対物レンズと、前記対物レンズにより捕捉された散乱光のうち前記試料上の欠陥からの散乱光と前記試料の凹凸からの散乱光との比が大きくなるように前記捕捉された散乱光を制御する空間分布光学素子と、前記空間分布光学素子により制御された散乱光を検出する撮像素子と、を有する検出光学系と、
を有し、
前記空間分布光学素子は、前記対物レンズで捕捉された散乱光の偏光方向を制御する素子、前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過する偏光方向を選択する素子、又は前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過率が領域ごとに異なる素子のいずれか、若しくは、これらの少なくとも２つ以上を組み合わせたものであることを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記検出光学系は、さらに、前記対物レンズにより捕捉された散乱光を２つ以上の光路に分岐する分岐手段を有し、
前記空間分布光学素子は、前記分岐手段により分岐された２つ以上の各光路にそれぞれ配置され、
前記撮像素子は、前記２つ以上の各光路に分岐され前記空間分布光学素子によりそれぞれ制御された各散乱光を検出するように配置され、
さらに、前記配置された各撮像素子により検出された画像を比較又は処理する信号処理系を有することを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記照明光学系は、波長の異なる複数の光を照射する照明光学系であり、
前記分岐手段は、前記対物レンズにより捕捉された散乱光を波長により分岐するものであることを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記空間分布光学素子は、移相子、若しくは旋光子、若しくは偏光子、若しくは空間フィルタ、若しくは減光フィルタ、若しくは位相シフタ、もしくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える機能を有し空間的に異なる位相差を与える位相シフタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光もしくは前記試料表面の欠陥によって散乱された光の偏光方向を直線偏光に変換する機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ分布移相子、もしくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように偏光方向を揃える機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ旋光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる偏光方向の光を選択的に透過する機能を有し空間的に異なる透過軸をもつ偏光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる領域を選択的に透過する機能を有する空間フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように透過率を選択する機能を有し空間的に異なる透過率をもつ減光フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように、前記散乱された光の偏光方向を制御する機能、若しくは前記散乱された光の透過する偏光方向を選択する機能、もしくは前記散乱された光の透過率を選択する機能、もしくはこれら少なくとも２つを組み合わせた機能、を有するフォトニック結晶、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光学式欠陥検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記空間分布光学素子は、移相子、若しくは旋光子、若しくは偏光子、若しくは空間フィルタ、若しくはＮＤフィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える機能を有し空間的に異なる位相差を与える位相シフタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光もしくは前記試料表面の欠陥によって散乱された光の偏光方向を直線偏光に変換する機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/4波長板、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように偏光方向を揃える機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/2波長板若しくは液晶若しくは磁気光学変調子、のいずれかによって構成される旋光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる偏光方向の光を選択的に透過する機能を有し空間的に異なる透過軸をもつ偏光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる領域を選択的に透過する機能を有するマスク、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と1/2波長板の組み合わせ、若しくはMEMSを用いた二次元アレイシャッタ、のいずれかによって構成される遮光部を持つ空間フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように透過率を選択する機能を有し空間的に異なる透過率をもつＮＤフィルタ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、のいずれかによって構成される減光フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように、前記散乱された光の偏光方向を制御する機能、若しくは前記散乱された光の透過する偏光方向を選択する機能、もしくは前記散乱された光の透過率を選択する機能、もしくはこれら少なくとも２つを組み合わせた機能、を有するフォトニック結晶、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光学式欠陥検出装置。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記空間分布光学素子は、移相子、若しくは旋光子、若しくは偏光子、若しくは空間フィルタ、若しくはＮＤフィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える機能を有し空間的に異なる位相差を与える位相シフタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光もしくは前記試料表面の欠陥によって散乱された光の偏光方向を直線偏光に変換する機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/4波長板、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように偏光方向を揃える機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/2波長板若しくは液晶若しくは磁気光学変調子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる偏光方向の光を選択的に透過する機能を有し空間的に異なる透過軸をもつ偏光子、若しくは前記複数照明よって前記試料表面の凹凸によって散乱された複数波長の光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された複数波長の光の比率が高くなる領域を、複数の波長ごとに選択的に透過する機能を有する色フィルタ、若しくはマスク、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と1/2波長板の組み合わせ、のいずれかによって構成される遮光部を持つ空間フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように透過率を選択する機能を有し空間的に異なる透過率をもつＮＤフィルタ、若しくは色フィルタ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、のいずれかによって構成される減光フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように、前記散乱された光の偏光方向を制御する機能、若しくは前記散乱された光の透過する偏光方向を選択する機能、若しくは前記散乱された光の透過率を選択する機能、もしくはこれらの少なくとも２つを組み合わせた機能、を有するフォトニック結晶、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光学式欠陥検出装置。
【請求項７】
請求項１記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記撮像素子は、前記検出光学系により結像された前記試料表面において散乱された光のフーリエ変換像を取得することを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項８】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように前記撮像素子から得られた信号に基づいて、前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを、選択及び変更することを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項９】
請求項８記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記撮像素子から得られた信号は、前記空間分布光学素子を用いて前記試料表面を結像する前記撮像素子と同一の撮像素子を用い、前記空間分布光学素子を用いて観察したい前記試料表面と同一領域を照射して得られた信号、若しくは前記空間分布光学素子を用いて観察したい前記試料表面と異なる領域を照射して得られた信号、若しくは、前記ステージで走査中に前記撮像素子から得られた信号、若しくは前記ステージで走査中に前記撮像素子から得られた信号を統計的に処理することで得られた信号、のいずれかであることを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１０】
請求項８記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記撮像素子から得られた信号は、前記空間分布光学素子を用いて前記試料表面を結像する前記撮像素子とは異なる前記個体撮像素子から得られた信号であることを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
さらに、
欠陥形状、欠陥種類、照明波長、照明偏光、検出偏光、検出条件の少なくとも一つ以上を含む光学条件ごとに前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを保存したライブラリと、
照明条件若しくは検出条件若しくは検出したい欠陥形状情報の少なくとも一つ以上を入力するＧＵＩと、
を有することを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記ライブラリと前記ＧＵＩに入力された情報に基づき、前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを、選択及び変更する制御手段を有することを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記空間分布光学素子は、前記検出光学系の瞳面若しくは瞳面近傍若しくは前記対物レンズと前記試料との間に配置されることを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の光学式欠陥検査装置であって、
前記空間分布光学素子は、前記対物レンズに組み込まれていることを特徴とする光学式欠陥検査装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記空間分布光学素子は他の空間分布光学素子と交換可能な機構を有することを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記照明光学系に用いる光は、可視光レーザ、紫外光レーザ、真空紫外光レーザ、ランプ、発光ダイオード、のいずれかを用いたものであることを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１７】
請求項３記載の光学式欠陥検出装置であって、
前記照明光学系に用いる複数波長の光は、複数個のレーザからの放射、若しくは複数波長発信可能なレーザを時間によって異なる波長の光を発振、若しくはランプから放射された光を波長帯域で分離、若しくは単一のレーザから発振された光を非線形光学結晶若しくは電気光学素子の出し入れにより時間によって異なる波長の光を発振、若しくは単一のレーザから発振された光をミラーの出し入れにより光路を切り替え非線形光学結晶や電気光学素子の通過の有無を変えることで異なる波長の光を発振、若しくは単一レーザから発振された光をファイバ若しくはハーフミラー若しくはダイクロイックミラーなどの光路分割手段によって分岐させ分岐したそれぞれの光路若しくは一方の光路で非線形光学結晶若しくは電気工学素子で変調し異なる波長の光を発振、のいずれかにより得られたものであることを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１７のいずれかに記載の光学式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検出手段を有することを特徴とする光学式欠陥検出装置。
【請求項１９】
請求項１乃至１８のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置を備えた欠陥観察装置であって、
前記光学式欠陥検出装置によって得られた前記試料表面の欠陥の位置情報に基づいて位置合わせされた前記試料の欠陥を観察する電子顕微鏡を有することを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２０】
試料表面の検査及び欠陥を観察する欠陥観察装置であって、
前記試料を保持するステージと、
前記試料表面に対して斜方より光を照射する照明光学系と、
前記試料表面における前記照射された領域からの散乱光を捕捉する対物レンズと、前記対物レンズにより捕捉された散乱光のうち前記試料上の欠陥からの散乱光と前記試料の凹凸からの散乱光との比が大きくなるように前記捕捉された散乱光を制御する空間分布光学素子と、前記空間分布光学素子により制御された散乱光を検出する撮像素子と、を有する検出光学系と、
を有する光学式欠陥検出装置と、
前記光学式欠陥検出装置によって得られた前記試料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、前記欠陥を観察する電子顕微鏡と、
を有し、
前記空間分布光学素子は、前記対物レンズで捕捉された散乱光の偏光方向を制御する素子、前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過する偏光方向を選択する素子、又は前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過率が領域ごとに異なる素子のいずれか、若しくは、これらの少なくとも２つ以上を組み合わせたものであることを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２１】
試料表面の欠陥を検出する光学式欠陥検出方法であって、
前記試料表面に対して斜方から照明光で照明し、前記試料表面における前記照明された領域からの散乱光を対物レンズで捕捉し、前記対物レンズで補足された前記散乱光をハーフミラー若しくはダイクロイックミラーのいずれかで２つの光路に分岐し、前記分岐された第一の光を用い前記試料表面で散乱された光のフーリエ変換された像を第一の撮像素子で検出し、前記第一の撮像素子から得られた信号に基づいて、前記分岐された第二の光路上に配置された偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択し、透過率を選択する機能を有する空間分布光学素子を制御し、前記分岐された第二の光を結像光学系で第二の撮像素子上に結像し、前記第二の撮像素子で得た画像から前記試料表面上の欠陥を検出することを特徴とする光学式欠陥検出方法。
【請求項２２】
試料表面の欠陥を検査する光学式欠陥検出方法であって、
前記試料表面に対して斜方から照明光で照明し、前記試料表面における前記照明された領域からの散乱光を対物レンズで捕捉し、空間分布光学素子で前記補足された光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択し、透過率を選択し、前記空間分布光学素子を透過した光を結像光学系で撮像素子上に結像し、前記撮像素子で得た画像から前記試料表面上の欠陥を検出するものであり、
欠陥形状、欠陥種類、照明波長、照明偏光、検出偏光、検出条件などの光学条件をＧＵＩで入力し、欠陥形状、欠陥種類、照明波長、照明偏光、検出偏光、検出条件などの光学条件ごとに前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを保存したライブラリから前記ＧＵＩで入力された条件で前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを選択し、前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを制御する機能を有することを特徴とする光学式欠陥検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料表面、または試料表面に存在する欠陥等を検査する光学式欠陥検出方法・光学式欠陥検出装置もしくは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、異物やパターン欠陥を含めて欠陥と記述）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）等で位置特定した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る欠陥観察装置を提供することにある。
【００１０】
また、光学式の検査装置又は光学式外観検査装置で使用される光源としては単一波長のレーザが一般的に用いられている。欠陥の検出感度は照明波長、欠陥の形状によって異なる。そのため、光学式欠陥検査装置又は光学式外観検査装置で使用される光源と、光学式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の視野内に入れることを目的にＳＥＭに搭載されている欠陥観察装置に使用される光源の波長が異なると欠陥の検出感度が異なるという問題を解決することができる欠陥観察装置を提供する。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
また、多層配線のLSIデバイスにおいては、前述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必要がある。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必要がある。
【００１５】
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、高感度に検出する光学式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。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
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は、複数の照明条件もしくは検出条件で試料上を検査することを特徴とする。すなわち、複数の照明光学系もしくは複数の検出光学系を用い、特定の欠陥形状に特化した高感度検出だけでなく、複数の欠陥形状の高感度検出を可能にする。
【００１７】
以下、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）試料表面を検査する光学式欠陥検出装置であって、前記試料を保持し水平若しくは水平垂直方向に移動するステージと、前記試料表面に対して斜方より波長の異なる複数の光を照射する照明光学系と、前記試料表面における前記照明領域から散乱された光を対物レンズで捕捉し、前記対物レンズで補足された前記散乱された光の偏光方向を制御する機能、もしくは前記対物レンズで補足された前記散乱された光の透過する偏光方向を選択する機能、もしくは前記対物レンズで補足された前記散乱された光の透過率を選択する機能、もしくはこれら機能の少なくとも２つを組み合わせた機能、を有する空間分布光学素子を用い、前記対物レンズで補足された前記散乱された光を制御し、前記散乱された光を結像する結像光学系と、前記結像した光を検出する撮像素子とを備えた検出光学系と、を有することを特徴とする光学式欠陥検出装置である。
（２）試料表面を検査する光学式欠陥検出装置であって、前記試料を保持するステージと、前記試料表面に対して斜方より光を照射する照明光学系と、前記試料表面における前記照射された領域からの散乱光を捕捉する対物レンズと、前記対物レンズにより捕捉された散乱光のうち前記試料上の欠陥からの散乱光と前記試料の凹凸からの散乱光との比が大きくなるように前記捕捉された散乱光を制御する空間分布光学素子と、前記空間分布光学素子により制御された散乱光を検出する撮像素子と、を有する検出光学系と、を有し、前記空間分布光学素子は、前記対物レンズで捕捉された散乱光の偏光方向を制御する素子、前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過する偏光方向を選択する素子、又は前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過率が領域ごとに異なる素子のいずれか、若しくは、これらの少なくとも２つ以上を組み合わせたものであることを特徴とする光学式欠陥検出装置である。
（３）（２）記載の光学式欠陥検出装置であって、前記検出光学系は、さらに、前記対物レンズにより捕捉された散乱光を２つ以上の光路に分岐する分岐手段を有し、前記空間分布光学素子は、前記分岐手段により分岐された２つ以上の各光路にそれぞれ配置され、前記撮像素子は、前記２つ以上の各光路に分岐され前記空間分布光学素子によりそれぞれ制御された各散乱光を検出するように配置され、さらに、前記配置された各撮像素子により検出された画像を比較又は処理する信号処理系を有することを特徴とする光学式欠陥検出装置である。
（４）（２）記載の光学式欠陥検出装置であって、前記空間分布光学素子は、移相子、若しくは旋光子、若しくは偏光子、若しくは空間フィルタ、若しくは減光フィルタ、若しくは位相シフタ、もしくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える機能を有し空間的に異なる位相差を与える位相シフタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光もしくは前記試料表面の欠陥によって散乱された光の偏光方向を直線偏光に変換する機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ分布移相子、もしくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように偏光方向を揃える機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ旋光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる偏光方向の光を選択的に透過する機能を有し空間的に異なる透過軸をもつ偏光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる領域を選択的に透過する機能を有する空間フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように透過率を選択する機能を有し空間的に異なる透過率をもつ減光フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように、前記散乱された光の偏光方向を制御する機能、若しくは前記散乱された光の透過する偏光方向を選択する機能、もしくは前記散乱された光の透過率を選択する機能、もしくはこれら少なくとも２つを組み合わせた機能、を有するフォトニック結晶、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光学式欠陥検出装置である。
（５）（２）記載の光学式欠陥検出装置であって、前記空間分布光学素子は、移相子、若しくは旋光子、若しくは偏光子、若しくは空間フィルタ、若しくはＮＤフィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える機能を有し空間的に異なる位相差を与える位相シフタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光もしくは前記試料表面の欠陥によって散乱された光の偏光方向を直線偏光に変換する機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/4波長板、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように偏光方向を揃える機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/2波長板若しくは液晶若しくは磁気光学変調子、のいずれかによって構成される旋光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる偏光方向の光を選択的に透過する機能を有し空間的に異なる透過軸をもつ偏光子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる領域を選択的に透過する機能を有するマスク、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と1/2波長板の組み合わせ、若しくはMEMSを用いた二次元アレイシャッタ、のいずれかによって構成される遮光部を持つ空間フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように透過率を選択する機能を有し空間的に異なる透過率をもつＮＤフィルタ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、のいずれかによって構成される減光フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように、前記散乱された光の偏光方向を制御する機能、若しくは前記散乱された光の透過する偏光方向を選択する機能、もしくは前記散乱された光の透過率を選択する機能、もしくはこれら少なくとも２つを組み合わせた機能、を有するフォトニック結晶、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光学式欠陥検出装置である。
（６）（２）記載の光学式欠陥検出装置であって、前記空間分布光学素子は、移相子、若しくは旋光子、若しくは偏光子、若しくは空間フィルタ、若しくはＮＤフィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように散乱光の位相を変える機能を有し空間的に異なる位相差を与える位相シフタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光もしくは前記試料表面の欠陥によって散乱された光の偏光方向を直線偏光に変換する機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/4波長板、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように偏光方向を揃える機能を有し空間的に異なる進相軸と遅相軸をもつ1/2波長板若しくは液晶若しくは磁気光学変調子、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる偏光方向の光を選択的に透過する機能を有し空間的に異なる透過軸をもつ偏光子、若しくは前記複数照明よって前記試料表面の凹凸によって散乱された複数波長の光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された複数波長の光の比率が高くなる領域を、複数の波長ごとに選択的に透過する機能を有する色フィルタ、若しくはマスク、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と1/2波長板の組み合わせ、のいずれかによって構成される遮光部を持つ空間フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように透過率を選択する機能を有し空間的に異なる透過率をもつＮＤフィルタ、若しくは色フィルタ、若しくは偏光子と液晶の組み合わせ、若しくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせ、のいずれかによって構成される減光フィルタ、若しくは前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなるように、前記散乱された光の偏光方向を制御する機能、若しくは前記散乱された光の透過する偏光方向を選択する機能、若しくは前記散乱された光の透過率を選択する機能、もしくはこれらの少なくとも２つを組み合わせた機能、を有するフォトニック結晶、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光学式欠陥検出装置である。
（７）（１）乃至（６）のいずれかに記載の光学式欠陥検出装置を備えた欠陥観察装置であって、前記光学式欠陥検出装置によって得られた前記試料表面の欠陥の位置情報に基づいて位置合わせされた前記試料の欠陥を観察する電子顕微鏡を有することを特徴とする欠陥観察装置である。
（８）試料表面の検査及び欠陥を観察する欠陥観察装置であって、前記試料を保持するステージと、前記試料表面に対して斜方より光を照射する照明光学系と、前記試料表面における前記照射された領域からの散乱光を捕捉する対物レンズと、前記対物レンズにより捕捉された散乱光のうち前記試料上の欠陥からの散乱光と前記試料の凹凸からの散乱光との比が大きくなるように前記捕捉された散乱光を制御する空間分布光学素子と、前記空間分布光学素子により制御された散乱光を検出する撮像素子と、を有する検出光学系と、を有する光学式欠陥検出装置と、前記光学式欠陥検出装置によって得られた前記試料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、前記欠陥を観察する電子顕微鏡と、を有し、前記空間分布光学素子は、前記対物レンズで捕捉された散乱光の偏光方向を制御する素子、前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過する偏光方向を選択する素子、又は前記対物レンズで捕捉された散乱光の透過率が領域ごとに異なる素子のいずれか、若しくは、これらの少なくとも２つ以上を組み合わせたものであることを特徴とする欠陥観察装置である。
（９）試料表面の欠陥を検出する光学式欠陥検出方法であって、前記試料表面に対して斜方から照明光で照明し、前記試料表面における前記照明された領域からの散乱光を対物レンズで捕捉し、前記対物レンズで補足された前記散乱光をハーフミラー若しくはダイクロイックミラーのいずれかで２つの光路に分岐し、前記分岐された第一の光を用い前記試料表面で散乱された光のフーリエ変換された像を第一の撮像素子で検出し、前記第一の撮像素子から得られた信号に基づいて、前記分岐された第二の光路上に配置された偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択し、透過率を選択する機能を有する空間分布光学素子を制御し、前記分岐された第二の光を結像光学系で第二の撮像素子上に結像し、前記第二の撮像素子で得た画像から前記試料表面上の欠陥を検出することを特徴とする光学式欠陥検出方法である。
（１０）試料表面の欠陥を検査する光学式欠陥検出方法であって、前記試料表面に対して斜方から照明光で照明し、前記試料表面における前記照明された領域からの散乱光を対物レンズで捕捉し、空間分布光学素子で前記補足された光の偏光方向を制御し、透過する偏光方向を選択し、透過率を選択し、前記空間分布光学素子を透過した光を結像光学系で撮像素子上に結像し、前記撮像素子で得た画像から前記試料表面上の欠陥を検出するものであり、欠陥形状、欠陥種類、照明波長、照明偏光、検出偏光、検出条件などの光学条件をＧＵＩで入力し、欠陥形状、欠陥種類、照明波長、照明偏光、検出偏光、検出条件などの光学条件ごとに前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを保存したライブラリから前記ＧＵＩで入力された条件で前記試料表面の凹凸によって散乱された光に対する前記試料表面の欠陥によって散乱された光の比率が高くなる前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを選択し、前記空間分布光学素子の透過する偏光方向、若しくは偏光方向を変換する方向、若しくは透過率、のいずれか若しくはその組み合わせを制御する機能を有することを特徴とする光学式欠陥検出方法である。
【発明の効果】
【００１８】
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、装置を小規模で構成することができる。
【００１９】
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】
【００２０】
【図１】本発明の第一の実施形態における欠陥観察装置の構成例を示す構成図である。
【図２】本実施例１で示す照明光学系の構成例を示す構成図である。
【図３】本実施例１で示す光学式高さ検出器の構成例を示す構成図である。
【図４】本実施例１で示す光学顕微鏡の構成例を示す構成図である。
【図５】本実施例１で示す空間分布光学素子２０１を結像光学系１１０の光軸３０１上で切り替える機構例を示す図である。
【図６】本実施例１で示す空間分布光学素子２０１の光学特性を決定する為の一例である散乱光シミュレーションの説明を示す図である。
【図７】散乱光シミュレーションを用い得た試料表面からの散乱光強度の偏光毎の強度及び欠陥からの散乱光強度の偏光成分毎の強度分布の例を示す図である。
【図８】散乱光シミュレーションを用い得た欠陥からの散乱光強度の偏光成分毎の散乱光強度分布例を示す図である。
【図９】本実施例１で示す空間分布光学素子２０１の偏光透過軸方向分布例を示した図である。
【図１０】散乱光の偏光方向を制御する効果の説明を示す図である。
【図１１】瞳面３０２付近に１／２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。
【図１２】瞳面３０２付近に１／４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。
【図１３】偏光方向の制御を行う液晶を用いた偏光方向制御装置２０５を使用した空間分布光学素子２０１の一例を示す図である。
【図１４】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１５】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１６】電圧を印加しない場合旋光性をもち電圧印加によって先行性が失われる偏光方向制御装置の例を示す図である。
【図１７】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例を示す図である。
【図１８】磁気光学効果を利用した磁気光学変調子を用いた偏光方向制御装置２０５を使用した空間分布光学素子２０１の一例を示す図である。
【図１９】空間分布光学素子２０１に位相シフタ２０２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。
【図２０】空間フィルタの形状例を示す図である。
【図２１】空間フィルタに液晶を用いた遮光領域を制御できる空間フィルタの構成例を示す図である。
【図２２】領域ごとに異なる透過率の異なる減光フィルタの透過率の分布例と効果を説明する図である。
【図２３】複数波長の散乱光に使用可能なカラーフィルタを用いた空間フィルタ例の説明を示す図である。
【図２４】偏光子と空間フィルタの組み合わせによる空間分布光学素子の例を示す図である。
【図２５】本発明の第一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２６】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２７】本発明の第1の実施形態において、２つの撮像素子を用いた光学顕微鏡の構成例の詳細を示す図である。
【図２８】本発明の第1の実施形態において、１つの撮像素子を用いた光学顕微鏡の構成例の詳細を示す図である。
【図２９】発明の第1の実施形態において、光学顕微鏡の構成例の詳細を示す図である。
【図３０】発明の第一の実施形態における空間分布光学素子２０１の制御方法例を示す図である。
【図３１】発明の第一の実施形態における信号処理例を示す図である。
【図３２】発明の第一の実施形態におけるＧＵＩを示す図である。
【図３３】発明の第２の実施形態における、欠陥観察装置の構成例の詳細を示す図である。
【図３４】発明の第２の実施形態における、欠陥観察装置の構成例の詳細を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
図１に、本発明に係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、被検査対象の試料１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、試料1を詳細観察する電子顕微鏡（以下ＳＥＭと記述）４、電子顕微鏡４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５、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（光学式欠陥検出装置）６、光学顕微鏡６の焦点を合わせる為の光学式高さ検出システム７、電子顕微鏡４と光学顕微鏡６の対物レンズ１０５を少なくとも収納する真空漕８、ステージ３および電子顕微鏡４および光学式高さ検出器５および光学式高さ検出器７および高さ制御機構９および撮像素子１１１などを適宜制御する制御部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を適宜用いて構成されている。
【００２２】
さらに、光学顕微鏡６は、複数波長の光を出射可能な暗視野照明ユニット１０１、暗視野照明ユニット１０１より出射されたそれぞれのレーザを真空槽８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１０２Ａ・１０２Ｂ、真空封し窓１０３Ａ・１０３Ｂを介して落射ミラー１０２Ａ・１０２Ｂより導かれたレーザを試料１へ導くミラー１０４Ａ・１０４Ｂ、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９、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、真空封し窓１０７を介して導かれた対物レンズ１０５により採光された散乱光による試料１の像を撮像素子へ結像させる結像光学系１１０、撮像素子１１１を適宜用いて構成されている。加えて、ここでは図示しないが、後述するように、結像光学系１１０は、空間分布光学素子２０１及び空間分布光学素子切り替え機構を適宜備えて構成されている。また、ステージ３、光学式高さ計測器５および７、ＳＥＭ４、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９、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。
【００２３】
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６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９と光学式高さ計測器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は光学顕微鏡６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、ＳＥＭ４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、試料１を載置して、光学顕微鏡６で検出した欠陥がＳＥＭ４で観察できるように、光学顕微鏡６とＳＥＭ４との間を移動する。
【００２４】
対物レンズ１０５及び高さ制御機構９は真空漕８内に設置されている。高さ制御機構９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３０１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。
【００２５】
落射ミラー１０２Ａ・Ｂは、図１に示すように暗視野照明ユニット１０１より射出された光を真空漕８に導く為に用いる。なお、落射ミラー１０２Ａ・Ｂ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。
【００２６】
以下、各部の詳細を図２〜図２４を用いて説明する。
図２は、暗視野照明ユニット１０１の構成例を示す。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やランプや発光ダイオードを出射する照明光源１１２、照明光の強度を調整する光学フィルタ１１３、照明光の偏光方向を調整する波長板１１４、照明光を試料１に絞るレンズ群１１８、照明光源１１２より照射された光の波長を変換する非線形光学結晶１１９、照明光を分割するハーフミラー１２０、光路を変えるミラー１２１、照明光を分割するファイバ１２２、波長で照明光を分割するダイクロイックミラー１２３、複数の非線形光学結晶を切り替える非線形光学結晶切り替え機構１２４、光路を切り替えるためにミラー１２１Ａを出し入れする光路切り替え機構１２５を適宜用いて構成されている。レンズ群１１８は、平凹レンズ１１５、アクロマートレンズ１１６、シリンドリカルレンズ１１７を適宜用いて構成されている。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６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１１７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。
【００２７】
暗視野照明ユニット１０１の第一の構成例は、図２（ａ）に示すように、互いに異なる２波長の照明が可能なように２つの照明光源１１２Ａ、１１２Ｂと、照明光源から放射された互いに異なる波長の照明光７０１Ａ、７０１Ｂそれぞれの照明強度を調整できるようにそれぞれの光路に配置された光学フィルタ１１３Ａ、１１３Ｂと、２つの照明光７０１Ａ，７０１Ｂそれぞれの偏向方向を調整できるようにそれぞれの光路に配置された波長板１１４Ａ、１１４Ｂと、２つの照明光７０１Ａ，７０１Ｂそれぞれを試料１に絞るようにそれぞれの光路に配置されたレンズ群１１８Ａ，１１８Ｂとを用いて構成され、互いに異なる2波長の照明光で試料１表面を同時に照明可能である。
【００２８】
図２（ｂ）に、暗視野照明ユニット１０１の第二の構成例を示す。図２（ｂ）は、互いに異なる２波長の照明が可能なように照明光源１１２で射出された照明光７０１をハーフミラー１２０で照明光７０１Ａ、７０１Ｂに２分割し、分割された照明光７０１Ａ、７０１Ｂそれぞれを別の非線形光学結晶１１９Ａ，１１９Ｂを用い互いに異なる波長に変換している。なお、分割された７０１Ｂはミラー１２１などを適宜用いて非線形光学結晶１１９Ｂに導くようにすればよい。変換された互いに異なる波長の照明光７０１Ａ，７０１Ｂはそれぞれ別の光学フィルタ１１３Ａ、１１３Ｂと、波長板１１４Ａ、１１４Ｂと、レンズ群１１８Ａ，１１８Ｂを用い、試料１表面を照明しており、互いに異なる2波長照明で試料１表面を同時に照明可能である。
【００２９】
図２（ｃ）に、暗視野照明ユニット１０１の第三の構成例を示す。図２（ｃ）は、互いに異なる２波長の照明が可能なように照明光源１１２で射出された照明光７０１をファイバ１２２で照明光７０１Ａ、７０１Ｂに２分割し、分割された照明光７０１Ａ、７０１Ｂそれぞれを別の非線形光学結晶１１９Ａ，１１９Ｂを用い互いに異なる波長に変換している。変換された互いに異なる波長の照明光７０１Ａ，７０１Ｂはそれぞれ別の光学フィルタ１１３Ａ、１１３Ｂと、波長板１１４Ａ、１１４Ｂと、レンズ群１１８Ａ，１１８Ｂを用い、試料１表面を照明しており、互いに異なる2波長照明で試料１表面を同時に照明可能である。また、非線形光学結晶１１９Ａ、１１９Ｂに非線形ファイバやフォトニック結晶ファイバを用い、ファイバ１２２中に内蔵する構成としてもよい。
【００３０】
図２（ｄ）に、暗視野照明ユニット１０１の第四の構成例を示す。図２（ｄ）は、互いに異なる２波長の照明が可能なように多波長発振可能な照明光源１１２で射出された照明光７０１をダイクロイックミラー１２３で互いに異なる波長の照明光７０１Ａ、７０１Ｂに２分割している。分割された互いに異なる波長の照明光７０１Ａ，７０１Ｂはそれぞれ別の光学フィルタ１１３Ａ、１１３Ｂと、波長板１１４Ａ、１１４Ｂと、レンズ群１１８Ａ，１１８Ｂを用い、試料１表面を照明しており、互いに異なる2波長照明で試料１表面を照明可能である。
【００３１】
図２（ｅ）に、暗視野照明ユニット１０１の第五の構成例を示す。図２（ｅ）は、互いに異なる２波長の照明が可能なように多波長発振可能な照明光源１１２で射出された照明光７０１を用いて試料１表面を照明していており、互いに異なる複数波長照明で試料１表面を照明可能である。
【００３２】
図２（ｆ）に、暗視野照明ユニット１０１の第六の構成例を示す。図２（ｆ）は、互いに異なる２波長の照明が可能なように照明光源１１２で射出された照明光７０１を非線形光学結晶１１９Ａ、１１９Ｂを非線形光学結晶切り替え機構１２４を用い、照明光７０１を異なる波長に変換することができ、互いに異なる2波長照明で試料１表面を照明可能である。
【００３３】
図２（ｇ）に、暗視野照明ユニット１０１の第七の構成例を示す。図２（ｇ）は、互いに異なる２波長の照明が可能なように照明光源１１２で射出された照明光７０１を、ミラー１２１Ａを光路切り替え機構１２５により出し入れすることにより光路を切り替え、照明光７０１Ａ、７０１Ｂで異なる非線形光学結晶を用いることで、互いに異なる２波長照明で試料１表面を照明可能である。
なお、図２（ｂ）、（ｃ）、（ｇ）中の非線形光学結晶１１９Ａ、１１９Ｂのどちらか一方は、非線形光学結晶がなくてもよい。
【００３４】
照明光源１１２は、レーザ発振器もしくは広帯域白色ランプもしくは発光ダイオードである。レーザ発振器は例えば４０５ｎｍや４５５nm、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１１２の波長は上記の波長に限るものではない。照明光源１１２に長波長レーザを用い、非線形光学結晶１１９を用い２倍高調波や３倍高調波、４倍高調波などに変換し短波長の照明光７０１で試料１表面に照射してもよい。また、多波長発振可能なレーザを用いてもよい。試料表面もしくは試料表面近傍の欠陥を検出するには、短波長の紫外レーザまたは真空紫外レーザまたは可視の中で短波長のブルーレーザで試料１表面を照射し、試料内部の欠陥もしくは結晶欠陥を検出するには可視レーザ、赤外レーザで試料１表面を照射するものがよい。
【００３５】
試料１表面もしくは試料１表面近傍の欠陥を検出する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を用いればよい。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などを用い、さらに光学顕微鏡６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。
【００３６】
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。
【００３７】
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のが望ましい。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１０５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）としても良い。
【００３８】
図３は、光学式高さ検出器５・７の構成例を示す。光学式高さ検出器５・７は、高さ測定光を出射する光源１５０、照明１５０より出射された高さ測定光を集光する集光レンズ１５１、集光レンズ１５１で集光された光で照明されるスリット１５２、高さ測定光としてスリット１５２を透過した光の像（スリット１５２の像）を試料１の表面に結像させる結像レンズ１５３、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１５４、集光レンズ１５４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１５５を適宜用いて構成されている。検出器１５５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１５５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。
【００３９】
図４は、光学顕微鏡６の構成例を示す。光学顕微鏡６は、暗視野照明ユニット１０１、暗視野照明ユニットより出射される異なる波長の２つの光を、試料１表面の同一箇所に照射するための落射ミラー１０２Ａ、１０２Ｂ、ミラー１０４Ａ、１０４Ｂ、試料１からの光を捕集する対物レンズ１０５、対物レンズの高さを調整する高さ制御機構９（図示せず）、試料１を明視野観察するための明視野照明ユニット１２６、対物レンズで捕集された光を集光する結像光学系１１０、集光された光を取得する撮像素子１１１Ａ、１１１Ｂ、撮像素子１１１で取得した画像を処理する画像処理部１３３、撮像素子１１１で取得した画像を表示する画像表示部１３４、撮像素子１１１で取得した画像を保存する画像保存部１３５を適宜用いて構成される。撮像素子１１１の配置は試料表面と共役位置もしくは対物レンズの瞳面と共役位置でもよい。
【００４０】
結像光学系１１０は、対物レンズ１０５の瞳面３０２Cを取り出すレンズ１３１Ａ、１３１B、光線を波長分岐するダイクロイックミラー１３２、分岐された異なる波長の試料１の像を撮像素子１１１Ａ、１１１B上にそれぞれ結像させる結像レンズ１３０Ａ、１３０B、分岐された異なる波長のレンズ１３１Ａ、１３１Bで取り出された対物レンズの瞳面３０２Ａ、３０２Bに挿入する空間分布光学素子２０１Ａ、２０１Bを適宜用いて構成される。ダイクロイックミラー１３２は結像光学系の光軸から出し入れして光線を分岐させても良いし、ダイクロイックミラーにミラーを用いて光線を分岐させても良い。
【００４１】
光線の分割方法としては、偏光方向の違いによる偏光分岐手段、光の波長の違いによる波長分岐手段、空間的な場所の違いによる空間分岐手段、などがある。
【００４２】
本実施例においては、空間分布光学素子２０１Ａ、２０１Bとして、特性の異なる空間分布光学素子を空間分布光学素子ホルダで複数保持した（図５（ａ）に示した例では空間分布光学素子２０１Ｅの有無、図５（ｂ）に示した例では２０１Ａから２０１Ｄの４種類）切り替え可能な空間分布光学素子ホルダ１３６Ａ、１３６Ｂを瞳面３０２Ａ、３０２Ｂに挿入した構成としている。また、空間分布光学素子１１４は、結像光学系１１０の光軸３０１上に配置しなくても良い。
【００４３】
また、高さ制御機構９（図示せず）は制御システム１０（図示せず）と、撮像素子１１１Ａ、１１１Ｂは画像処理部１３３と接続されている。
【００４４】
レンズ１３１Ａ、１３１Ｂは対物レンズ１０５の瞳面３０２Ｃ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、空間分布光学素子ホルダ１３６Ａ、１３６Ｂを駆動して、結像光学系１１０の内部に取り出した瞳面３０２Ａ、３０２Ｂ上に空間分布光学素子ホルダ１３６Ａ、１３６Ｂで保持する複数の空間分布光学素子２０１Ａから２０１Ｄの中から選択した空間分布光学素子２０１を挿入する。
【００４５】
本実施例においては、レンズ１３１Ａ、１３１Ｂと結像レンズ１３０は3個１組で、試料１の像を撮像素子１１１Ａ、１１１Ｂの検出面上へそれぞれ結像させる。本実施例においては、レンズ１３１を2枚使用する結像光学系１１０になっているがレンズ１３１は1枚でも良く、適宜選択可能である。
【００４６】
本実施例において、明視野照明ユニット１２６は、明視野光源１２８、明視野光源１２８から放射される光を捕捉する集光レンズ１２７、試料１表面に集光レンズ１２７で捕捉した光を照明するために用いるハーフミラー１２９を適宜用いて構成されている。ハーフミラー１２９の反射と透過の比率は任意でよい。ただし、明視野光源１２８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及び撮像素子１１１へ導く構成とする方が望ましく、可動式として明視野照明ユニットを使用しない場合には光軸３０１から外せるようにしても構わない。
【００４７】
明視野光源１２８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、集光レンズ１２７はなくてもよく、ハーフミラー１２９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１２９を結像光学系１１０及び対物レンズ１０５の光軸３０１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撮像素子１１１へ導ける利点がある。
【００４８】
図５（ａ）は、対物レンズ１０５の瞳面３０２Ａ、３０２Ｂに挿入された空間分布光学素子２０１を検出光学系の光軸３０１上を出し入れすることで空間分布光学素子２０１の有無を切り替える機構である。空間分布光学素子ホルダ１３６Ａがスライドし空間分布光学素子２０１Ｅを結像光学系１１０の光軸より出し入れする機構である。図５（ａ）では、空間分布光学素子２０１Ｅが１つの場合について示しているが、空間分布光学素子２０１が複数であっても良い。
【００４９】
図５（ｂ）は、対物レンズ１０５の瞳面３０２Ａ、３０２Ｂに挿入された空間分布光学素子２０１Ａから２０２Ｄを結像光学系１１０の光軸３０１上で切り替える機構を示す。切り替え機構は、特性の異なる複数の空間分布光学素子２０１Ａから２０１Ｄを配置する空間分布光学素子ホルダ１３６Ｂ、空間分布光学素子ホルダ１３６Ｂを軸回転させるための回転駆動部１３７を備えて構成される。空間分布光学素子ホルダ１３６Ｂは、検出する微小欠陥の種類に応じて複数の空間分布光学素子２０１Ａから２０１Ｄのうちの何れかに切り替える機構である。ここでは、空間分布光学素子が４つの場合を示したが、これに限られず、必要な数の素子を適宜適用可能である。
【００５０】
図５（ａ）、（ｂ）に示す空間分布光学素子ホルダは、明視野観察をする場合もしくは空間分布光学素子を使用しない場合には、取得画像が乱れることを回避する為に空間分布光学素子ホルダ１３６の位置を空間分布光学素子２０１が設置されていない場所に設定して観察する。又は、空間分布光学素子ホルダ１３６に空間分布光学素子２０１と同厚の平行平板ガラスを設置した場所へ切り替える。空間分布光学素子２０１と同厚の平行平板ガラスを設置するのは、空間分布光学素子２０１を外すと光路長が変化して撮像素子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、像を結像させる結像レンズ１３０又は撮像素子１１１の位置を調整し、撮像素子１１１に結像させる機構を用いても良い。
【００５１】
次に、空間分布光学素子２０１について、図６乃至図２４を用いて説明する。
初めに、空間分布光学素子２０１を決定する方法の一例で必要となる散乱光シミュレーションと用語を図６（ａ）、（ｂ）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３１２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（瞳面３０２）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。
【００５２】
図６（ａ）中の照明光３１２の試料１表面での正反射光は矢印３１３が示している。試料１に対して垂直で照明光３１２を含む面が入射面３１５である。
図６（ｂ）は、瞳面３０２中の強度分布を示す。強度分布中の軸３０７は、照明の入射面３１５を瞳面３０２上に対応させた軸を示す。矢印３１２は照明光の入射方向を、矢印３１３は照明光の正反射方向を、それぞれ示している。強度分布中の軸３１４は、試料１に垂直かつ入射面３０７に垂直な面を瞳面３０２上に対応させた軸を示す。瞳面３０２上を軸３１４で分けた照明光３１２側の領域３１７の散乱を後方散乱、瞳面３０２上を軸３１４で分けた正反射光３１３側の領域３１６の散乱を前方散乱と呼ぶ。
図６（ｃ）は、瞳面３０２上での光の偏光方向例を示す。ここでは、入射面と平行な方向に振動する光をＸ偏光３１８、Ｘ偏光と垂直方向に振動する光をＹ偏光３１９、瞳面３０２上で放射方向に振動する光をラジアル偏光３２０、瞳面３０２上で同心円方向に振動する光をアジマス偏光３１２とする。
【００５３】
図７（ａ）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）を、図７（ｂ）に、欠陥からの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。
【００５４】
図７（ａ）は基板表面の微小凹凸からの散乱光（照明波長４０５ｎｍ）のラジアル偏光の強度分布ｐＮｐ、アジマス偏光の強度分布ｐＮｓ、Ｘ偏光の強度分布ｐＮｘ、Ｙ偏光の強度分布ｐＮｙを示す。また、図７（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ｐＳｐ、アジマス偏光の強度分布ｐＳｓ、Ｘ偏光の強度分布ｐＳｘ、Ｙ偏光の強度分布ｐＳｙを示す。各偏光の強度分布中の軸３０７は、照明の入射面を瞳面３０２上に対応させた軸を示す。矢印３１２は照明光の入射方向を、矢印３１３は照明光の正反射方向を、それぞれ示している。
【００５５】
図７の各偏光の強度分布において、領域３０８は散乱光強度の強い領域、領域３０９は散乱光強度がやや強い領域、領域３１０は散乱光強度のやや弱い領域、領域３１１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３０８とＸ偏光の強度分布の領域３０８とは必ずしも同一の強度を示すものではない）。
【００５６】
図７（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からの散乱光は、照明入射３１２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７（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。
【００５７】
図８（ａ）、（ｂ）に、散乱光シミュレーションを用いて算出された、欠陥からの散乱光の散乱光強度分布、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、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。
【００５８】
図８（ａ）は、結晶欠陥からの散乱光の散乱光強度分布ｆSＡ（ｒ，θ）を示す。また、図８（ｂ）は、直径１８ｎｍの球状欠陥からの散乱光の散乱光強度分布ｆSＢ（ｒ，θ）を示す。また、各偏光の強度分布中の軸３０７は、照明の入射面を瞳面３０２上に対応させた軸を示す。矢印３１２は照明光の入射方向を、矢印３１３は照明光の正反射方向を、それぞれ示している。
【００５９】
図８の各偏光の強度分布において、領域３０８は散乱光強度の強い領域、領域３０９は散乱光強度がやや強い領域、領域３１０は散乱光強度のやや弱い領域、領域３１１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、図８（ａ）中の領域３０８と図８（ｂ）中の領域３０８とは必ずしも同一の強度を示すものではない）。
【００６０】
図８（ａ）に示す散乱光強度分布によれば、結晶欠陥からの散乱光は、照明入射３１２側（後方散乱）で強いことがわかる。また、図８（ｂ）に示す散乱光強度分布によれば、微小異物からの散乱光は、ほぼ等方的であることが分かる。このように、欠陥形状の違いで散乱光の強度分布が異なっており、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。なお、散乱光強度分布を求める欠陥はこれらに限られず、研磨欠陥やスタッキングフォールとなど検出したい欠陥形状であってよい。また、散乱光強度分布だけでなく、図７に示すように各欠陥の偏光毎の強度及び各欠陥からの散乱光強度の偏光成分毎の強度分布でもよい。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。
以下に説明する各種空間分布光学素子２０１の光学特性もしくは空間分布光学素子２０１を構成する、位相シフタの配置、波長板の遅相軸の傾きと進相軸の傾き、偏光方向制御装置による旋光方向、空間フィルタにおける遮光領域、偏光子の透過偏光軸方向、減光フィルタの透過率、液晶素子への印加電圧、磁気光学変調子への印加電圧、フォトニック結晶の光学特性などの決定方法は、図６、図７、図８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。
【００６１】
次に空間分布光学素子２０１の光学特性の決定方法とその効果について述べる。
偏光透過軸分布ｈ（ｒ，θ）を決定する方法例と偏光子２３１を用いる効果について述べる。
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）及び散乱光のラジアル偏光の分布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。
【００６２】
空間分布光学素子２０１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。
【００６３】
【数１】
2012026733.tif 000003
【００６４】
【数２】
2012026733.tif 000004
【００６５】
【数３】
2012026733.tif 000005
これは、瞳面３０２上の領域を複数の領域に分割し、その分割された各領域それぞれにおいて、（数１）中のΠが最小化するｈ（ｒ，θ）、または（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）、または（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）をそれぞれ決定してもよい。
【００６６】
このように、光の振動方向、すなわち偏光方向を選択することで、試料１からの散乱光を抑制することができる。そのため、瞳面３０２上もしくは瞳面３０２近傍に、適宜偏光子を設定・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。
【００６７】
図９（ａ）、（ｂ）は、空間分布光学素子２０１の偏光透過軸方向が一様な空間分布光学素子２０１Ａ、２０１Ｂを示す。図９（ａ）はＹ方向に偏光透過軸３２７Ａがあり、Ｙ偏光を透過する。図９（ｂ）はラジアル方向に偏光透過軸３２７Ｂがあり、ラジアル偏光を透過する。
【００６８】
図９（ｃ）、（ｄ）は、空間分布光学素子２０１の偏光透過軸方向が領域によって異なる分布をしている空間分布光学素子２０１Ｃ、２０１Ｄを示す。
【００６９】
図９（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、空間分布光学素子２０１の偏光透過軸方向が、空間分布光学素子を領域分割し、分割されたそれぞれの領域内で一様な偏光透過軸方向をもつ空間分布光学素子２０１Ｅ、２０１Ｆ、２０１Ｇ、２０１Hを示す。図９（ｆ）、（ｈ）は、ラジアル偏光を透過する偏光透過軸を得たい領域を、近似的に分割された領域内で平行な偏光透過軸３２７Ｅを用いた空間分布光学素子２０１を用いている。
【００７０】
同一面内で透過偏光軸方向が分布する空間分布偏光素子２０１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、又は磁気光学変調子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、ワイヤーグリッ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。
【００７１】
散乱光の偏光方向を制御する旋光子の旋光角η(θ)を決定する方法と旋光子を用いる効果について述べる。
図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に、散乱光の偏光方向を制御することによる効果の例を示す。図１０中の点３２６は、結像光学系の光軸瞳像上に投影した点を示す。点３２２は瞳面３０２上の任意の点Ａを、点３２３は点３２６から点３２２までの瞳面上での距離と同距離離れた任意の点Ｂを、それぞれ示す。矢印３２４は点３２２でのある瞬間の光の振動方向を、矢印３２５は点３２３でのある瞬間の光の振動方向を、それぞれ示す。瞳面３０２上の像は、フーリエ変換されることで試料の像を取得できる。瞳面３０２上の像をフーリエ変換すると、点３２２と点３２３上の光は重ね合わせられる。図１０（ａ）は、ある瞬間の散乱光の瞳面３０２上でのある点Ａ、Ｂの光の振動方向を示しており、任意の点Ａでの光の振動方向３２４Ａと点Ｂでの光の振動方向３２５Ａは互いに異なる方向にある。図１０（ｂ）は、ある瞬間の点３２２での光の振動方向３２４Ａと、ある瞬間の点３２３での光の振動方向３２５Ａの振動方向が同じになるように、旋光子を入れ光の振動方向を制御した一例を、図１０（ｃ）は、ある瞬間の点３２２での光の振動方向３２４Ａと、ある瞬間の点３２３での光の振動方向３２５Ａの振動方向が１８０度異なるように、旋光子を入れ光の振動方向を制御した一例を、それぞれ示している。図１０（ｂ）に示される瞳像３０２をフーリエ変換すると、ある瞬間の点３２２での光の振動方向３２４Ｂの光と、ある瞬間の点３２３での光の振動方向３２５Ｂの光は、重ねあわせにより強め合いピーク強度が大きくなる。一方、図１０（ｃ）に示される瞳像３０２をフーリエ変換すると、ある瞬間の点３２２での光の振動方向３２４Ｂの光と、ある瞬間の点３２３での光の振動方向３２５Ｂの光は、重ね合わせることで打ち消し合い弱め合う。
【００７２】
旋光子の旋光角η（θ）は、（数１）中のΠが最小化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が打ち消しあう旋光角η（θ）、または（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）、または（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）をそれぞれ決定しても良い。  これは、瞳面３０２上の領域を複数の領域に分割し、その分割された各領域それぞれにおいて、（数１）中のΠが最小化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が打ち消しあう旋光角η（θ）、または（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）、または（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）をそれぞれ決定してもよい。
【００７３】
このように、光の振動方向、すなわち偏光方向を変えることで、試料１からの散乱光を抑制もしくは欠陥からの散乱光を増幅することができる。そのため、瞳面３０２上もしくは瞳面３０２近傍に、適宜旋光子を設定・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。
【００７４】
次に、ラジアル偏光を例に空間分布光学素子２０１の構成に１／２波長板を用いた場合の効果の一例について説明する。
図１１は、瞳面３０２付近に１／２波長板２０３を適用した場合の偏光の変化を説明する図である。空間分布光学素子２０１の構成に１／２波長板２０３によって電場のベクトルを制御することにより、試料からの散乱光を抑制し、検出したい欠陥又は異物からの散乱光を強めあうことによって、試料からの散乱光強度に対する欠陥又は異物の散乱光強度の比を大きくすることができる。
【００７５】
具体例として、瞳面３０２上のラジアル偏光３３１Ａに対する１／２波長板２０３の適用例である。図１１中の２０３は１／２波長板を、矢印３０３は１／２波長板２０３の遅相軸を、矢印３０４は１／２波長板２０３の進相軸をそれぞれ示している。微小異物からの散乱光は図７（ｂ）に示すようにラジアル偏光に近いので、照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７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２０３を適用した一例である。照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７に対して角度３２８傾いた電場ベクトル３２９Ａに対して、２０３Ａの状態の１／２波長板２０３を、Ｘ軸に対して角度３２８の１／２の角度３３０進相軸３０３を傾けた１／２波長板２０３Bを配置することで、照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７と平行な電場ベクトル３２９Ｂにすることができる。このように、瞳面３０２もしくは瞳面付近に１／２波長板を用いた空間分布光学素子２０１を配置することで、照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸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し瞳面での偏光を３３１Ｂにし、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。
【００７６】
また偏光子もしくは旋光子を用いる前に、位相子を用い楕円偏光もしくは円偏光の光を直線偏光に変換することでより、旋光子もしくは偏光子の効果を強化することができる。
具体例として、図１２は任意の瞳面上の偏光３３1の楕円偏光に対する１／４波長板２０４の適用例である。図１２中の２０４は１／４波長板を、矢印３０３は１／４波長板２０４の遅相軸を、矢印３０４は１／４波長板２０３の進相軸をそれぞれ示している。１／４波長板２０４Ａを照明光の入射面を瞳面に対応させた軸３０７に対して角度３３２傾いた楕円偏光３２９Cの長軸に進相軸３０４かつ楕円偏光３２９Cの短軸に遅相軸３０３が一致するように、１／４波長板２０４Ａを角度３３２傾けて１／４波長板を配置２０４Ｂすることで、楕円偏光３２９Ｃを直線偏光３２９Ｄにすることができる。楕円偏光から変換した直線偏光を空間分布光学素子２０１の偏光子によって選択的に透過させるもしくは、楕円偏光から変換した直線偏光を空間分布光学素子２０１の旋光子によって偏光方向を制御することで、空間分布光学素子２０１による欠陥又は異物からの散乱光量の低下を抑制することができる。
【００７７】
次に、空間分布光学素子２０１の構成に液晶を用いた場合の効果の一例について説明する。
まず、図１１の１／２波長板２０３、図１２の１／４波長板２０４の代わりに液晶を用いた偏光方向制御装置２０５を配置した例について、図１３、図１４を用いて説明する。液晶に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２０３や１／４波長板２０４では実現不可能な緻密な偏光方向の制御が可能となる。また、偏光方向制御装置２０５を二次元上に複数個配置し、１つの空間分布光学素子２０１としても良い。その際、空間分布光学素子２０１を構成する複数個の偏光方向制御装置２０５は、それぞれで旋光角を制御することができ、散乱光分布に応じて旋光角を適時調整することが可能である。
【００７８】
図１３（ａ）は、最外層２１４Ａ・２１４Ｂに挟まれた液晶２１５、配向膜２１６、２１７、電極２１８Ａ、２１８Ｂを適宜用いて構成される偏光方向制御装置２０５Ａを用いた空間分布光学素子２０１の一例を示すものであり、電極２１８Ａ―２１８Ｂ間に電圧を印加することによって液晶２１５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。
【００７９】
図１４（ａ）は、偏光方向制御２０５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３３３における任意の時間の電場ベクトル３３４を偏光方向制御装置２０５を用いて電場ベクトル３３５にする。ここで、電場ベクトル３３４と電場ベクトル３３５の角度差３３６を旋光角とする。
【００８０】
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１４（ｂ）に例示するように基板に接している液晶分子２１９Ａは、２２０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２１５Ａに光を透過させると、液晶分子のならび２２０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。
【００８１】
このキラリティを持つ液晶２１５Ａに電源２２１を用い電圧を印加すると、水平に並んでいた液晶分子が垂直に立ち上がり２１５Ｂ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２１５Ｂ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。
【００８２】
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。
【００８３】
図１３（ｂ）は、配向膜２１４Ａにラビングを施し、電圧印加により液晶２１５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制御装置２０５Ｂを使用した空間分布光学素子２０１の一例を示す図である。
【００８４】
印加電圧がない場合、液晶２１５は配向膜２１４Ａのラビング方向に沿って並らび、配向膜２１６−最外層２１４Ｂ間で液晶２１５中の液晶分子の並びは旋回せずに平行である。電極２１８Ａ、２１８Ｂ間に電圧を印加すると、電極近傍の液晶分子が面内で旋回するが、配向膜２１６近傍の液晶分子はラビング方向に沿って並んでいるため、液晶２１５中で液晶分子の並びが旋回し、この状態の液晶２１５に光を透過させると、液晶分子のならび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。配向膜２１６に平行な面内での液晶分子の旋回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。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。
【００８５】
図１３（ｃ）は、配向膜２１６、２１７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２１５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２０５Bを使用した空間分布光学素子２０１の一例を示す図である。
【００８６】
図１３（ｂ）、（ｃ）は、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。
【００８７】
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２１５を図１５に示す。液晶２１５に電圧を印加する電極を複数個用い、液晶２１５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１５（ａ）および（ｂ）は、旋光性をもつ分割をしない単体の液晶２１５ａを用いた一例である。液晶２１５を分割しない場合は、２πから０もしくは０から−２πの範囲の旋光角が得られるよう液晶２１５の厚みを決める。
【００８８】
液晶に印加する電圧の一例は、微小異物からの散乱光はラジアル偏光に近いので、照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７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、試料表面の散乱光のピーク強度に対する異物からの散乱光のピーク強度比を大きくすることができる。
【００８９】
また、液晶２１５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１５（ｃ）は、液晶を角度で２分割した例を示す。図１５（ｃ）の２分割された液晶２１５ｂ、２１５ｃ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１５（ｄ）は液晶２１５を角度で４分割した例である。分割数に応じて、液晶２１５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、散乱光分布に応じて適宜設定可能である。
【００９０】
また、液晶２１５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１５（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１５（ｅ）は分割方法を示す。図１５（ｅ）は上層の液晶を、図１５（ｆ）は下層の液晶をそれぞれ示す。上層の液晶２１５ｉ、２１５ｈはプラス方向の旋光性３３７ｄをもった液晶を用い、下層の液晶２１５ｋ、２１５ｊはマイナス方向の旋光性３３７ｅ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上に対応させた軸３０７に対して２分割し、液晶２１５ｉ、２１５ｈ、２１５ｋ、２１５ｊ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上に対応させた軸３０７に対して図１５（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上に対応させた軸３０７に対して図１５（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２１５ｉ、２１５ｊに電圧を印加し、液晶２１５ｈ、２１５ｋ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。
【００９１】
ここで、図１５（ａ）の偏光制御装置の液晶２１５は旋光性を持つ液晶を用いるため、図１５（ａ）の偏光制御装置の配向膜２１６・２１７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。
【００９２】
旋光性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１６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上に対応させた軸３０７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３３７をもたない液晶を用いる。この偏光制御装置の場合、液晶２１５ｍ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２１７ｂ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２１６ｂはラビングを施さないようにして用いる。
【００９３】
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１７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２１６、下部の配向膜２１７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２１７のラビング方向と上部の配向膜２１６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１７（ａ）に示す。配向膜に沿って、液晶分子が並び、図１７（ａ）の配向膜配置の場合、π／２の旋光角が得られる。
従って、上部の配向膜２１６のラビング方向と下部の配向膜２１７のラビング方向を選択することによる偏光制御装置は、空間的に遅相軸と進相軸方向が異なる分布をとる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。
【００９４】
図１７（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は、上部の配向膜２１６と下部の配向膜２１７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例を示す図である。図１７（ｂ）に示すラジアル偏光をＸ偏光（図１７（ｇ））およびＹ偏光（図１７（ｈ））に変換する場合の配向膜のラビング方向を図１７（ｃ）と（ｄ）、および図１７（ｅ）と（ｆ）に示している。
ここでは、図１７（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上に対応させた軸３０７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３３７をもたない液晶を用いた偏光制御装置の例を示す。瞳面上もしくは瞳面付近における任意の点において配向膜２１６、２１７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２１６、２１７のラビング方向を決定する。任意の点３３８Ａにおける任意の時間の電場ベクトル３３９Ａを偏光方向制御装置２０５を用いて電場ベクトル３３９Ｂにする。点３３８Ａ、点３３８Ｂでは、配向膜２１６Ａ、２１７Ａ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３４０Ａはπ／４偏光方向が変わり、Ｘ偏光の直線偏光３４０Ｂが得られる。図１７（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）についても同様の手順でラビング方向による偏光方向の制御を行う。
【００９５】
次に、空間分布光学素子２０１の構成に磁気光学効果を利用した偏光制御装置を用いた場合の効果の一例について説明する。
図１８（ａ）は、図１１の１／２波長板２０３、図１２の１／４波長板２０４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空間分布光学素子２０１の例を示す。本例では、透明基板２２３・２２４に挟まれた透明磁性体２２２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。また、磁気光学変調子を用いた偏光方向制御装置２０５を二次元上に複数個配置し、１つの空間分布光学素子２０１としても良い。その際、空間分布光学素子２０１を構成する複数個の偏光方向制御装置２０５は、それぞれで旋光角を制御することで散乱光分布に応じて適時旋光角を制御することが可能である。
【００９６】
図１８（ｂ）、（ｃ）は、照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７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上に対応させた軸３０７に対して対称に配置された透明磁性体２２２Ａ・２２２ｂ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３０７に対して、対称な旋光角３３９を得ることができる。照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７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。
【００９７】
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。
【００９８】
異物からの散乱光の偏光方向は、照明の入射面を瞳面３０２上に対応させた軸３０７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３０２上に対応させた軸３０７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３０２及び瞳面３０２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。
【００９９】
ここで、図１９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７（ｂ）のラジアル偏光分布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。
【０１００】
図１９（ａ）は、光学顕微鏡の瞳面付近に照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７を含む基板に垂直な面もしくはそれに対応する瞳面上の面を境として位相差πを作る位相シフタ２０２ａを配置した場合のラジアル偏光の適用例である。図１９（ｂ）は、光学顕微鏡の瞳面付近に照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７を境として図１９上の上下の領域に位相差πを作る位相シフタ２０２ｂを配置した場合のラジアル偏光の適用例である。図１９（ａ）では、あるラジアル偏光３４１ａと３４１ｂのＹ方向の成分は打ち消しあい、あるラジアル偏光３４１ａと３４１ｂ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、光学顕微鏡の瞳面付近に照明の入射光軸を瞳面上に対応させた軸３０７を境として図１９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、３４１ｃと３４１ｄの状態になり、３４１ｃと３４１ｄ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。
【０１０１】
図１９（ｂ）では、あるラジアル偏光３４１eと３４１ｆのＸ方向の成分は打ち消しあい、あるラジアル偏光３４１eと３４１ｆ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、光学顕微鏡の瞳面付近に照明の入射面と試料表面に垂直な面を瞳面上に対応させた軸３１４を境として図１９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、３４１gと４１ｈの状態になり、３４１ｇと３４１ｈ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。
【０１０２】
次に、空間フィルタを用いる効果と空間フィルタの遮光領域ｇ（ｒ，θ）を決定する方法例とについて述べる。
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、欠陥又は異物からの散乱光と試料表面からの散乱光の比がある閾値より小さい領域を遮光することで、欠陥又は異物からの散乱光と試料表面からの散乱光の比が小さい領域を取り除くことによって、瞳面全体での欠陥又は異物からの散乱光量と試料からの散乱光量の比を大きくすることができる。
【０１０３】
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がある。
【数４】
2012026733.tif 000006
【０１０４】
また、瞳面３０２上の領域を複数の領域に分割し、その分割された各領域それぞれにおいて、異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比が小さい領域を遮光領域ｇ（ｒ，θ）と決定してもよい。
【０１０５】
このように、適宜空間フィルタを設定・配置することで、異物からの散乱光に対する試料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。また、パターンからの回折光を除去する目的の空間フィルタを空間分布光学素子２０１の構成に用いても良い。
【０１０６】
図２０に、空間フィルタの形状例を示す。図２０に示す空間フィルタの例は、瞳面上もしくは瞳面付近に配置され、黒部３４２が遮光部分、白部３４３が開口部であり光束透過部分を示す。
図２０（ａ）は、欠陥又は異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比を大きくする目的で、試料からの散乱光強度の強い領域を遮光した空間フィルタ２２５Ａ〜２２５Ｄの例である。図２０（ｂ）は、パターン起因の散乱光を除外する目的で瞳面付近に配置する空間フィルタ２２５の形状の例である。ここでは、中央部に小さな開口を９個設けた例（２２５Ｅ）、中央部に大きな開口を設けた例（２２５Ｆ）、中央部に中程度の開口を設けた例（２２５Ｇ）及び小さな開口を２個設けた例（２２５Ｈ）を示したが、これに限られず、これらと組み合わせて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。
【０１０７】
空間フィルタ２２５には、遮光マスク、液晶と偏光子の組み合わせ、磁気光学変調子と液晶の組み合わせ、ＭＥＭＳを用いても構わない。液晶と偏光子の組み合わせ、又は磁気光学変調子と偏光子の組み合わせ、又はＭＥＭＳによる二次元アレイシャッタは、印加電圧の有無によって遮光領域を制御できてもよい。
【０１０８】
図２１に遮光領域を制御できる空間フィルタの構成例を示す。
図１３（ａ）に示した液晶と偏光子の組み合わせによって構成される空間フィルタ２２５の例を図２１（ａ）に示す。偏光子２２６と偏光子２２７の間に図１３（ａ）に示した液晶を用いた旋光子を挿んだ構成である。図２１の液晶では、電圧非印加時にπ／２の旋光角が得られる液晶とする。図２１（ｂ）は、偏光子２２６の偏光透過軸と偏光子２２７の偏光透過軸を同一方向になるように偏光子を配置した構成例２２８を模式的に示す図である。偏光子２２６の偏光透過軸と偏光子２２７の偏光透過軸を同一方向になるように偏光子を配置した構成例２２８は、電極２１８Ａ−２１８Ｂ間に電圧を非印加時には偏光子２２７を透過した光が旋光角π／２だけ旋光するため、偏光子２２６を透過せずに遮光される。電極２１８Ａ−２１８Ｂ間に電圧を印加した時には液晶が旋光性を失い偏光子２２７を透過した光は旋光しないため、偏光子２２６を透過する。次に、図２１（ｃ）は、偏光子２２６の偏光透過軸と偏光子２２７の偏光透過軸の角度差がπ／２になるように偏光子を配置した構成例２２９を模式的に示す図である。偏光子２２６の偏光透過軸と偏光子２２７の偏光透過軸の角度差がπ／２になるように偏光子を配置した構成例２２９は、電極２１８Ａ−２１８Ｂ間に電圧を非印加時には偏光子２２７を透過した光が旋光角π／２だけ旋光するため、偏光子２２６を透過する。電極２１８Ａ−２１８Ｂ間に電圧を印加した時には液晶が旋光性を失い偏光子２２７を透過した光は旋光しないため、偏光子２２６を透過せずに遮光される。このように、電圧のＯＮ、ＯＦＦで透過、遮光を選択することができる。
【０１０９】
偏光子の間に挟むのは、液晶、磁気光学変調子など旋光性を与えることができる素子を用いて空間フィルタ２０５を構成しても良い。また、空間フィルタ２０５を二次元上に複数個配置し、１つの空間分布光学素子２０１としても良い。その際、空間分布光学素子２０１を構成する複数個の空間フィルタ２０５は、それぞれで遮光もしくは透過を制御することができ、散乱光分布に応じて遮光領域を適時制御することが可能である。
【０１１０】
次に、瞳面上もしくは瞳面近傍で、領域ごとに透過率の異なる減光フィルタを用いる効果について述べる。
図２２に瞳面上もしくは瞳面近傍で領域ごとに透過率の異なる減光フィルタ２３０を用いた場合の透過率の分布例を示す。図２２は、試料からの散乱光の強度分布の逆数に比例する透過率を持つ減光フィルタを使用した場合の例を示している。図２２中の領域３４４は透過率の高い領域、領域３４５は透過率のやや高い領域、領域３４６は透過率のやや低い領域、後方散乱は試料からの散乱光量が大きいく領域３４７は透過率の低い領域である。
【０１１１】
次に、試料からの散乱光の逆数の透過率をもつ減光フィルタ２３０を瞳面上に用いた場合を説明する。瞳面上の前方散乱領域における欠陥又は異物からの散乱光をＳｆ、前方散乱領域における試料からの散乱光をＮｆ、後方散乱領域における欠陥又は異物からの散乱光をＳｂ、後方散乱領域における試料からの散乱光をＮｂ、側方散乱領域における試料からの散乱光をＮｓ、側方散乱領域における欠陥又は異物からの散乱光をＳｓ、とする。
【０１１２】
試料からの散乱光の逆数の透過率をもつ減光フィルタを用いた場合、欠陥又は異物からの散乱光は、各領域において試料からの散乱光で規格化する。試料からの散乱光で規格化された欠陥又は異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比Ｓ／Ｎは、（数５）になる。
【数５】
2012026733.tif 000007
【０１１３】
（数５）より、試料からの散乱光の強度分布の逆数に比例する透過率を持つ減光フィルタを使用した場合、欠陥又は異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比を大きくすることができることがわかる。
【０１１４】
また、瞳面上もしくは瞳面近傍で領域ごとに異なる透過率をもつ減光フィルタ２３０は、分割された瞳面上もしくは瞳面近傍の各領域における欠陥又は異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比に比例した透過率をもつ減光フィルタ２３０を用いても良い。
また減光フィルタとして、偏光子と液晶の組み合わせ、もしくは偏光子と磁気光学変調子の組み合わせを用いても良い。これは、図２１で説明した空間フィルタと同じ構成を用い、液晶乃至磁気光学変調子にかける印加電圧の大きさで液晶分子の旋光角を制御することで、偏光子を透過する光量が変化する。これを用い、電圧印加により透過率を制御することのできる減光フィルタが可能となる。
【０１１５】
次に、瞳面上もしくは瞳面近傍に配置する複数波長に対応する空間フィルタもしくは減光フィルタの例を説明する。
図２３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、照明光に波長４０５ｎｍ（ブルー）の光と波長５３２ｎｍ（グリーン）の光を用いた場合のカラーフィルタを用いた空間フィルタ例について説明した図である。
【０１１６】
図２３（ａ）は照明光に波長４０５ｎｍの光を用いた場合の粒子状欠陥からの散乱光を、図２３（ｂ）は照明光に波長５３２ｎｍの光を用いた場合の結晶欠陥からの散乱光を、図２３（ｃ）は照明光に波長４０５ｎｍの光を用いた場合の空間フィルタの例を、図２３（ｄ）は照明光に波長５３２ｎｍの光を用いた場合の空間フィルタを、それぞれ示している。波長４０５ｎｍの光はブルーの光であり、ブルーの補色はイエローである。波長５３２ｎｍの光はグリーンの光であり、グリーンの補色はマジェンタである。図２３（ａ）、（ｂ）中の領域３０８は瞳面での散乱光強度が強い領域を、領域３０９は瞳面での散乱光強度がやや強い領域を、領域３１０は瞳面での散乱光強度がやや弱い領域を、領域３１１は瞳面での散乱光強度が弱い領域を、図２３（ｃ）、（ｄ）中の領域３５３は空間フィルタの遮光部を、領域３５４は空間フィルタの透過部（開口部）を、それぞれ示している。
【０１１７】
図２３（e）は、照明光に波長４０５ｎｍの光を用い粒子状欠陥を、照明光に波長５３２ｎｍの光を用い結晶欠陥を、波長４０５ｎｍ、波長５３２ｎｍそれぞれにおいて試料からの散乱光を抑制し、欠陥又は異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比を大きくすることができる空間フィルタ２２５の一例である。波長５３２ｎｍの照明光からの散乱光と波長４０５ｎｍの照明光からの散乱光を遮光する領域が領域３５３を、波長５３２ｎｍの照明光からの散乱光と波長４０５ｎｍの照明光からの散乱光を透過する領域が領域３５４を、波長５３２ｎｍの照明光からの散乱光を透過し波長４０５ｎｍの照明光からの散乱光を遮光する領域が領域３５５を、波長５３２ｎｍの照明光からの散乱光を遮光し波長４０５ｎｍの照明光からの散乱光を透過する領域が領域３５６を、それぞれ示している。領域３５３は遮光、領域３５４は透明、領域３５５はイエロー、領域３５６はマジェンタの色フィルタによって構成される空間フィルタ２２５である。
【０１１８】
また、各領域の透過率を変える複数波長に対応した減光フィルタ２３０として色フィルタを用いても良い。
瞳面に挿入される空間分布光学素子２０１は、位相シフタ２０２、１／２波長板２０３、１／４波長板２０４、液晶や磁気光学変調子を用いた偏光方向制御装置２０５、偏光子２３１、空間フィルタ２２５、減光フィルタ２３０、色フィルタを用いた減光フィルタ、色フィルタを用いた空間フィルタ、のいずれかの組み合わせを用いても良いし、いずれかを同一基板上に形成しても良い。
【０１１９】
図２４（a）は、図７で説明した散乱光シミュレーションから得た欠陥又は異物からの散乱光と試料からの散乱光の比をラジアル偏光強度分布、アジマス偏光強度分布、Ｘ偏光強度分布、Ｙ偏光強度分布のそれぞれで導出し、任意のある閾値より大きい領域の光を透過し、欠陥又は異物からの散乱光と試料からの散乱光の比を導出し任意のある閾値より小さい領域の遮光した偏光子と空間フィルタの組み合わせによる空間分布光学素子の例を示す図である。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。
【０１２０】
偏光子と空間フィルタの組み合わせによる空間分布光学素子２０１ｉは、偏光子及び遮光板の無い領域２３２ａ・２３２ｂと遮光板２３３ａ・２３３ｂとＸ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子２３４ａ、Ｘ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子２３４ｂとＸ偏光を透過する透過偏光子をもつ偏光子２３５ａ・２３５ｂの組み合わせによる。
【０１２１】
また、他の偏光子と空間フィルタの組み合わせによる空間分布光学素子２０１ｊは、図７の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欠陥からの散乱光量と試料からの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、欠陥からの散乱光と試料からの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空間分布光学素子２０１の一例であり、遮光板２３３ｃ・２３３ｄとＸ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子２３４ｃ、Ｘ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子２３４ｄ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２３４ａ、２３４ｃとＸ偏光に対してπ／２傾いた透過偏光軸を持つ偏光子２３４ｂ、２３４ｄ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。
【０１２２】
偏光子と空間フィルタの組み合わせによる空間分布光学素子２０１ｋは、図７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偏光において欠陥からの散乱光量と試料からの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、欠陥からの散乱光と試料からの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空間分布光学素子２０１の一例であり、遮光板２３３ｅとＸ偏光を透過する透過偏光子をもつ偏光子２３５ｃの組み合わせによる。
【０１２３】
偏光子と空間フィルタの組み合わせによる空間分布光学素子２０１ｌは、図７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偏光において欠陥からの散乱光量と試料からの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、欠陥からの散乱光と試料からの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空間分布光学素子２０１の一例であり、遮光板２３３ｆとＹ偏光を透過する透過偏光子をもつ偏光子２３６ａ・２３６ｂ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。
【０１２４】
図７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欠陥からの散乱光量と試料からの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、欠陥からの散乱光と試料からの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、閾値を超える瞳面上の座標が存在しなかった。
【０１２５】
次に、瞳面もしくは瞳面近傍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空間分布光学素子２０１の例を図２４（ｂ）に示す。瞳面もしくは瞳面近傍を任意の領域に分割することで、図２４（ａ）の空間分布光学素子よりも容易に実現可能がある。  図２４（ｂ）中の領域２３７は照明入射面を瞳面上に投影した軸３０７からπ／４傾いた透過偏光軸をもつ領域を、領域２３８は照明入射面を瞳面上に投影した軸３０７から−π／４傾いた透過偏光軸をもつ領域を、それぞれ示す。
【０１２６】
空間分布光学素子２０１ｍ、２０１ｎは、瞳面を半径方向に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。２０１ｏ、２０１ｐは、瞳面を半径方向に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。なお、ここでは８分割した例を示したが、分割数・分割方法はこれに限られず、散乱光分布に応じて適宜設定可能である。
【０１２７】
ここで、空間分布光学素子２０１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、空間分布光学素子２０１ｍのラジアル偏光の光を透過する領域２３４ｅ・２３４ｆ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空間分布光学素子を用いても良い。
【０１２８】
また、空間分布光学素子２０１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空間分布光学素子に位相シフタを組み合わせて用いても構わない。位相シフタを空間分布光学素子に組み合わせることで、空間分布光学素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、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空間分布光学素子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空間分布光学素子が実現できる。
【０１２９】
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３０２に挿入する空間分布光学素子２０１の特性は図９乃至図２４に示した形状に限るものではない。
【０１３０】
検出したい異物サイズが小さくなる、もしくは空間分布光学素子２０１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、もしくは撮像素子１１１起因のノイズを抑制するために、高感度の撮像素子１１１を用いてもよい。高感度の撮像素子１１１を用いることで、撮像素子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、高感度の撮像素子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。
【０１３１】
以上説明した各種の空間分布光学素子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。
【０１３２】
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槽８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６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６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６の焦点位置に試料１が設定されるように高さ制御機構９を用いて対物レンズ１０５及びミラー１０４をＺ（高さ）方向に移動する。Ｚ方向の移動量決定方法は後述する。
【０１３３】
他の欠陥検査装置（図示せず）で予め検出された試料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に載置した試料１上の欠陥を観察するためには、ステージ３の基準に試料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、撮像素子１１１に結像される。ここで、明視野光源１０９は例えばランプ等を用いればよい。本実施形態の明視野観察では、結像光学系１１０に挿入される空間分布光学素子２０１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。
【０１３４】
ウェハアライメントの後、欠陥検査装置で予め検出された欠陥の位置情報に従って、ウェハ上の欠陥がある位置を光学顕微鏡６の視野内に移動し、光学顕微鏡６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６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。
【０１３５】
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、暗視野照明ユニット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。
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８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６の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、撮像素子１１１の撮像位置に結像され、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。
【０１３６】
上記の光学顕微鏡６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１０では、図２５のようにＳＥＭ４の視野範囲３５７の中心位置と欠陥３６１のＹ方向位置ずれ量３５９及びＸ方向位置ずれ量３６０を算出し、これらの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３６１がＳＥＭ４の視野３５７内に入るようにステージ３で試料１を移動し、ＳＥＭ４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。
【０１３７】
欠陥観察の流れを図２６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６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６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９にて対物レンズ１０５を移動させて焦点合わせを行う（６００３）。
【０１３８】
光学顕微鏡６と撮像素子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６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ＳＥＭ４で観察しようとしたときの欠陥に対するＳＥＭ４の視野位置のずれ量を算出する（６００６）。この算出したずれ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ＳＥＭ４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６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ＳＥＭ４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６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。
【０１３９】
次に、他の欠陥情報が必要でない場合は（６００９−ＮＯ）、観察終了とし（６０１０）、観察が必要である場合（６００９−ＹＥＳ）は観察したい他の欠陥位置情報を取得し（６０１３）、上述した光学顕微鏡６の視野内へ観察したい他の欠陥を移動する手順（６００２）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６の視野の外にいることが考えられるため、光学顕微鏡６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、例えば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。
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、ＳＥＭ４にて検察する方法もある。
【０１４０】
本実施の形態における、光学顕微鏡６の第２の構成例及び第３の構成例について、図２７（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。以下、変形例については、第１の実施形態との相違点を主として説明し、同様の箇所は説明を省略する。これら第２及び第３の構成例において第１の実施形態と相違する点は、レンズ１３１を用いない点と明視野照明ユニットを用いない点である。そのため、図２７（ａ）、（ｂ）に示す簡便な構成となる利点がある。空間分布光学素子２０１は、対物レンズの瞳面もしくは瞳面近傍に配置している。図２７（ａ）、（ｂ）の違いは結像光学系の光路を分岐するためのダイクロイックミラー１２３の配置位置である。図２７（ａ）は、ダイクロイックミラー１２３で結像光学系の光路を分割してそれぞれに結像レンズ１３０Ａ・Ｂを配し、それぞれ撮像素子に結像している。図２７（ｂ）はより簡便に単数の結像レンズ１３０の後にダイクロイックミラー１２３で結像光学系の光路を分岐しそれぞれの撮像素子に結像している。なお、図２７（ａ）、（ｂ）に示した構成において、図４の構成と同じ番号を付したものは図４を用いて説明したものと同様な機能を有する。また、ここでは図示しないが、照明光学系は図１、図２に示した構成のものを用いる。
【０１４１】
本実施の形態における、光学顕微鏡６の第４の構成例を図２７（ｃ）を用いて説明する。本実施形態において第１の実施形態と相違する点は、空間分布光学素子２０１の配置位置と明視野照明ユニットを用いない点である。そのため、図２７（ｃ）に示すように異なる撮像素子１１１Ａ、１１１Ｂに結像する分岐されたそれぞれの光線で同一の空間分布光学素子２０１を用いることができ、簡便な構成、空間分布光学素子の収差等の影響による差を低減できる利点がある。なお、図２７（ｃ）に示した構成において、図４の構成と同じ番号を付したものは図４を用いて説明したものと同様な機能を有する。また、上記と同様、ここでは図示しないが、照明光学系は図１、図２に示した構成のものを用いる。
【０１４２】
本実施の形態における、光学顕微鏡６の第５の構成例を、図２８（ａ）を用いて説明する。本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６のレンズ１３１を用いない点と、ダイクロイックミラーを用いない点、撮像素子が１つである点である。そのため、図２８（ａ）に示す簡便な構成となる。空間分布素子の切り替えることもしくは多波長対応の空間分布光学素子を用いること、もしくは照明光の切り替えを行うこと、によって異なる検出条件もしくは照明条件での検出が可能となる。また、ダイクロイックミラー１３２は結像光学系の光軸から出し入れして光線を分岐させても良いし、ダイクロイックミラーにミラーを用いて光線を分岐させても良い。なお、図２８（ａ）に示した構成において、図４の構成と同じ番号を付したものは図４を用いて説明したものと同様な機能を有する。ここでは図示しないが、照明光学系は図１、図２に示した構成のものを用いる。
【０１４３】
本実施の形態における、光学顕微鏡６の第６の構成例について、図２８（ｂ）を用いて説明する。本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６のダイクロイックミラーを用いない点、撮像素子が１つである点である。そのため、図２８（ｂ）に示す簡便な構成となる。空間分布素子の切り替えることもしくは多波長対応の空間分布光学素子を用いること、もしくは照明光の切り替えを行うこと、によって異なる検出条件もしくは照明条件での検出が可能となる。なお、図２８（ｂ）に示した構成において、図４の構成と同じ番号を付したものは図４を用いて説明したものと同様な機能を有する。また、ここでは図示しないが、照明光学系は図１、図２に示した構成のものを用いる。
【０１４４】
本実施の形態における、光学顕微鏡６の第７の構成例を図２９を用いて説明する。本実施形態において第１の実施形態と相違する点は、１つの照明光源を用いる点である。そのため、図２９に示す簡便な構成となり装置をコンパクトにすることができる利点がある。照明光に波長変調手段を用いて照明波長の切り替えを行うことによって異なる検出条件もしくは照明条件での検出が可能となるが、波長変換手段のない単一の照明波長のみの照明光を用いてもよい。ダイクロイックミラー１３２は結像光学系の光軸から出し入れして光線を分岐させても良いし、ダイクロイックミラーにミラーを用いて光線を分岐させても良い。
【０１４５】
次に、本発明の第１の実施形態にかかる空間分布光学素子２０１の光学特性の制御方法について図３０を用いて説明する。
試料１表面で散乱された光は対物レンズによって捕集され、レンズ１３１Ａ、１３１Ｂ、空間分布光学素子２０１をとおり、結像レンズ１３０Ａによって撮像素子１１１Ａ上に結像される構成になっている。１３１Ｂの後にハーフミラー１２０を配置し光路を分岐させ分岐したもう一方の光は結像レンズ１３０Ｂを用いて対物レンズ１０５の瞳像を撮像素子１１１Ｂ上に結像する構成になっている。撮像素子１１１Ｂで得られた瞳像の信号を受け、信号処理部１３９で処理し、空間分布光学素子２０１の光学特性を決定し、散乱光分布に応じて空間分布光学素子２０１の遮光領域又は透過率、旋光角などの制御可能な光学特性を制御部１３８を用いて制御することで、欠陥又は異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比を大きく検出することができる。
【０１４６】
例えば、撮像素子１１１Ｂで試料からの散乱光の瞳像を取得し、試料からの散乱光の逆数に比例する透過率が得られるように液晶と偏光子を用いた印加電圧の大きさによって透過率を制御可能な空間分布光学素子２０１の透過率を制御し、その透過率が制御された空間分布光学素子２０１Ａを用いて試料１からの散乱光検出をすることにより、欠陥又は異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比を大きくすることができる。なお、ミラー１２０は結像光学系の光軸から出し入れして光線を分岐させても良いし、ミラーにダイクロイックミラーを用いて光線を分岐させても良い。
【０１４７】
次に、本発明の第１の実施形態を用い、取得した複数の光学条件の画像を用いた画像処理例について図３１を用いて説明する。図３１（ａ）は、波長の異なる２波長の照明光を用いた粒子欠陥と結晶欠陥の高感度検出を可能にする信号処理例を説明するための図であり、それぞれ、粒子欠陥を主とする欠陥マップ１Ａ、結晶欠陥を主とする欠陥マップ１Ｂ、これらを合わせた欠陥マップ１Ｃを示す。照明が短波長になるほど散乱効率が良くなる粒子欠陥を、短波長の照明光の散乱光を用いて撮像素子１１１Ａにより検出する。その際、粒子欠陥の散乱光分布にあわせた空間分布光学素子２０１Ａを用いることで、粒子欠陥を高感度に検出できる（１Ａは試料上に存在する検出された粒子欠陥を主とする欠陥マップ）。短波長の照明よりも波長の長いもう一方の光で結晶欠陥検出に合わせた空間分布光学素子２０１を用いて撮像素子１１１Ｂにより検出することで、結晶欠陥を高感度に検出することができる（１Ｂは試料上に存在する検出された結晶欠陥を主とする欠陥マップ）。撮像素子１１１Ａ、１１１Ｂで取得した欠陥マップ１Ａ、１Ｂを合わせる処理により粒子欠陥と結晶欠陥の欠陥マップ１Ｃを得ることで、粒子欠陥と結晶欠陥の高感度検出が可能である。図３１（ｂ）は、単一波長で照明し、一方の撮像素子１１１Ａは欠陥に合わせた空間分布光学素子２０１を用い、もう一方は空間分布光学素子を用いなかった場合の例である。欠陥マップ１Ｄは、検出したい欠陥に合わせた空間分布光学素子２０１を用いて取得した欠陥マップである。欠陥マップ１Ｅは、空間分布光学素子２０１を用いずに取得した欠陥マップである。欠陥マップ１Ｅで取得した信号の試料からの散乱光量と同程度になるように、欠陥マップ１Ｄで取得した信号にゲインをかけ１Ｄ’を得る。１Ｄ’から１Ｅの信号を引き算することで、試料からの散乱光を取り除くことができ、得たい欠陥を強調して検出することができる（取得した欠陥マップ１Ｆ）。
上記はあくまで一例であってこれに限られず、同様にして、取得した複数の光学条件の散乱光の信号を用いて、加算・引き算等適宜実施することにより、複数の欠陥種の高感度検出や、欠陥強調、欠陥分類などが可能である。
【０１４８】
次に、本発明の第１の実施形態における照明光の波長、偏光方向、仰角、方位角、光学式欠陥検出装置の検出条件、検出したい欠陥などを入力できるＧＵＩの例を図３２（ａ）に示す。ユーザがレシピを作成することもできる。なお、ここで示したＧＵＩは一例に過ぎず、適宜変更可能であることは言うまでもない。例えば、照明条件や検出条件の項目は一画面中に複数あってもよく、ユーザがその都度数値を設定するようにしても、過去に実施した照明条件をデータとして格納しておき、このデータを読み出して利用するようにしても構わない。
【０１４９】
次に、本発明の第１の実施形態における欠陥強調を実施するための入力ＧＵＩの例を図３２（ｂ）に示す。例えば、試料１上の同一領域を短波長と長波長の２波長で照明し検出し、短波長検出で得られた画像１Ｇ、長波長で得られた画像１Ｈを用いて、横軸に長波長検出での信号値、縦軸に短波長検出での信号値をとり、各輝点をマッピングしたグラフ１４０が得られる。このグラフ１４０に表示させる領域を選択し、選択した欠陥のみをマップ１Ｉに表示することで見たい欠陥のみを表示することができる。ここでは、領域設定として直線を選択し、非表示/非アライメント対象と表示/アライメント対象とを分けている。なお、ここで示したＧＵＩは一例に過ぎず、欠陥マップ１Ｇ・１Ｈ・１Ｉをグラフ１４０と同画面上に表示してもよく、欠陥マップ１Ｉを見ながら、領域設定選択を適宜変更出来るようにしても構わない。また、領域設定は曲線ボタンを押すことにより、グラフ１４０上でユーザが任意に領域を設定することが可能である。
【０１５０】
（第２の実施形態）
本発明にかかる第２の実施形態の欠陥観察装置について図３３を用いて説明する。試料６０１の表面又は欠陥を検査する検査装置は、レーザ６０７とエキスパンダ６０９とアッテネータ６１０と偏光制御素子６１１とミラー６１２Ａ・６１２Ｂとレンズ６１３とを適宜用いて構成される暗視野照明光学系と、試料を搭載する試料ホルダ６０２と、この試料ホルダを移動させるＺステージ及びＸＹステージを有するステージ６０３と、試料高さ計測器６０５と、対物レンズ６１４と空間分布光学素子２０１と結像レンズ６１５とダイクロイックミラー６２１とダイクロイックミラー６２１で分岐された2つの光路それぞれに撮像素子６０６、６１９、とを適宜用いて構成される検出光学系と、信号処理部６１６と、モニタ６１７とを適宜用いて構成される。さらに、ダイクロイックミラー６２１と撮像素子６１９を用いて構成される検出光学系の状態を計測する検出系モニタリング部６２０、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と、を適宜用いて構成される。
【０１５１】
まず、暗視野照明系の構成について説明する。レーザ６０７は、試料の法線方向に対して角度を有す方向から照明光７０１を照射し、試料６０１の表面にスポットや線状等の所望のビームを形成する。ここで、図示しないが、エキスパンダ６０９は、照明光７０１を一定の倍率の平行光束に広げるために用いる。アッテネータ６１０は、エキスパンダ６０９通過後の照明光７０１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６１１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６１２Ａ・６１２Ｂは偏光制御（電場の位相と振幅制御）後の照明光７０１を試料６０１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６１３は、試料６０１に照射する直前に照射箇所に照明光７０１を収束させるためのレンズである。また、暗視野照明系は、図２に示すように複数の波長を発振可能なものを適宜選択して用いても良い。
【０１５２】
次に、検出光学系の構成について説明する。対物レンズ６１４は、レーザ６０７による照明光７０１の照射により試料６０１上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光を、試料６０１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試料６０１が繰り返しパターンを有する場合、その繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズ６１４の射出瞳に規則的な間隔で集光する。空間分布光学素子２０１は、瞳面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り、ここでは第１の実施形態で前述した各種の空間分布光学素子２０１を適宜用いても構わない。結像レンズ６１５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分布光学素子２０１を通過したものを撮像素子６０６上に結像するためのレンズである。撮像素子６０６は結像レンズ６１５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６１６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。
【０１５３】
信号処理部６１６は、撮像素子６０６より受け取った画像データをモニタ６１７で表示可能な状態に変換するための回路を有する。
ステージ３のＸＹステージは試料６０１を載置する試料ホルダ６０２を移動させるためのステージであり、ＸＹステージを平面方向に移動することで、試料６０１を走査し、Ｚステージは、ＸＹステージの検査基準面（試料６０１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。
試料高さ計測部６０５は、ステージ３のＸＹステージの検査基準面、及び試料６０１の高さを測定するための計測器である。ステージ３のＺステージと試料高さ計測部６０５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。
【０１５４】
次に、第２の実施形態に係る本検査装置の全体の動作について説明する。
まず、レーザ６０７からの照明光７０１により、試料の法線方向に対して角度を有す方向から試料６０１の表面を照明し、試料６０１上に所望のビームを形成する。このビームにより試料６０１上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光は、試料の上方で対物レンズ６１４により集光される。試料６０１が繰り返しパターンを有する場合には、この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、瞳面もしくは瞳面近傍に置かれた空間分布光学素子２０１により遮光される。空間分布光学素子２０１は欠陥からの散乱光を強調し、もしくは試料からの散乱光を抑制する目的の空間分布光学素子２０１を用いても良い。
【０１５５】
試料６０１はステージ３のＸＹステージ上に載置され、このステージ３のＸＹステージにより走査することにより、試料６０１からの散乱光の２次元画像を得る。このとき、試料６０１と対物レンズ６１４との距離は試料高さ計測部６０５により測定されステージ３のＺステージにより調整される。
【０１５６】
撮像素子６０６により取得された２次元画像は、信号処理部６１６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６１７に表示される。
【０１５７】
次に、本発明の第２の実施形態にかかる制御部８００について、図３４を用いて説明する。図３４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。
【０１５８】
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６２０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。
【０１５９】
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６１５の焦点距離、撮像素子６０６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。
【０１６０】
次に、図３４のフローチャートを用いて、本発明の第２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６２０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）。
【０１６１】
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）。
【０１６２】
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】
【０１６３】
１…試料  ２…試料ホルダ  ３…ステージ  ４…電子顕微鏡  ５、7…光学式高さ検出システム  ６…光学顕微鏡  ８…真空槽  ９…高さ制御機構  １０…制御システム  １１…ユーザーインターフェース  １２…データベース  １３…ネットワーク  １０１…暗視野照明ユニット  １０２…落射ミラー  １０３…真空封し窓  １０４…ミラー  １０５…対物レンズ  １１０…結像光学系  １１１…撮像素子  １１２…照明光源  １１３…光学フィルタ  １１４…波長板  １１５…平凹レンズ  １１６…アクロマートレンズ  １１７…シリンドリカルレンズ  １１８…レンズ群  １１９…非線形光学結晶  １２０…ハーフミラー  １２１…ミラー  １２２…ファイバ  １２３、１３２…ダイクロイックミラー  １２４…非線形光学結晶切り替え機構  １２５…光路切り替え機構  １２６…明視野照明ユニット  １２７…集光レンズ  １２８…明視野光源  １２９…ハーフミラー  １３０…結像レンズ  １３１…レンズ  １３３…画像処理部  １３４…画像表示部  １３５…画像保存部  １３６…空間分布光学素子ホルダ  １３７…回転駆動部  １３８…制御部  １３９…信号処理部  １４０…グラフ  １５０…光源  １５１、１５４…集光レンズ  １５２…スリット  １５３…結像レンズ  １５５…検出器  ２０１…空間分布光学素子  ２０２…位相シフタ  ２０３…１／２波長板  ２０４…１／４波長板  ２０５…偏光方向制御装置  ２１４、２１６、２１７…配向膜  ２１５…液晶  ２１８…電極  ２１９…液晶分子  ２２１…電源  ２２２…透明磁性体  ２２３、２２４…透明基板  ２２５…空間フィルタ  ２２６、２２７、２３１、２３４、２３５、２３６…偏光子  ２３０…減光フィルタ  ２３３…遮光板  ３０１…光軸  ３０２…瞳面  ３０３…遅相軸  ３０４…進相軸  ３１８…Ｘ偏光  ３１９…Ｙ偏光  ３２０…ラジアル偏光  ３２７…偏光透過軸  ６０１…試料  ６０２…試料ホルダ  ６０３…ステージ  ６０５…試料高さ計測器  ６０６、６１９…撮像素子  ６０７…レーザ  ６０９…エキスパンダ  ６１０…アッテネータ  ６１１…偏光制御素子  ６１２…ミラー  ６１３…レンズ  ６１４…対物レンズ  ６１５…結像レンズ  ６１６…信号処理部  ６１７…モニタ  ６２０…検出系モニタリング部  ６２１…ダイクロイックミラー  ８００…制御部  ８０１…記録部  ８０２…比較部  ８０３…感度予測部  ８０４…フィードバック制御部  ８０５…データベース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【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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