(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空チャンバ内に設けられたステージ上に載置される試料上の欠陥を光学的に再検出し
て少なくとも欠陥の位置情報を取得する光学式顕微鏡と、該光学式顕微鏡により取得した
試料上の欠陥の位置情報に基づいて予め他の光学式検査装置で検出された試料上の欠陥の
位置情報を補正する補正手段と、該補正手段で補正された試料上の欠陥の補正位置情報に
基づいて前記ステージを移動して前記試料上の欠陥を視野内に位置付けて観察する電子顕
微鏡とを備えた欠陥観察装置であって、
前記光学式顕微鏡は、更に、前記ステージ上に載置された試料の高さを光学的に検出す
る高さ検出光学系と、前記試料上の欠陥に対して照明を行う照明光学系と、該照明光学系
により照明された前記試料上の欠陥から得られる反射光または散乱光を集光して欠陥の画像信号を検出する検出光学系とを備え、
前記高さ検出光学系は前記光学式顕微鏡と光路を一部共有し、前記試料に対して前記光学式顕微鏡の前記共有する光路上の対物レンズを介してスリット光を投影し、該投影によって前記試料から得られるスリット反射光を前記対物レンズを介して光学センサで検出し、該検出される前記光学センサ上の検出位置から前記試料の高さを検出するように構成し、
前記高さ検出光学系で検出される試料の高さ情報に基づいて前記光学式顕微鏡の前記高さ検出光学系と共有する光路の前記試料に対する高さを調整することにより焦点合わせを行うように構成したことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項２】
前記照明光学系は、前記照明光を前記試料上の欠陥に対して斜方照明する暗視野照明光
学系によって構成されることを特徴とする請求項１記載の欠陥観察装置。
【請求項３】
前記検出光学系は、前記暗視野照明光学系による暗視野照明光の偏光方向と異なる偏光
方向を検出できる偏光検出器を有することを特徴とする請求項２記載の欠陥観察装置。
【請求項４】
真空チャンバ内に設けられたステージ上に載置される試料上の欠陥を光学的に再検出し
て少なくとも欠陥の位置情報を取得する光学式顕微鏡と、該光学式顕微鏡により取得した
試料上の欠陥の位置情報に基づいて予め他の光学式検査装置で検出された試料上の欠陥の
位置情報を補正する補正手段と、該補正手段で補正された試料上の欠陥の補正位置情報に
基づいて前記ステージを移動して前記試料上の欠陥を視野内に位置付けて観察する電子顕
微鏡とを備えた欠陥観察装置であって、
更に、前記ステージ上に載置された試料の高さを光学的に検出する高さ検出光学系を備
え、
前記光学式顕微鏡は、更に、前記試料上の欠陥に対して照明を行う照明光学系と、該照
明光学系により照明された前記試料上の欠陥から得られる反射光または散乱光を集光して欠陥の画像信号を検出する検出光学系とを備え、
前記高さ検出光学系は前記光学式顕微鏡と光路を一部共有し、前記試料に対して前記光学式顕微鏡の前記共有する光路上の対物レンズを介してスリット光を投影し、該投影によって前記試料から得られるスリット反射光を前記対物レンズを介して光学センサで検出し、該検出される前記光学センサ上の検出位置から前記試料の高さを検出するように構成し、
前記高さ検出光学系で検出される試料の高さ情報に基づいて前記光学式顕微鏡の前記高さ検出光学系と共有する光路の前記試料に対する高さを調整することにより焦点合わせを行うように構成したことを特徴とする欠陥観察装置。
【請求項５】
前記高さ検出光学系は、前記試料に対して斜め上方からスリット光を投影し、該投影さ
れたスリット光の試料からのスリット反射光を斜め上方の光学センサで検出し、該検出さ
れるスリット反射光の前記光学センサの検出位置から前記試料の高さを検出するように構
成したことを特徴とする請求項４記載の欠陥観察装置。
【請求項６】
前記照明光学系は、前記照明光を前記試料上の欠陥に対して斜方照明する暗視野照明光
学系によって構成されることを特徴とする請求項４記載の欠陥観察装置。
【請求項７】
真空チャンバ内に設けられたステージ上に載置される試料上の欠陥を光学式顕微鏡によ
り光学的に再検出して少なくとも欠陥の精位置情報を取得し、該取得した試料上の欠陥の
精位置情報に基づいて予め他の光学式検査装置で検出された試料上の欠陥の粗位置情報を
補正し、該補正された試料上の欠陥の補正位置情報に基づいて前記ステージを移動して前
記試料上の欠陥を電子顕微鏡の視野内に位置付けて該電子顕微鏡により観察する欠陥観察
方法であって、
前記光学式顕微鏡により前記試料上の欠陥を再検出して少なくとも欠陥の精位置情報を
取得する際、前記ステージ上に載置された試料の高さを前記光学式顕微鏡と一部共有する光路から前記試料に対して前記光学式顕微鏡の前記対物レンズを介してスリット光を投影し、該投影によって前記試料から得られるスリット反射光を前記対物レンズを介して光学センサで検出し、該検出される前記光学センサ上の検出位置から前記試料の高さを検出する高さ検出光学系により光学的に検出し、該検出される試料の高さ情報に基づいて前記光学式顕微鏡の前記高さ検出光学系と共有する光路の前記試料に対する高さを調整することにより焦点合わせを行う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、半導体製造工程において半導体ウェハ等の試料上に発生した欠陥を観察する欠陥観察装置及びその方法に係り、特に他の光学式検査装置で検出された欠陥に対し電子顕微鏡を用いてより詳細に観察する欠陥観察装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物等の欠陥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、半導体素子の微細化に伴い、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、プロセスガスにより処理装置内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、製造工程中に半導体基板上に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、プロセス条件の変更や装置、設備の改良等の対策を行う必要がある。
【０００３】
従来、欠陥の発生原因を追求する方法は、まず、光学式検査装置により欠陥の位置を特定し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）等で該欠陥を詳細に観察および分類し、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採られていた。
【０００４】
ここで、光学式検査装置とは、半導体基板の表面をレーザ光で暗視野照明し、欠陥からの散乱光を検出して欠陥の位置を特定する光学式異物検査装置や、ランプ光やレーザ光を照明光として、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の位置を特定する光学式外観検査装置である。
【０００５】
このような観察方法に関しては、特許文献１〜６に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１-１３３４１７号公報
【特許文献２】特開平７-３２５０４１号公報
【特許文献３】特開２００３-７２４３号公報
【特許文献４】特開平５-４１１９４号公報
【特許文献５】特開２００５-１５６５３７号公報
【特許文献６】特開２００７−７１８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光学式検査装置（光学式異物検査装置や光学式外観検査装置）を用いて半導体基板の欠陥を検出する場合、検査の高スループットを図るために、大きいスポットサイズのレーザ光で半導体基板を走査して検出している。このため、半導体基板を走査するレーザ光のスポット位置から求められる欠陥位置の精度は大きな誤差成分を含む。
【０００８】
このような誤差成分を含んだ欠陥の粗位置情報に基づいて走査型電子顕微鏡で欠陥を詳細に観察する場合、光学式検査装置（光学式異物検査装置や光学式外観検査装置）の光学系の倍率よりも高い倍率（小さな視野）で観察するために、走査型電子顕微鏡の視野内に観察したい欠陥が入らない場合がある。走査型電子顕微鏡の視野内に観察対象の欠陥を入れるためには、走査型電子顕微鏡の視野を移動させながら欠陥を捜すことになるが、視野が小さいために時間がかかる。このため、ＳＥＭ観察のスループットが低下し、欠陥の解析に時間がかかるという課題がある。
【０００９】
該課題を解決するため、前記特許文献１〜６において、走査型電子顕微鏡と光学式顕微鏡を併設することが開示されている。この場合、走査型電子顕微鏡に併設された光学式顕微鏡で欠陥を再検出して位置決めし、走査型電子顕微鏡で欠陥を詳細に観察する。ところで異物を高感度に検出するために、光学式顕微鏡の対物レンズのＮＡ（開口数）を大きくすると、光学式顕微鏡の焦点深度が小さくなり、光学式顕微鏡の焦点合わせが難しくなる。特許文献１では、光学式顕微鏡の焦点合わせに触れられているが具体的記述が少ない。また、特許文献５のように複数の暗視野画像を用い、検出強度最大となる点を合焦点とする焦点合わせの方法があるが、光学式顕微鏡の対物レンズのＮＡが大きくなると、焦点深度が小さくなり、暗視野画像を取り込むステップを小さくする必要があり、焦点合わせのスループットが低くなる。
【００１０】
また、半導体基板上の欠陥として金属膜上の異物を光学式顕微鏡で検出する際、光学式顕微鏡の高ＮＡ化によっても高感度検出が難しい。
【００１１】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、光学式顕微鏡により観察対象の欠陥を高感度に検出し、確実に走査型電子顕微鏡等の視野内に入れることによって高スループットで欠陥を観察できるようにした欠陥観察装置及びその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、真空チャンバ内に設けられたステージ上に載置
される試料上の欠陥を光学的に再検出して少なくとも欠陥の位置情報を取得する光学式顕
微鏡と、該光学式顕微鏡により取得した試料上の欠陥の位置情報に基づいて予め他の光学
式検査装置で検出された試料上の欠陥の位置情報を補正する補正手段と、該補正手段で補
正された試料上の欠陥の補正位置情報に基づいて前記ステージを移動して前記試料上の欠
陥を視野内に位置付けて観察する電子顕微鏡とを備えた欠陥観察装置及びその方法であっ
て、前記光学式顕微鏡は、更に、前記ステージ上に載置された試料の高さを光学的に検出
する高さ検出光学系と、前記試料上の欠陥に対して照明を行う照明光学系と、該照明光学
系により照明された前記試料上の欠陥から得られる反射光または散乱光を集光して欠陥の画像信号を検出する検出光学系とを備え、前記高さ検出光学系は前記光学式顕微鏡と光路を一部共有し、前記試料に対して前記光学式顕微鏡の前記共有する光路上の対物レンズを介してスリット光を投影し、該投影によって前記試料から得られるスリット反射光を前記対物レンズを介して光学センサで検出し、該検出される前記光学センサ上の検出位置から前記試料の高さを検出するように構成し、前記高さ検出光学系で検出される試料の高さ情報に基づいて前記光学式顕微鏡の前記高さ検出光学系と共有する光路の前記試料に対する高さを調整することにより焦点合わせを行うように構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、真空チャンバ内に設けられたステージ上に載置される試料上の欠陥を
光学的に再検出して少なくとも欠陥の位置情報を取得する光学式顕微鏡と、該光学式顕微
鏡により取得した試料上の欠陥の位置情報に基づいて予め他の光学式検査装置で検出され
た試料上の欠陥の位置情報を補正する補正手段と、該補正手段で補正された試料上の欠陥
の補正位置情報に基づいて前記ステージを移動して前記試料上の欠陥を視野内に位置付け
て観察する電子顕微鏡とを備えた欠陥観察装置及びその方法であって、更に、前記ステー
ジ上に載置された試料の高さを光学的に検出する高さ検出光学系を備え、前記光学式顕微
鏡は、更に、前記試料上の欠陥に対して照明を行う照明光学系と、該照明光学系により照
明された前記試料上の欠陥から得られる反射光または散乱光を集光して欠陥の画像信号を検出する検出光学系とを備え、
前記高さ検出光学系は前記光学式顕微鏡と光路を一部共有し、前記試料に対して前記光学式顕微鏡の前記共有する光路上の対物レンズを介してスリット光を投影し、該投影によって前記試料から得られるスリット反射光を前記対物レンズを介して光学センサで検出し、該検出される前記光学センサ上の検出位置から前記試料の高さを検出するように構成し、
前記高さ検出光学系で検出される試料の高さ情報に基づいて前記光学式顕微鏡の前記高さ検出光学系と共有する光路の前記試料に対する高さを調整することにより焦点合わせを行うように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、光学式顕微鏡により観察対象の欠陥を高感度に検出して、確実に短時間で走査型電子顕微鏡等の観察視野内に入れることにより、走査型電子顕微鏡等を用いた欠陥の詳細検査のスループットを上げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明に係る、欠陥観察装置の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１９】
［第１の実施の形態］
図１は本発明に係る欠陥観察装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。本発明に係る欠陥観察装置は、半導体ウェハ等の試料１に対して電子ビームを走査照射して取得される高倍率の電子線像（２次電子像や反射電子像）を基に試料１上の欠陥を詳細に観察して分類する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）４に、試料１上の欠陥を光学的に再検出して試料上の欠陥の精位置情報等を取得する光学式顕微鏡５ａを搭載して（並設して）構成される。本発明に係る欠陥観察装置は、さらに、被検査対象物である半導体ウェハ等の試料１を保持する試料ホルダ２を載置して移動するＸＹステージ３を設け、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）４の鏡筒４ａを収納し、光学式顕微鏡５ａの鏡筒４０ａの先端部を収納した真空チャンバ（真空試料室）１３、光学式顕微鏡５ａの検出光学系６０ａの２次元ＣＣＤカメラ等で構成された光検出器６２から出力される画像信号に基づいて欠陥の精位置情報等を取得する信号処理系６、真空チャンバ１３内に設けられ、走査型電子顕微鏡の光軸１２上で試料１の高さを検出するＳＥＭ高さ検出系７、全体のシーケンスを制御する全体制御部８とから構成されている。全体制御部８には、入出力端末９、データベース１０、ネットワーク１１が接続されている。
【００２０】
走査型電子顕微鏡４は、電子銃（図示せず）から発生した電子ビームをコンデンサレンズ（図示せず）および対物レンズ（図示せず）で集束させて試料１上に照射し、偏向電極（図示せず）により設定された走査範囲を走査し、試料１から発生する２次電子や反射電子を検出器（図示せず）で検出して高倍率の２次電子像や反射電子像を得るように構成される。
【００２１】
光学式顕微鏡５ａは、鏡筒４０ａの先端部に設けられたプリズム２７ａから試料の表面に対して暗視野照明を行う暗視野照明光学系２０ａと、鏡筒４０ａを通して試料の表面に対して明視野照明を行う明視野照明光学系５０ａと、鏡筒４０ａを通して得られる試料上の欠陥からの反射光像を検出して画像信号を得る検出光学系６０ａと、鏡筒４０ａを通して試料の高さを光学的に検出するＯＭ高さ検出系７０ａとを有して構成される。
【００２２】
即ち、鏡筒４０ａは、明視野照明光学系５０ａ、検出光学系６０ａ及びＯＭ高さ検出系７０ａの一部を共用しており、先端部側から集光する対物レンズ４６と、光路を曲げるミラー（光路を曲げる光学要素）４５と、結像レンズ４７と、ビームスプリッタ４８とを備え、さらに先端部に暗視野照明用のプリズム（反射光学要素）２７ａを備えている。なお、暗視野照明用のプリズム（ミラー）（反射光学要素）２６ａは、真空チャンバ１３に固定して設けられることになる。なお、鏡筒４０ａは、Ｚアクチュエータ１３６によってＺ方向移動可能となっている。なお、真空チャンバ１３内の真空度を保持する為、ベローズ１３４が設けてある。
【００２３】
暗視野照明光学系２０ａは、例えば、波長５３２ｎｍ、４８８ｎｍ、４０５ｎｍ等の可視レーザ光や波長３５５ｎｍ等の紫外レーザ光を出射するレーザ光源２１と、全体制御部８からの指令に基づいて前記レーザ光源２１から出射したレーザ光を開閉するシャッタ２２と、ビーム径を可変するビーム径可変手段（ビームエキスパンダ）２３と、レーザ光の偏光方向を調整する波長板２４と、真空遮断ガラス７５を通過して真空チャンバ１３内に入射したレーザ光を反射して光路を曲げて試料１の表面に対して斜め方向から暗視野照射するプリズム２６ａ及び２７ａとによって構成される。なお、プリズム２６ａは、真空チャンバ１３に固定されている関係で、鏡筒４０ａが高さ調整（焦点合わせ）されても固定されることになる。また、レーザ光源２１としては、短波長のレーザ程、欠陥の検出感度は高い。
【００２４】
明視野照明光学系５０ａは、試料１をアライメントするために用いられ、更に、例えば白色光を出射するハロゲンランプから構成された明視野照明光源５１を備えている。検出光学系６０ａは、更に、偏光検出器（検光子）６１と例えば２次元ＣＣＤカメラで構成された光検出器６２とを備えている。
【００２５】
ＯＭ高さ検出系７０ａは、更に、半導体レーザ７６と、該半導体レーザ７６から出射されたレーザ光を平行光にするコリメートレンズ７５と、該平行光が照射され、試料上に投影するためのスリット光を形成するスリット７４と、ビームスプリッタ７２と、ダイクロックミラー７１と、試料から得られるスリット光の結像位置から試料の高さを算出するポジションセンサ７３とを備えて構成される。即ち、ＯＭ高さ検出系７０ａは、半導体レーザ７６から出射したレーザ光をコリメートレンズ７５で平行光にしてスリット７４に照射し、スリット７４で形成されたスリット光を、ビームスプリッタ７２、ダイクロックミラー７１、ビームスプリッタ４８を経て鏡筒４０ａに入り、真空遮断ガラス１３５、結像レンズ４７、ミラー４５、対物レンズ４６を経て試料１上に投影してスリット像を形成する。試料１上に投影されたスリット像は試料１上で反射し、入射時と逆の順序で対物レンズ４６、ビームスプリッタ７２を経て、ポジションセンサ７３上に結像する。その結果ポジションセンサ７３上の結像位置から試料表面の高さの合焦位置からの高さΔｚを算出することが可能となる。
【００２６】
次に、ＯＭ高さ検出系７０ａを用いた試料表面の高さ検出方法の詳細について図２を用いて具体的に説明する。図２では結像に関与しないダイクロックミラー７１、ビームスプリッタ４８、真空遮断ガラス１３５、ミラー４５は省略してある。図２においては、試料１の表面が合焦点の位置にある場合と、合焦点から−Δｚの位置にある場合とが示されている。スリット７４の位置は試料１の合焦点位置と共役、試料１の合焦点位置はポジションセンサ７３とそれぞれ共役な関係にある。試料１が合焦点の位置にある場合、スリット７４によるスリット光は試料１で反射し、ポジションセンサ７３の中心位置２５１に結像する。一方、試料１が合焦点から−Δｚの位置にある場合、図２に示すように、試料１からの反射光は、試料の合焦点位置の中心２５２からΔｘ＝２Δｚ・ｔａｎθの位置２５３を通過し、結像レンズ４７、対物レンズ４６による光学式顕微鏡５ａの倍率をＭとすると、ポジションセンサ７３上、Δｓ＝２Ｍ・Δｚ・ｔａｎθの位置２５４に到達する。従って、ポジションセンサ７３により、ポジションセンサ７３上におけるスリット光の重心位置を検出すれば、試料１の合焦点からの高さΔｚを検出することができる。なお、試料１にパターンがある場合、パターン境界でスリット光に対する反射率に差があるため、検出光の強度分布に歪が生じ、高さ検出誤差が生じる。そこで図３に示すように、スリット光の入射方向８２をステージ３のＸ方向８３に対し、ある角度傾斜するようにＯＭ高さ検出系７０ａの構成要素を配置する。こうすることで、スリット像８４が試料１のパターン８５の境界部分に対し、一部分のみ交差するため、パターン境界による検出誤差を低減できる。ＯＭ高さ検出系７０ａで得られた試料１の高さは、全体制御部８に入力され、光学式顕微鏡５ａの検出光学系６０ａを焦点位置に移動するため、Ｚアクチュエータ１３６により鏡筒全体４０ａをＺ方向に移動して鏡筒４０ａの先端部に設けられた対物レンズ４６を焦点位置に合わせる。なお、このとき、プリズム２７ａも鏡筒４０ａの先端部に取り付けされているので、対物レンズ４６と一緒に上下に微動することになる。
【００２７】
このように焦点合わせされた状態で、光学式顕微鏡５ａによる暗視野照明光学系２０ａ及び検出光学系６０ａを用いた暗視野検出法により欠陥位置で欠陥を再検出して正確な精欠陥位置情報を取得することになる。即ち、全体制御部８からの指令により、暗視野照明光学系２０ａにおいてシャッタ２２を開にし、レーザ光源２１から出射したレーザ光（例えば紫外レーザ光）に対し、ビーム可変手段２３で照明領域の大きさを調整し、波長板２４で欠陥検出を高感度に行うのに適した偏光方向を選択する。そして、上記レーザ光を、真空遮断ガラス１３５を経て真空チャンバ１３内で、プリズム２６ａ、プリズム２７ａにより光路を曲げ、試料１に対して斜め方向から照射する。偏光方向は、例えば欠陥が異物の場合、異物の大きさが比較的大きい場合はＳ偏光、小さい場合はＰ偏光にすると、高感度に検出できる。試料１にレーザ光を照射後、欠陥からの散乱光像は鏡筒４０ａ内の対物レンズ４６で集光し、ミラー４５で検出光の光路を曲げ、結像レンズ４７で、真空遮断ガラス４９、ビームスプリッタ４８、ダイクロックミラー７１を経て、光検出器６２上に結像する。
【００２８】
次に、偏光検出器（検光子）６１について図４乃至図７を用いて説明する。偏光検出器６１は、偏光板を挿入して偏光を検出することにより、通常の非偏光を検出する場合に対して、高感度に欠陥を検出しようとするもので、金属膜上の異物検出に適用される。ここでは、図４に示すように試料１の表面に金属膜１１１が形成された場合を対象とし、金属膜１１１上の異物１１２を検出する場合を示す。図１に示す試料１に対し、暗視野照明光学系２０ａによりレーザ光を照射すると、異物１１２から散乱光が発生する。一方、金属膜１１１も表面のラフネスにより、散乱光が発生する。金属膜１１１の表面のラフネスによる散乱光強度は比較的大きいため、散乱光により異物１１２を検出しようとすると、金属膜１１１のラフネスによる散乱光がノイズ成分となって、異物検出時のＳ／Ｎが低下し、高感度の検出ができない。
【００２９】
ところで、異物１１２からの散乱光は入射光をＳ偏光とすると、Ｓ偏光とＰ偏光の両成分が含まれている。一方、基板からの反射光は、通常、入射光と同一の偏光方向と考えられるが、金属膜１１１の場合、表面のラフネスによる散乱光は、Ｓ偏光とＰ偏光の両成分が含まれている。そのため、異物検出に偏光検出を適用しようとすると、最適な入射光の偏光方向、検出光の偏光方向を選択する必要がある。そこで、図５に示す光学モデルでシミュレーションを行い、入射光、検出光の偏光方向に対する異物検出のＳ／Ｎの評価を行った。図５は、図１に示す光学式顕微鏡５ａの暗視野照明光学系２０ａ、検出光学系６０ａをモデル化したもので、試料１、鏡筒４０ａ内の対物レンズ４６、偏光検出器６１、光検出器６２に対し、暗視野照明光２０１ａの波長、照明仰角１２２、検出光のＮＡ（開口数）１２３、検出方向１２４、異物１１２の大きさ、金属膜１１１の材質、ラフネスを設定する。そして、暗視野照明光２０１ａの偏光方向をＳ偏光、Ｐ偏光いずれか一方にして、偏光検出器６１の検出偏光方向を変化したときの、光検出器６２における、異物１１２と金属膜１１１のラフネスによる散乱光の強度を評価した。その結果、入射光がＳ偏光の場合、図６に示すように、入射光の偏光方向（偏光方向０°）から９０°（Ｐ偏光）の偏光方向を偏光検出器（検光子）６１により検出したとき、異物１１２からの散乱光６１１、金属膜１１１のラフネスによる散乱光６１２の強度が最小となり、金属膜１１１のラフネスによる散乱光６１２の減少率が最大となった。異物１１２からの散乱光６１１と、金属膜１１１のラフネスによる散乱光６１２との強度の比から異物１１２の検出Ｓ／Ｎを算出すると、図７に示すように偏光検出器（検光子）６１により検出する偏光方向が９０°（Ｐ偏光）の場合、検出Ｓ／Ｎ６１３が最大となった。なお、図６及び図７は入射光の偏光方向がＳ偏光の場合で、入射光がＰ偏光の場合には偏光検出により検出Ｓ／Ｎは改善されない。そこで、例えば全体制御部８において、異物１１２の大きさ、金属膜１１１の材質、ラフネスの程度、入射光の偏光方向、検出光の偏光方向等に対して、検出Ｓ／Ｎが最大となる入射光、検出光の偏光方向を予め算出して例えばデータベース１０に登録しておく。これにより、光学式顕微鏡５ａで金属膜上の異物等の欠陥を検出する際、全体制御部８は、入力手段９又はネットワーク１１を用いて入力される、予め他の光学式検査装置（光学式異物検査装置や光学式外観検査装置）から得られる異物等の欠陥が存在する金属膜等の半導体ウェハの設計情報やプロセス情報を基に偏光検出器（検光子）６１による偏光検出に適した検出条件を設定できる。
【００３０】
また、試料１上に繰返しパターンがある場合、欠陥を検出する際ノイズとなる繰返しパターンからの反射光を低減するため、光学式顕微鏡５ａの対物レンズ４６の射出瞳位置に相当するフーリエ変換位置に空間フィルタ（図示せず）を挿入し、繰返しパターンからの反射回折像を遮光することで、繰返しパターン上の欠陥が検出可能となる。
【００３１】
次に暗視野照明法により欠陥位置を再検出する方法について述べる。暗視野照明により検出光学系６０ａによって検出された散乱光は光検出器６に結像する。光検出器６２による検出画像信号はＡ/Ｄ変換され、信号処理系６に転送される。信号処理系６では、検出画像信号に対して閾値を設定し、各画素の明るさが閾値に対して大きい場合、その画素を欠陥とする。欠陥の画素が複数の画素に渉る場合は重心となる画素を求めて、図８（ａ）に示すような検出画像信号９１が得られる。図８（ａ）に示すように、本発明に係る検出画像信号９１では、予め他の光学式検査装置（光学式異物検査装置又は光学式外観検査装置）（図示せず）で検出して例えばデータベース１０に格納された欠陥の粗位置情報に対応する中心座標９２（Ｘｃ，Ｙｃ）に対し、正確に再検出された欠陥の精位置座標９３は、ずれを生じる。図８（ｂ）に示すように光学式顕微鏡５ａの視野９４に対し走査型電子顕微鏡４の視野９５は小さく、走査型電子顕微鏡４によって、予め他の光学式検査装置（光学式異物検査装置又は光学式外観検査装置）で検出した欠陥の粗位置情報に対応する中心座標９２（Ｘｃ，Ｙｃ）から欠陥９６を検出するには手間がかかる。そこで、信号処理系６は、光学式顕微鏡５ａの視野内の欠陥の精位置座標９３と予め他の光学式検査装置で検出した粗中心座標９２のずれ量Ｘｓ９７、Ｙｓ９８を算出し、その値を座標補正値として全体制御部８に伝達し、例えばデータベース１０に登録する。ずれ量は、例えば、欠陥の粗中心座標９２と欠陥の精位置座標９３と間の画素数を算出し、画素数に画素寸法を乗算することにより得られる。
【００３２】
なお、本発明に係る欠陥観察装置の全体制御部８は、他の光学式検査装置で検出した欠陥の粗座標位置と、本発明に係る光学式顕微鏡５ａで実際に再検出した欠陥の精座標位置とのずれ量の補正は各欠陥に対し行う。そのとき、全体制御部８は、最初の数点の欠陥を光学式顕微鏡５ａで再検出した後、ずれ量に規則性があり、ＸＹステージによる平行移動量、回転ステージ（図示せず）による回転移動量が一定になるときは、それ以降のずれ量の補正は光学式顕微鏡５ａで再検出を行わず、規則性に基づいた補正式により各欠陥の粗座標位置から各欠陥の精座標位置へと補正することができる。
【００３３】
次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）４による欠陥の詳細観察について説明する。即ち、欠陥のずれ量が補正されると、全体制御部８は指令を出して、欠陥のずれ量の補正を基に試料１を載置したＸＹステージ３駆動して試料１上の欠陥を走査型電子顕微鏡４の光軸１２に位置決めする。次に、欠陥が光軸１２に位置決めされると、その試料１の高さをＳＥＭ高さ検出系７で検出し、該検出した試料１の高さに基づき、走査型電子顕微鏡４の対物レンズ（図示せず）の励磁電流等を調整して焦点を合わせ、走査型電子顕微鏡４により各欠陥についての低倍率のＳＥＭ画像を得る。該得られた各欠陥の低倍率のＳＥＭ画像より各欠陥の位置を検出し、該検出した各欠陥の位置を中心に欠陥について高倍率のＳＥＭ画像を得る。高倍率のＳＥＭ画像取得時の焦点合わせは、上記ＳＥＭ高さ検出系７で得られた高さを基に、走査型電子顕微鏡４の対物レンズ１４の焦点位置を変化させ、変化した各点で得られた高倍率のＳＥＭ画像を用いて行う。合焦点で得られた高倍率のＳＥＭ画像は、全体制御部８に送信され、入出力端末９に表示され、データベース１０に登録される。また、全体制御部８において、得られた高倍率のＳＥＭ画像を解析して欠陥の抽出、自動分類を行う。
【００３４】
次に、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）４の位置に設けられたＳＥＭ高さ検出系７について図９を用いて具体的に説明する。即ち、ＳＥＭ高さ検出系７は、ハロゲンランプ等の白色光源１０１、白色光を集光するコンデンサレンズ１０２及びスリット光を形成するスリット１０３からなるスリット光照射光学系１００、スリット光を試料１上にスリット像として結像する投影レンズ１０４、試料１上で正反射したスリット光を光検出素子１０６上にスリット像として結像する検出レンズ１０５とから構成される。図５に示すように、スリット光の入射角１０７をθ、検出レンズ１０５の倍率をＭとしたとき、試料１の高さがΔｚ変化すると、光検出素子１０６上のスリット像は２Ｍ・Δｚ・sinθだけシフトする。そこで、光検出素子１０６で得られたスリット像からスリット像のシフト量を検出することにより、試料１の高さΔｚが算出できる。光源は白色光源１０１以外に単波長のレーザ光源等が使用できる。但し、単色光は透明膜内で多重反射をおこしてスリット光がシフトする、あるいは透明膜厚の変化による干渉のためパターン間の反射率の差が大きくなり、反射光の強度分布が歪み、検出誤差が大きくなる場合がある。また、スリット１０３として、例えば単一のスリットからなるシングルスリット、光検出素子１０６としてポジションセンサを用いることができる。また、スリット１０３に複数のスリットからなるマルチスリットを用い、光検出素子１０６にＣＣＤリニアセンサを用い、ＣＣＤリニアセンサの検出波形から、各スリットにおけるスリット像シフト量を算出して平均することにより、パターン間反射率の差による高さ検出誤差を低減することできる。
【００３５】
次に、本発明に係る欠陥観察装置の動作について図１０を用いて説明する。本発明に係る欠陥観察装置で観察される半導体ウェハ等の試料１は、予め高スループットを有する他の光学式検査装置（光学式異物検査装置や光学式外観検査装置等）で欠陥が検出されて該欠陥の粗位置情報が入力されて例えばデータベース１０に格納されているものとする。まず、予め他の光学式検査装置で欠陥が検査された試料１はロードロック室（図示せず）に搬入され、該ロードロック室の真空排気が行われる。真空排気後、ロードロック室内の試料１は真空チャンバ１３内の試料ホルダ２に搬送される。次に、全体制御部８は、ＸＹステージ３を駆動制御して試料１を光学式顕微鏡５ａの視野に移動する。
【００３６】
光学式顕微鏡５ａは、明視野照明光源５１から得られる照明光を鏡筒４０ａを通して先端部に導き対物レンズ４６から試料１に対して照明し、試料１から得られる反射光を鏡筒４０ａを通して光検出器６２に導いて検出し、信号処理系６で試料１の画像信号を取得する。全体制御部８は、信号処理系６で取得した画像信号に基づいて試料１のアライメントを行う（Ｓ１５１）。該アライメントは取得した画像信号に対し画像処理により、試料にパターンが形成されている場合は、予め決められたパターンを、パターンが形成されていない場合は試料１の外形エッジにより、試料１のＸＹシフト量、回転量を算出してＸＹステージ３及びθ（回転）ステージ（図示せず）を制御して試料の補正（アライメント）を行う。
【００３７】
アライメント終了後、全体制御部８は、予め入力されて例えばデータベース１０に記憶された他の光学式検査装置（光学式異物検査装置又は光学式外観検査装置）（図示せず）で検出された試料上の欠陥の大きな検出誤差を含んだ粗位置情報から観察すべき欠陥の粗位置座標を得る（Ｓ１５２）。次に、全体制御部８は、該欠陥の粗位置座標に対する補正式の有無を確認する（Ｓ１５３）。補正式は、最初の数点の欠陥について光学式顕微鏡５ａで再検出した欠陥の精位置座標と他の光学式検査装置で検出される欠陥の粗位置座標との間のずれ量が一定で規則性があると判断される場合作成され、補正式は有りとなり、上記算出されたずれ量に規則性がないと判断される場合には補正式は無しとなる。補正式が無い場合には、全体制御部８は、ステップＳ１５２で得られた各欠陥の粗位置座標に基づき、ＸＹステージ３により試料１上の各欠陥を光学式顕微鏡５ａの視野に移動させる（Ｓ１５４）。移動後、全体制御部８は、欠陥位置での試料表面の高さの合焦位置からの高さΔｚを算出し、Ｚアクチュエータ１３６を駆動して鏡筒４０ａを微動させて焦点合わせを行う（Ｓ１５５）。該焦点合わせは、ＯＭ高さ検出系７０ａで検出した試料表面の高さの合焦位置からの高さΔｚを用いて行う。次に、信号処理系６は、光学式顕微鏡５ａの例えば２次元ＣＣＤカメラで構成された光検出器６２で取得した検出画像から欠陥位置を探索する（Ｓ１５６）。そして、信号処理系６は、欠陥の再検出を行い（Ｓ１５７）、検出した場合には全体制御部８は、予め他の光学式検査装置で検出した欠陥の粗位置座標と光学式顕微鏡５ａで検出した欠陥の精位置座標とのずれ量を算出して、欠陥の粗位置情報を精位置情報に補正する（Ｓ１５８）。次に、全体制御部８は、予め他の光学式検査装置で検出した欠陥の粗位置座標と光学式顕微鏡５ａで実際に再検出した精位置座標との間のずれ量に規則性があるか否か判断する（Ｓ１５９）。本シーケンスは、最初の数点の欠陥を光学式顕微鏡５ａで再検出した後行うもので、最初の数点の欠陥を光学式顕微鏡５ａで再検出する際は行わない。補正値が一定でない場合、補正した欠陥の精位置情報に基づき、欠陥を走査型電子顕微鏡４の視野に移動する（Ｓ１６０）。移動後、ＳＥＭ高さ検出系７で試料１の高さを検出し、全体制御部８は該検出した高さ検出値に基づいて走査型電子顕微鏡４の例えば対物レンズ（図示せず）を制御して焦点合わせを行い、更に高倍率のＳＥＭ画像を用いた焦点合わせを行う（Ｓ１６１）。そして、走査型電子顕微鏡４は電子ビームを試料１に照射し、偏向電極により設定された走査範囲を走査し、試料１から発生する２次電子や反射電子を検出し、高倍率の２次電子像や反射電子像得る。更に、例えば全体制御部８は、走査型電子顕微鏡４から取得される高倍率の欠陥のＳＥＭ画像を基に欠陥の観察、分類を行う（Ｓ１６２）。
【００３８】
次に、全体制御部８は、他の欠陥の観察が必要か否かの判断を行い（Ｓ１６３）、必要がなければ観察終了とし（Ｓ１６４）、必要であれば、上述した欠陥の粗位置情報を取得するステップＳ１５２に戻り、処理Ｓ１５３〜Ｓ１６２を繰り返す。
【００３９】
なお、全体制御部８は、補正式の有無を確認するステップＳ１５３で補正式がある場合、補正式により欠陥の粗位置情報を補正し、光学式顕微鏡５ａによる欠陥の再検出は行わず、補正した欠陥の精位置情報に基づき、欠陥を走査型電子顕微鏡４の視野に移動するステップＳ１６０へ進む。また、信号処理系６は、光学式顕微鏡５ａの光検出器６２で取得した検出画像から欠陥位置を探索するステップＳ１５６において、欠陥の検出を行って検出できなかった場合（Ｓ１５７）には、視野周辺を探索するか否かの判定を行う（Ｓ１６７）。信号処理系６での判定の結果、視野周辺を探索する場合には、全体制御部８は試料１を移動し（Ｓ１６８）、ＯＭ高さ検出系７０ａで検出した試料１の高さを用いて光学式顕微鏡５ａの焦点合わせを行うステップＳ１５５に戻り、欠陥が検出されるまで前述の処理Ｓ１５６、Ｓ１５７を繰り返す。視野周辺を探索しない場合、他の欠陥の観察を実行する否かを判定するステップＳ１６３に進む。
【００４０】
なお、ここでは、全体制御部８において、欠陥座標位置のずれ量の規則性の有無を欠陥検出時の最初の数点で行ったが、予めウェハの主要な位置を決めておき、その位置周辺の欠陥を対象に欠陥を再検査する前に、規則性の有無を判定してもよい。
【００４１】
ところで、以上説明したシーケンスでは、試料１の高さ検出を光学式顕微鏡５ａの焦点合わせ時と走査型電子顕微鏡４の焦点合わせ時に行っている。そこで、試料１の高さ検出を光学式顕微鏡５ａ、走査型電子顕微鏡４のどちらか一方、あるいは、両者共通の一箇所で行う方式も考えられる。しかし、前述のシーケンスのように補正式を用いる場合、光学式顕微鏡５ａによる欠陥の再検出は行わない。また、光学式顕微鏡５ａで欠陥を再検出するとき周辺を探索する場合は、走査型電子顕微鏡４に試料１が移動することなく、光学式顕微鏡５ａで連続して試料１の観察を行う。これ以外にも、走査型電子顕微鏡４、あるいは光学式顕微鏡５ａのみで連続して欠陥を検出する、あるいは観察する場合、各々の顕微鏡で高さ検出することで欠陥観察のスループットを上げることができる。また、光学式顕微鏡５ａで欠陥検出、走査型電子顕微鏡４で観察と連続したシーケンスで使用する場合、各々の顕微鏡で高さ検出することにより、ステージの位置の違いによる誤差等を小さくでき、検出精度をあげることができる。
【００４２】
［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る欠陥観察装置の第２の実施の形態について図１１を用いて説明する。本第２の実施の形態において第１の実施の形態と相違する点は、光学式顕微鏡５ｂ内にはＯＭ高さ検出系７０ａを備えておらず、光学式顕微鏡５ｂで試料１の焦点合わせを行う際、走査型電子顕微鏡４に設けられたＳＥＭ高さ検出系７を用いる以外、他の処理は第１の実施の形態と同一である。
【００４３】
本発明に係る欠陥観察装置の第２の実施の形態において、欠陥を観察するための手順について図１２を用いて説明する。即ち、第２の実施の形態においては、光学式顕微鏡５ｂ内にはＯＭ高さ検出系７０ａが無い為、第１の実施の形態と相違する点は、試料の高さを検出するためにＳＥＭ高さ検出系７を用いることになる。そのため、欠陥の粗位置情報を取得した後、該取得した欠陥の粗位置情報に基づき、欠陥をＳＥＭ高さ検出系７を備えた走査型電子顕微鏡４の光軸に移動し（Ｓ１７０）、ＳＥＭ高さ検出系７で試料１の高さを検出する（Ｓ１７１）ことになる。次に、全体制御部８は、光学式顕微鏡５ｂで欠陥の再検出を行うか否かの判定を行う（Ｓ１７２）。全体制御部８が、ステップＳ１７２において光学式顕微鏡５ｂで欠陥を再検出すると判定した場合には、上記取得した欠陥の粗位置情報に基づき、試料１の欠陥を光学顕微鏡５ｂの視野に移動する（Ｓ１５４）。移動後、ＳＥＭ高さ検出系７で得られた試料１の高さを用いてＺアクチュエータ１３６を駆動して光学式顕微鏡５ｂの焦点合わせを行う（Ｓ１７３）。以降ステップＳ１５６からステップＳ１６０及びＳＥＭ高さ検出Ｓ１７４までは第１の実施の形態と同様となる。また、全体制御部８が、ステップＳ１７２において光学式顕微鏡５ｂで欠陥を再検出しないと判定した場合には、ステップＳ１６１に進むことになる。また、ステップＳ１６１からステップＳ１６４までは第１の実施の形態と同様となる。
【００４４】
本第２の実施の形態では、走査型電子顕微鏡４上のＳＥＭ高さ検出系７のみで試料１の高さを検出する。従って、走査型電子顕微鏡４で欠陥を観察することなく、光学式顕微鏡５ｂ上で欠陥を連続的に検出する場合は、試料１の高さを検出するために、試料１を走査型電子顕微鏡４の光軸１２上に移動する必要があり、スループットが低くなる。そこで、本第２の実施の形態ではいくつかの方法を採る。第１の方法は、予め、試料１の全面の主要な点について、ＳＥＭ高さ検出系７で試料１の高さを計測して試料の高さマップを作成しておき、光学式顕微鏡５ｂで連続的に欠陥を再検出する場合、予め他の光学式検査装置で検出された欠陥の粗位置座標を基に上記高さマップを補間し、その欠陥の粗位置座標での試料の高さを求めて光学式顕微鏡５ｂの焦点合わせを行うことである。また第２の方法は、連続的に検出する欠陥の粗位置座標が近い場合、試料１の高さによる違いは小さいため、同一の高さとする、あるいは、予め、移動方向毎に仮定されている傾斜量により試料の高さ変化を求め、該求められた試料の高さの変化を基に光学式顕微鏡５ｂの焦点合わせを行うことである。
【００４５】
なお、光学式顕微鏡５ｂにおいて、前記第１の方法、または第２の方法で得られた試料１の高さを基準に、Ｚアクチュエータ１３６によって鏡筒４０ａを含めて検出光学系６０ａをＺ方向にあるステップで移動しながら試料１の画像を光検出器６２で検出し、取得した画像のコントラストが最大になる点を合焦点とすることにより、光学式顕微鏡５ｂの焦点合わせを高精度に行うことができる。この場合、予め試料１の真の高さに近い値を基準にするため、基準値がない場合と比較して、検出光学系６０ａをＺ方向に移動するステップ数が小さくなるため、焦点合わせの時間を短縮できる。
【００４６】
［第３の実施の形態］
次に、本発明に係る欠陥観察装置の第３の実施の形態について図１３を用いて説明する。本第３の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、光学式顕微鏡５ｃの先端部の鏡筒４０ｂが真空チャンバ１３内において垂直方向に真空チャンバ１３の上壁に取り付けたことにある。ところで、実際には、真空チャンバ１３の上壁の上方において走査型電子顕微鏡４の鏡筒４ａの周囲には鏡筒４ａ内を制御するための部品が存在するため、第１の実施の形態に比べて光学式顕微鏡５ｃの垂直方向に伸びる鏡筒４０ｂを走査型電子顕微鏡４の鏡筒４ａに近付けて設置することは困難となる。しかし、鏡筒４０ｂ内に光路を曲げるミラー（光路を曲げる光学要素）等が配置されていないので、鏡筒４０ｂの先端部にＮＡ（開口数）の大きな対物レンズ４６を設置できるスペースを確保することが可能となる。
【００４７】
即ち、光学式顕微鏡５ｃの場合は、暗視野照明光２０１ｂを真空チャンバ１３の側壁１３１に設けられた透明窓（真空遮断ガラス）１３２ｂを通して真空チャンバ１３内の上記鏡筒４０ｂの先端部に入射し、明視野照明光５０１ｂを透明窓（真空遮断ガラス）１３５を通して真空チャンバ１３内の上記鏡筒４０ｂの先端部に導くと共に試料１からの反射光または散乱光を透明窓（真空遮断ガラス）１３５を通して真空チャンバ１３の外側に導く鏡筒４０ｂを介して検出する。鏡筒４０ｂは真空チャンバ１３の上壁１３７に設置されたＺアクチュエータ１３６に固定し、真空チャンバ１３内の真空度を保持するため、鏡筒４０ｂと上壁１３７との間には、ベローズ１３４を設けてある。即ち、鏡筒４０ｂは、明視野照明光学系５０ｂ、検出光学系６０ｂ及びＯＭ高さ検出系７０ｂの一部を共用し、先端部側から集光する対物レンズ４６と、ビームスプリッタ４８と、結像レンズ４７と、さらに先端部に暗視野照明用のプリズム（反射光学要素）２７ｂを備えている。なお、暗視野照明用のプリズム（ミラー）（反射光学要素）２６ｂは、真空チャンバ１３に固定されている。
【００４８】
暗視野照明光学系２０ｂは、真空チャンバ１３に固定されるミラー２６ｂの鏡筒４０ｂに対する相対位置及び鏡筒４０ｂの先端部に取り付けされるプリズム２７ｂの位置が相違する以外第１の実施の形態と同様である。また、明視野照明光学系５０ｂは、明視野照明光源５１から出射された白色光等の明視野照明光５０１ｂを鏡筒４０ｂ内に側方からビームスプリッタ４８に向けて入射させる点以外は第１の実施の形態と同様である。また、検出光学系６０ｂは鏡筒４０ｂが垂直方向に伸びている点以外第１の実施の形態と同様である。また、ＯＭ高さ検出系７０ｂも鏡筒４０ｂが垂直方向に伸びている点以外第１の実施の形態と同様である。
【００４９】
従って、本第３の実施の形態では、ＯＭ高さ検出系７０ｂで検出された試料の高さに応じて、Ｚアクチュエータ１３６により、検出光学系２２を有する鏡筒４０ｂ全体をＺ方向に微動させて光学式顕微鏡５ｃを試料１に対して焦点合わせを行う。
【００５０】
なお、結像レンズ４７は焦点距離一定のため、検出光学系６０ｂの倍率は一定であるが、結像レンズ４７にズームレンズを使用することにより、検出光学系６０ｂの倍率を変化させることができる。倍率を変化させた場合、ＯＭ高さ検出系７０ｂで高さ検出する際、高さ算出時の倍率も変える必要がある。
【００５１】
［第４の実施の形態］
次に、本発明に係る欠陥観察装置の第４の実施の形態について図１４を用いて説明する。本第４の実施の形態において、第３の実施の形態との相違点は、光学式顕微鏡５ｄにおいて、ＯＭ高さ検出系７０ｂをなくし、鏡筒４０ｂを、真空チャンバ１３の上壁１３７に設けられた透明窓（真空遮断ガラス）１３５を境にして、真空チャンバ１３内に設けた対物レンズ４６を含む先端部４０ｂａと、真空チャンバ１３の上部に設けた上部４０ｂｂとに分離して構成することにある。これにより、光学式顕微鏡５ｄにおいて焦点合わせをする際、第３の実施の形態のように検出光学系６０ｂを有する鏡筒４０ｂ全体が移動することなく、真空チャンバ１３の上壁１３７に設置したＺアクチュエータ１３６を駆動することにより真空チャンバ１３内にある鏡筒４０ｂの対物レンズ４６を含む先端部分４０ｂａのみを移動することが可能となるため、構成が簡単になる。また、本第４の実施の形態は、光学式顕微鏡５ｄ上で試料１の高さを光学的に検出する光学系として、第３の実施の形態のように対物レンズ４６を介してスリット光を検出せず、２２１で示すように光軸に対して斜め方向から検出するオフアクシス方式をとる。この場合、高さ検出のためのスリット光の入射角を法線方向に対して大きくすることができ、表面に透明な膜が形成されている場合、多重反射による高さ検出誤差を小さくできる。本発明に係る欠陥観察装置の第４の実施の形態の構成は、第３の実施の形態におけるＯＭ高さ検出系７０ｂの代わりに、ＯＡ高さ検出系２２１を用い、鏡筒４０ｂが先端部４０ｂａと上部４０ｂｂとに分離している以外、第３の実施の形態と同一である。ＯＡ高さ検出系２２１は、基本的には第１の実施の形態におけるＳＥＭ高さ検出系７と同一で、光源に白色光源またはレーザ、スリットにシングルスリットまたはマルチスリット、光センサにポジションセンサまたはＣＣＤリニアセンサ等、検出精度及びスペース等を考慮して用いることができる。本第４の実施の形態は、光学式顕微鏡５ｄを試料１に対して焦点合わせを行う際、アクチュエータ１３６により、鏡筒４０ｂにおける対物レンズ４６を含む先端部４０ｂａのみＺ方向に移動し、鏡筒４０ｂにおける他の上部４０ｂｂは固定されていて移動しない。また、試料１の高さ検出をオフアクシスで行うため、より精度の高い高さ検出ができる。
【００５２】
なお、第１乃至第４の実施の形態では、走査型電子顕微鏡４、光学式顕微鏡５ａ〜５ｄ上の高さ検出系７、７０ａ、７０ｂで得られた試料の高さに基づき、走査型電子顕微鏡４では対物レンズの励磁電流等を調節して焦点合わせを行い、光学式顕微鏡５ａ〜５ｄでは検出光学系６０ａ、６０ｂを有する鏡筒４０ａ、４０ｂをＺ方向に移動して焦点合わせを行っている。しかし、ステージにＺ方向の駆動機構が付いて、高さ検出系で得られた試料の高さに基づき、ステージをＺ方向に移動することによって焦点合わせを行う場合にも第１乃至第４の実施の形態は対処できる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る欠陥観察装置の第１の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る欠陥観察装置に設けられた光学式顕微鏡における光学的高さ検出光学系の一実施例を示す概略構成図である。
【図３】図２に示すＯＭ高さ検出系（光学的高さ検出系）における試料上のパターンとスリット光との関係を説明するための図である。
【図４】本発明に係る光学式顕微鏡において偏光検出を適用する試料の構造を示す図である。
【図５】本発明に係る光学式顕微鏡の検出光学系の偏光検出をシミュレーションするための光学モデルの説明図である。
【図６】図５に示す光学モデルに基づいてシミュレーションにより得られた散乱光強度を示す図である。
【図７】図５に示す光学モデルに基づいてシミュレーションにより得られた検出Ｓ／Ｎを示す図である。
【図８】本発明に係る光学式顕微鏡の信号処理系における処理方法の説明図である。
【図９】本発明に係る走査型電子顕微鏡におけるＳＥＭ高さ検出系（光学的高さ検出系）の一実施例を示す概略構成図である。
【図１０】本発明に係る欠陥観察装置の第１の実施の形態における処理のシーケンスを示すフロー図である。
【図１１】本発明に係る欠陥観察装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１２】本発明に係る欠陥観察装置の第２の実施の形態における処理のシーケンスを示すフロー図である。
【図１３】本発明に係る欠陥観察装置の第３の実施の形態を示す概略構成図である。
【図１４】本発明に係る欠陥観察装置の第４の実施の形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５４】
１…試料（半導体ウェハ）、２…試料ホルダ、３…ＸＹステージ（回転ステージも含む）、４…走査型電子顕微鏡、４ａ…走査型電子顕微鏡の鏡筒、５ａ〜５ｄ…光学式顕微鏡、６…信号処理系、７…ＳＥＭ高さ検出系、８…全体制御部、９…入出力端末、１０…データベース、１１…ネットワーク、１３…真空チャンバ、２０ａ、２０ｂ…暗視野照明光学系、２１…レーザ光源、２２…シャッタ、２３…ビーム径可変手段、２４…波長板、２６ａ、２６ｂ…プリズム又はミラー（反射光学要素）、２７ａ、２７ｂ…プリズム（反射光学要素）、４０ａ、４０ｂ…光学式顕微鏡の鏡筒、４０ｂａ…鏡筒の先端部、４０ｂｂ…鏡筒の上部、４５…ミラー（光路を曲げる光学要素）、４６…対物レンズ、４７…結像レンズ、４８…ビームスプリッタ、５０ａ、５０ｂ…明視野照明光学系、５１…明視野照明光源、６０ａ、６０ｂ…検出光学系、６１…偏光検出器（検光子）、６２…光検出器、７０ａ、７０ｂ…ＯＭ高さ検出系、７１…ダイクロイックミラー、７２…ビームスプリッタ、７３…ポジションセンサ、７４…スリット、７５…コリメートレンズ、７６…半導体レーザ、８４…スリット、８５…パターン、１０１…白色光源、１０２…コンデンサレンズ、１０３…スリット、１０４…投影レンズ、１０５…検出レンズ、１０６…光検出素子、１３１…真空チャンバの側壁、１３３…支持部材、１３４…ベローズ、１３２ａ、１３２ｂ、１３５…真空遮断ガラス（透明窓）、１３６…Ｚアクチュエータ、１３７…真空チャンバの上壁。
【図１】
0005110977.tif 000002
【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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