(57)【要約】【課題】偏光状態の変化そのものを検出することで、より高精度な欠陥検出を行うことが可能な表面検査装置を提供する。【解決手段】本発明に係る表面検査装置１は、所定の繰り返しパターンを有するウェハ１０の表面に直線偏光を照射する照明系３０と、直線偏光が照射されたウェハ１０の表面からの反射光を受光する受光系４０と、繰り返しパターンにおける欠陥の有無を検査する信号処理ユニット５０と、信号処理ユニット５０による検査結果を表示するモニタ５５とを備え、受光系４０は、互いに透過軸の向きが異なる複数種の偏光素子の領域からなる偏光素子アレイ４４と、反射光のうち偏光素子アレイ４４を透過した光を偏光素子の領域毎に受光する二次元撮像素子４９とを有し、モニタ５５は、繰り返しパターンで反射する際に生じる直線偏光の偏光状態の変化を輝度情報に換算して偏光素子の領域毎に二次元的に表示するようになっている。【選択図】図１
2009192520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰り返しパターンが形成された被検基板の表面に偏光を照明するための照明部と、
前記被検基板に形成された前記パターンに依存して前記偏光の偏光状態が変化した正反射光による前記被検基板の表面像を形成する結像光学部とを備えた表面検査装置であって、
前記表面像を受光する受光部であり、互いに透過軸の向きが異なる複数種の偏光素子からなる偏光素子アレイおよび、前記正反射光のうち前記偏光素子アレイを透過した光を前記偏光素子毎に受光する二次元撮像素子を有する受光部と、
前記受光部からの出力信号に基づいて前記正反射光の偏光状態を算出し、予め記憶しておいた値と比較して前記被検基板の欠陥を検出する検出部とを有することを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記偏光は、直線偏光であることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記検出部は、前記正反射光の偏光状態を輝度値に変換し、予め記憶しておいた正常パターンの輝度値を比較して前記被検基板の欠陥を検出することを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記輝度値を画像情報として二次元的に表示する表示部をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記偏光は、直線偏光であり、
前記繰り返しパターンの繰り返し方向と前記被検基板の表面における前記直線偏光の振動方向とのなす角度を所定の角度に設定可能な角度設定部をさらに有することを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項６】
前記偏光は、直線偏光であり、前記繰り返しパターンの繰り返しピッチの２倍を超える長さの波長を有していることを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の表面検査装置。
【請求項７】
前記二次元撮像素子は、前記偏光素子アレイを透過した光を前記偏光素子毎に複数の画素単位で受光することを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の表面検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の微細パターンを形成する際の欠陥検出を行う表面検査装置に関し、特に、露光装置により微細パターンを１枚の基板上に複数のショットで形成する際に露光量やフォーカスの誤差に起因して発生する欠陥ショットを検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウェハの表面に形成されたパターンの欠陥を検出する方法として、構造性複屈折による偏光状態の変化をクロスニコル光学系からの漏れ光量より検出する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。この方法によれば、照明波長に対して回折光が発生しないような微細周期のパターンであっても、正反射光（０次回折光）がパターンの構造性複屈折によって楕円偏光に変化するためクロスニコル光学系からの漏れ光が発生し、その漏れ光量の変化を検出することによりパターンの欠陥を検出できることから、照明を短波長化することなく微細パターンの欠陥検出が可能になる。
【特許文献１】特開２００６−３４３１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述のような検査方法では、クロスニコル光学系からの漏れ光量を測定していたため、偏光状態の変化の情報、すなわち、構造性複屈折によりどのような楕円偏光に変化したのかという情報を得ることができなかった。
【０００４】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、偏光状態の変化そのものを検出することで、より高精度な欠陥検出を行うことが可能な表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
このような目的達成のため、本発明に係る表面検査装置は、所定の繰り返しパターンが形成された被検基板の表面に偏光を照明するための照明部と、前記被検基板に形成された前記パターンに依存して前記偏光の偏光状態が変化した正反射光による前記被検基板の表面像を形成する結像光学部とを備えた表面検査装置であって、前記表面像を受光する受光部であり、互いに透過軸の向きが異なる複数種の偏光素子からなる偏光素子アレイおよび、前記正反射光のうち前記偏光素子アレイを透過した光を前記偏光素子毎に受光する二次元撮像素子を有する受光部と、前記受光部からの出力信号に基づいて前記正反射光の偏光状態を算出し、予め記憶しておいた値と比較して前記被検基板の欠陥を検出する検出部とを有している。
【０００６】
なお、上述の発明において、前記偏光は、直線偏光であることが好ましい。
【０００７】
また、上述の発明において、前記検出部は、前記正反射光の偏光状態を輝度値に変換し、予め記憶しておいた正常パターンの輝度値を比較して前記被検基板の欠陥を検出することが好ましい。
【０００８】
さらに、上述の発明において、前記輝度値を画像情報として二次元的に表示する表示部をさらに有することが好ましい。
【０００９】
また、上述の発明において、前記偏光は、直線偏光であり、前記繰り返しパターンの繰り返し方向と前記被検基板の表面における前記直線偏光の振動方向とのなす角度を所定の角度に設定可能な角度設定部をさらに有することが好ましい。
【００１０】
また、上述の発明において、前記偏光は、直線偏光であり、前記繰り返しパターンの繰り返しピッチの２倍を超える長さの波長を有していることが好ましい。
【００１１】
また、上述の発明において、前記二次元撮像素子は、前記偏光素子アレイを透過した光を前記偏光素子毎に複数の画素単位で受光することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、偏光状態の変化そのものを検出することで、より高精度な欠陥検出を行うことが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本実施形態の表面検査装置１は、図１に示すように、被検基板である半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）を支持するステージ２０と、照明系３０と、受光系４０と、信号処理ユニット５０と、モニタ５５を備えて構成されている。表面検査装置１は、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ１０の表面の一括検査を自動的に行う装置である。ウェハ１０は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系により、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ２０に吸着保持される。
【００１４】
ウェハ１０の表面には、図４に示すように、複数のショット領域１１がＸＹ方向に配列され、各ショット領域の中に所定の繰り返しパターン１２が形成されている。繰り返しパターン１２は、図５に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定の繰り返しピッチＰで配列されたレジストパターン（例えば、配線パターン）である。隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。なお、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。また、同一のショットの中に異なるピッチのパターンが混在している場合もある。
【００１５】
ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅ＤAの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅ＤAとスペース部２Ｂの線幅ＤBは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光フォーカスが適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅ＤAが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅ＤBとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。
【００１６】
本実施形態の表面検査装置１は、上記のような繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の欠陥検査を行うものである。説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１：１とする。体積比の変化は、例えば露光フォーカスの適正状態からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。
【００１７】
また、本実施形態においては、照明光（直線偏光）の波長は、繰り返しパターン１２のピッチＰと比較して十分に長い波長（繰り返しパターンのピッチＰの２倍を超える長さの波長）であるとする。このため、繰り返しパターン１２のピッチＰが照明波長と比較して短くなることから、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン１２の欠陥検査を回折光により行うことはできない。
【００１８】
表面検査装置１のステージ２０は、その上面でウェハ１０を回転可能に支持する。この回転機構によって、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図４および図５におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面内で回転させることができる。
【００１９】
また、図示しないアライメント系を用いて、ステージ２０が回転しているときに、ウェハ１０の外縁部に設けられた外形基準（例えばノッチ）の回転方向の位置を検出し、所定位置でステージ２０を停止させる。その結果、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図４および図５におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面における照明光の入射方向（すなわち、後述する直線偏光の振動方向）に対して、４５度の角度に傾けて設定することができる。なお、角度は４５度に限らず、２２．５度や６７．５度など任意角度方向に設定可能である。
【００２０】
照明系３０は、光源３１と、偏光板３８と、照明側凹面鏡３９とを有して構成される。そして、光源３１から射出された発散光は、偏光板３８により直線偏光に変換され、照明側凹面鏡３９によりほぼ平行光となってステージ２０上のウェハ１０の表面全体に照射される。
【００２１】
光源３１は、図２に示すように、楕円鏡３２ａを備えた水銀ランプ（または、水銀−キセノンランプ）３２と、コリメータレンズ３３と、波長選択フィルタ３４と、減光フィルタ３５と、集光レンズ３６と、ランダムファイバー３７とを有して構成される。そして、水銀ランプ３２から発せられた光は、楕円鏡３２ａで集光されたのちコリメータレンズ３３でコリメートされ、波長選択フィルタ３４と減光フィルタ３５を通過した後、集光レンズ３６で集光されてランダムファイバー３７に入射し、ランダムファイバー３７の射出端３７ａより偏光板３８に向けて発散光が射出される。
【００２２】
ここで、波長選択フィルタ３４は、水銀ランプ３２の輝線を選択できるよう切り替え式になっており、ｅ線、ｇ線、ｈ線、ｉ線、Ｊ線（波長λ＝３１３ｎｍ）および、波長λ＝２４８ｎｍのフィルタを選択できるようになっている。構造性複屈折は波長が短いほど偏光状態の変化が大きいことから、なるべく短い波長を用いることが好ましいが、短波長側では、水銀ランプ３２のスペクトル分布や光学素子（減光フィルタ３５等）の透過率等の影響により光量が低下する点で好ましくない要素もあり、パターンの状況により各種波長を使い分けることができるようにしている。また、減光フィルタ３５も、状況に応じて各種透過率を切り替えられるようになっている。
【００２３】
このような照明系３０を用いてウェハ１０表面の繰り返しパターン１２に直線偏光を照射すると（図６を参照）、ウェハ１０の表面で正反射した光は、繰り返しパターン１２の構造性複屈折による偏光状態の変化を受けて楕円偏光に変化した後（図７を参照）、受光系４０で受光される。なお、図６は繰り返しパターン１２による構造性複屈折が最大になるための条件を示す図である。本実施形態のように、ライン部とスペース部が交互に並んだ繰り返しパターン１２では、図６におけるＸ方向とＹ方向の実効的な屈折率が異なる。そのため、ライン部の延びる方向（もしくは繰り返しパターン１２の繰り返し方向）に対して４５度の角度をなす直線偏光を入射させた場合に偏光状態の変化が最大となり、図７に示すように円偏光成分が発生して射出される光は楕円偏光となる。なお、ここでは簡単のため垂直入射として説明しているが、斜入射の場合には、光のＸ方向の振動成分とＹ方向の振動成分の反射率に差が生じるため、長軸が４５度より傾いた楕円偏光になる。そのため、斜入射の場合には、偏光状態の変化が最大となる角度は４５度からずれる場合もあり、その角度はパターンの構造に依存する。
【００２４】
さて、受光系４０は、図１に示すように、受光側凹面鏡４１と、偏光イメージング装置４２とを有して構成され、ウェハ１０からの正反射光である楕円偏光は、受光側凹面鏡４１によって収束光となり、偏光イメージング装置４２に入射する。
【００２５】
偏光イメージング装置４２は、例えば特開２００７−８６７２０号公報にその詳細が記されているが、レンズ４３と、偏光素子アレイ４４と、ＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる二次元撮像素子４９とを有して構成され、偏光イメージング装置４２に入射した光は、レンズ４３および偏光素子アレイ４４を透過して二次元撮像素子４９に達し、二次元撮像素子４９の撮像面上にウェハ１０の像が結像される。このとき、二次元撮像素子４９は、撮像面上に達したウェハ１０からの光を光電変換して、光の検出信号を信号処理ユニット５０へ出力する。
【００２６】
偏光素子アレイ４４は、図３に示すように、互いに透過軸の向きが異なる４種類の偏光素子４５，４６，４７，４８が規則的に配置された構造になっており、各偏光素子の領域が二次元撮像素子４９の１画素分の領域にそれぞれ重なるように配置されている。これにより、二次元撮像素子４９は、偏光素子アレイ４４を透過した光を各偏光素子４５〜４８の領域毎に１画素ずつ受光することになる。なお、図３においては、簡略化のために偏光素子を１６個分しか描いていないが、実際には、二次元撮像素子４９の画素を全てカバーするのに十分な数の偏光素子が配置されている。また、４種類の偏光素子のうち、第１の偏光素子４５は図３における横方向（このときの角度を０度とする）の直線偏光のみを透過させ、第２の偏光素子４６は右斜め方向（このときの角度を４５度とする）の直線偏光のみを透過させ、第３の偏光素子４７は縦方向（このときの角度を９０度とする）の直線偏光のみを透過させ、第４の偏光素子４８は左斜め方向（このときの角度を１３５度とする）の直線偏光のみを透過させるように作られている。
【００２７】
第１〜第４の偏光素子４５〜４８に対応する二次元撮像素子４９の４画素分を１つの単位として、二次元撮像素子４９からの検出信号が信号処理ユニット５０により信号処理され、偏光状態の測定が可能になる。そこで、信号処理ユニット５０による信号処理について以下に説明する。
【００２８】
図９は、第１〜第４の偏光素子４５〜４８へ入射する楕円偏光を表している。図８は、このときの二次元撮像素子４９からの信号強度を描いたものであり、各点４５Ｓ，４６Ｓ，４７Ｓ，４８Ｓはそれぞれ、第１〜第４の偏光素子４５〜４８を透過した光を二次元撮像素子４９の４画素でそれぞれ検出したときの信号強度を示している。なお、図８に示すグラフの横軸は各偏光素子４５〜４８の透過軸の角度であり、縦軸は信号強度である。この信号強度の分布を１周期が１８０度である正弦波でフィッティングすると、信号強度（すなわち光量）が最大になる偏光素子の透過軸の角度と最小になる透過軸の角度を算出することができる。
【００２９】
ここで、図８中のＭＡＸと表示された位置が最大光量位置であり、このときの透過軸の角度が図９に示す楕円偏光の長軸方位角ψに相当することになる。なお、図８中のＭＩＮと表示された部分が最小光量位置である。また、図８中のＭＡＸ位置における光量Ａmaxが図９に示す楕円偏光の長軸の長さに相当し、図８中のＭＩＮ位置における光量Ａminが図９に示す楕円偏光の短軸の長さに相当することになる。したがって、図９に示す楕円偏光の楕円率κはＡmin／Ａmaxとなり、図８中の光量Ａminおよび光量Ａmaxから楕円率κを算出することができる。以上のようにして、信号処理ユニット５０はまず、第１〜第４の偏光素子４５〜４８へ入射する楕円偏光の長軸方位角ψと楕円率κを測定する。なお、測定は二次元撮像素子４９の４画素分を１つの単位として行うため、得られる楕円偏光の二次元情報量（長軸方位角ψおよび楕円率κの情報量）は二次元撮像素子４９の画素数の１／４となる。
【００３０】
このようにして得られた二次元の楕円偏光情報（長軸方位角ψおよび楕円率κ）は、可視化されてモニタ５５に表示される。具体的には、信号処理ユニット５０は、二次元撮像素子４９の各単位における長軸方位角ψおよび楕円率κをそれぞれ信号強度（輝度値）に換算して画像情報とし、二次元撮像素子４９の各単位で検出される（４画素分を１つの単位とした）二次元の画像としてモニタ５５に表示させる。前述したように、ウェハ１０の表面には、複数ショットの繰り返しパターン１２が形成されており、仮に、露光量の誤差やフォーカスの誤差等に起因してパターンの線幅異常が生じた不良ショットがあれば、そのパターンからの光は、正常なパターンからの光と比較して偏光状態の変化が異なっている。
【００３１】
そのため、不良ショットは、長軸方位角ψを信号強度に換算した画像または、楕円率κを信号強度に換算した画像が良品ショットと比較して明るさが違って見えることになる。そこで、信号処理ユニット５０は、予め走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で良品であると判定された良品ウェハ（良品ショット）における、長軸方位角ψを信号強度に換算した画像および、楕円率κを信号強度に換算した画像をそれぞれメモリに保存しておき、検査を行うウェハ１０（ショット）における長軸方位角ψおよび楕円率κの画像と比較してパターンにおける欠陥の有無を判定する。なおこのとき、例えば、長軸方位角ψおよび楕円率κの画像における信号強度を、検査を行うウェハ１０と良品ウェハとで比較し、信号強度の変化量が予め定められた閾値（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。
【００３２】
このようにして、信号処理ユニット５０により被検基板であるウェハ１０が良品であるか否かを自動的に判定することができ、ウェハ１０が良品であるか否かの判定結果は、そのときのウェハ１０における長軸方位角ψおよび楕円率κの画像とともに、モニタ５５に表示される。なお、ショット領域内の一部に部分的欠陥があった場合にも、部分的欠陥部の画像の明るさが変化するため、このような欠陥も同様に検出可能である。
【００３３】
このように、本実施形態の表面検査装置１によれば、モニタ５５に、各偏光素子４５〜４８の領域毎に二次元撮像素子４９で受光された光に基づいて、繰り返しパターン１２で反射する際に生じる直線偏光の偏光状態の変化（長軸方位角ψおよび楕円率κ）を（輝度値に相当する）信号強度に換算し、換算した信号強度を画像情報として二次元的にモニタ５５に表示するため、パターンの構造性複屈折による偏光状態の変化そのものを情報として捉えることができるため、例えば長軸方位角ψの変化のみに現れる欠陥を検出可能になる等、ウェハ１０の良否を判定する材料が複数となり、より高精度な欠陥検出を行うことが可能になる。
【００３４】
また、前述のように、ウェハ１０を回転可能に支持するステージ２０を用いて、繰り返しパターン１２の繰り返し方向とウェハ１０の表面における直線偏光の振動方向とのなす角度を所定の角度（例えば４５度）に設定可能にすることで、パターンの種類に応じて、構造性複屈折による偏光状態の変化が最大となる角度に設定することができ、より感度の高い欠陥検出を行うことが可能になる。
【００３５】
また、前述のように、直線偏光は、繰り返しパターン１２の繰り返しピッチの２倍を超える長さの波長を有しており、回折光が発生しない条件であっても、構造性複屈折を利用しているので短波長化することなく微細パターンの欠陥検出が可能である。
【００３６】
なお、上述の実施形態において、第１〜第４の偏光素子４５〜４８に対応する二次元撮像素子４９の４画素分を１つの単位として、楕円偏光の長軸方位角ψおよび楕円率κを求めているが、これに限られるものではなく、例えば偏光素子の透過軸の角度を１６種類として、１６画素ごとに長軸方位角ψおよび楕円率κを求めるようにしてもよい。なおこのとき、偏光素子の透過軸の角度の種類が多いほど、長軸方位角ψおよび楕円率κの測定精度は向上するが、その分得られるデータ数が少なくなるため、モニタ５５上の表示画素が少なくなる。すなわち、ウェハ１０に対する解像力が低下することになるため、偏光測定精度とウェハ１０に対する解像力のうちどちらを重視するかに応じて、最適な測定画素単位（前述の４画素や１６画素を指す）を決める必要がある。
【００３７】
また、上述の実施形態では、前述のようにウェハ１０に対する解像力が低下するため、例えば、４種類の偏光素子に対応する４画素分だけそれぞれ撮像位置をずらして撮像を行い、それぞれの撮像位置について長軸方位角ψおよび楕円率κを求め、４画素毎に得られていた偏光状態のデータを補間するようにしてもよい。すなわち、特開昭６１−１７６９０７号公報でも開示されているような所謂画素ずらしの方法を用いて、解像力を向上させるようにしてもよい。
【００３８】
また、上述の実施形態では、ウェハ１０を回転可能に支持するステージ２０を用いて、繰り返しパターン１２の繰り返し方向とウェハ１０の表面における直線偏光の振動方向とのなす角度を所定の角度（４５度）に設定しているが、これに限られるものではなく、偏光板３８を回転させて直線偏光の振動方向を繰り返しパターン１２の繰り返し方向に対して回転させるようにしてもよい。さらに、ステージ２０から離れた位置に設置されたウェハ回転機構（図示せず）において、繰り返しパターン１２の繰り返し方向とウェハ１０の表面における直線偏光の振動方向とのなす角度が所定の角度（４５度）となるようにウェハ１０を設置した上で、その状態を維持したままウェハ１０をステージ２０上に搬送するようにしてもよい。
【００３９】
また、上述の実施形態では、偏光状態を表す指標として、偏光状態を楕円で表したときの長軸方位角ψおよび楕円率κを用いているが、これに限られるものではない。偏光状態を表す指標として、例えば、偏光状態を楕円で表したときの長軸方位角と楕円率角を用いて表す方法や、偏光状態をジョーンズベクトルで表したときの複素振幅の振幅項と位相項を用いて表す方法、偏光状態をジョーンズベクトルで表したときの複素振幅の実数項と虚数項を用いて表す方法、およびストークスパラメータを用いて表す方法等がある。本質的には、偏光状態を表す指標としてこれらの方法を用いても構わないが、本発明では、最もわかりやすい指標として偏光状態を楕円で表したときの長軸方位角ψおよび楕円率κを用いるのが好ましい。
【００４０】
また、上述の実施形態では、光源３１と偏光板３８を利用して、直線偏光を作り出すように構成されているが、これに限られるものではなく、直線偏光を供給するレーザーを光源として使用すれば偏光板３８は必要ない。
【００４１】
また、上述の実施形態では、照明光を直線偏光としているが、楕円偏光や円偏光であっても、構造性複屈折によって偏光状態が変化するため、直線偏光に限るものではない。
【００４２】
なお、偏光素子アレイ４４は、前述したように、互いに透過軸の向きが異なる４種類の偏光素子４５，４６，４７，４８が規則的に配置された構造になっており、各偏光素子の領域が二次元撮像素子４９の１画素分の領域にそれぞれ重なるように配置されている。しかしながら、各偏光素子の領域が二次元撮像素子４９の１画素分の領域に対応する場合、二次元撮像素子４９の各画素におけるノイズの影響が大きくなり、楕円偏光情報（長軸方位角ψおよび楕円率κ）に測定誤差が生じてしまう。
【００４３】
そこで、例えば図１０に示すように、各偏光素子の領域（図１０において、第１の偏光素子４５の例を示す）が二次元撮像素子４９の４画素分の領域４９ａ〜４９ｄにそれぞれ重なるようにしてもよい。このようにすれば、二次元撮像素子４９が偏光素子アレイ４４を透過した光を偏光素子毎に４画素単位で受光するため、４画素単位で受光し検出された信号強度を平均化することにより、ノイズの影響を低減させることができ、より感度の高い欠陥検出を行うことが可能になる。なお、４画素分に限らず、各偏光素子の領域が二次元撮像素子４９の９画素分の領域にそれぞれ重なるようにしてもよく、また、二次元撮像素子４９の画素領域を長方形にすることが可能であれば、２画素分や３画素分でもよく、複数の画素単位であればよい。
【００４４】
また、偏光素子アレイ４４は、製造バラツキにより偏光素子毎に透過率や消光比が異なる。このため、互いに透過軸の向きが異なる４種類の偏光素子４５，４６，４７，４８の透過光量にバラツキが発生し、さらには、二次元撮像素子４９も画素毎に感度のバラツキが存在するため、楕円偏光情報（長軸方位角ψおよび楕円率κ）に測定誤差が生じてしまう。そこで、表面検査装置１によるウェハ１０の検査工程の前に予め、各偏光素子の透過光量のバラツキや、二次元撮像素子４９における感度のバラツキ等を補正するための補正係数を画素単位で求めておき、表面検査装置１による検査工程の際、二次元撮像素子４９で検出した信号強度に補正係数を乗じて補正を行うようにしてもよい。
【００４５】
このような補正係数算出工程として、具体的にはまず、表面に鏡面状の反射平面を有する基準ウェハ（図示せず）をステージ２０上に搬送しておき、照明系３０を用いて基準ウェハの表面に照明光（直線偏光ではなくランダム光）を照射して、基準ウェハからの正反射光を受光系４０で受光する。このとき、各偏光素子の透過光量のバラツキや、二次元撮像素子４９における感度のバラツキ等がなければ、二次元撮像素子４９の各画素で検出される信号強度にバラツキはないはずである。そこで、信号処理ユニット５０は、二次元撮像素子４９の各画素で検出される信号強度と所定の設定値（もしくは各画素における信号強度の平均値）との間のズレを求め、各画素の信号強度に対する設定値の割合を補正係数としてそれぞれ算出する。
【００４６】
そして、表面検査装置１による検査工程の際、二次元撮像素子４９の各画素で検出した信号強度にそれぞれ対応した補正係数を乗じることで、二次元撮像素子４９の各画素における感度のバラツキを補正することができる。このようにすれば、各偏光素子の透過光量のバラツキや、二次元撮像素子４９における感度のバラツキ等に起因する楕円偏光情報（長軸方位角ψおよび楕円率κ）の測定誤差を低減させることができ、より感度の高い欠陥検出を行うことが可能になる。なお、基準ウェハの表面に照射する照明光は、ランダム光に限られるものではなく、各偏光素子の透過軸の角度に対応した４種類の直線偏光を用いることが可能である。このとき、４種類の直線偏光を１種類ずつ基準ウェハの表面に照射して、それぞれ基準ウェハからの正反射光を受光系４０で受光し、補正係数を求める。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る表面検査装置の全体構成を示す図である。
【図２】光源の詳細図である。
【図３】偏光素子アレイの模式図である。
【図４】半導体ウェハの表面の外観図である。
【図５】繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。
【図６】繰り返しパターンへ入射する入射直線偏光の図である。
【図７】パターンの構造性複屈折により入射直線偏光が楕円偏光へと変化した状態を示す図である。
【図８】信号処理ユニットによる信号処理を説明する図である。
【図９】楕円偏光の長軸方位角と楕円率を説明する図である。
【図１０】偏光素子アレイおよび二次元撮像素子の変形例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  表面検査装置
１０  ウェハ（被検基板）                １２  繰り返しパターン
２０  ステージ（角度設定部）            ３０  照明系（照明部）
４０  受光系（結像光学部および受光部）
４２  偏光イメージング装置              ４４  偏光素子アレイ
４５  第１の偏光素子                    ４６  第２の偏光素子
４７  第３の偏光素子                    ４８  第４の偏光素子
４９  二次元撮像素子
５０  信号処理ユニット（検査部）        ５５  モニタ（表示部）
【図１】
2009192520.tif 000003
【図２】
2009192520.tif 000004
【図３】
2009192520.tif 000005
【図４】
2009192520.tif 000006
【図５】
2009192520.tif 000007
【図６】
2009192520.tif 000008
【図７】
2009192520.tif 000009
【図８】
2009192520.tif 000010
【図９】
2009192520.tif 000011
【図１０】
2009192520.tif 000012