JP2012026733A - Optical defect detection device and method, and defect observation device provided with the same - Google Patents

Optical defect detection device and method, and defect observation device provided with the same Download PDF

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祐子 大谷
Masahiro Watanabe
正浩 渡辺
Toshifumi Honda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device capable of detecting a detect of an observation object and surely inputting the defect of the observation object within the field of view of an electron microscope, or the like in a device which observes a defect detected by an optical defect detection device or an optical visual inspection device detailedly, and to provide a device capable of detecting a defect of an object in the optical defect detection device or the optical visual inspection device.SOLUTION: In an optical microscope 6 mounted with a dark field illumination unit capable of two-wavelength illumination, a spatial distribution optical element 201 having a function for controlling the scattering direction distribution of light intensity, polarization, wavelength, or the like is inserted into a pupil surface during performing dark field observation.

Description

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。   The present invention relates to an optical defect detection method / optical defect detection apparatus for inspecting a sample surface or defects existing on the sample surface, or a defect observation apparatus provided with the same.

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。   For example, in a semiconductor device manufacturing process, if there is a foreign object or a pattern defect such as a short circuit or disconnection (hereinafter referred to as a defect including a foreign object or a pattern defect) on a semiconductor substrate (wafer), a wiring insulation failure, a short circuit, etc. Cause a defect. Further, with the miniaturization of circuit patterns formed on the wafer, finer defects also cause breakdown of capacitors and breakdown of gate oxide films. These defects are caused by various causes such as those generated from the moving parts of the transfer device, those generated from the human body, those generated by reaction inside the processing apparatus by the process gas, those mixed in chemicals and materials, etc. Are mixed in various states. For this reason, it is important for mass production of semiconductor devices to detect defects generated in the manufacturing process, quickly identify the source of the defects, and prevent the formation of defects.

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。   Conventionally, in order to investigate the cause of the defect, first, the defect position is identified by a defect inspection apparatus, and the defect identified by the SEM (Scanning Electron Microscope) is observed and classified in detail. There was a method to estimate the cause of the defect compared with the database.

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。   Here, the defect inspection apparatus is an optical defect inspection apparatus that illuminates the surface of a semiconductor substrate with a laser and observes scattered light from the defect in a dark field to identify the position of the defect, a lamp, a laser, or an electron beam. Is an optical appearance inspection apparatus or SEM inspection apparatus that identifies a defect position on a semiconductor substrate by detecting a bright-field optical image of the semiconductor substrate and comparing it with reference information. Such an observation method is disclosed in Patent Document 1 or 2.

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。   In addition, regarding an apparatus for observing defects in detail with an SEM, each of Patent Document 3, Patent Document 4 and Patent Document 5 uses an SEM type defect inspection using position information of defects on a sample detected by another inspection apparatus. Detect the position on the sample with the optical microscope attached to the equipment and correct the position information of the defect obtained by other inspection equipment, and then observe the defect in detail with the SEM type defect observation equipment (review) And a device for the same, and a method of optically detecting the height of the surface of the sample and observing the defect with an SEM type defect observing apparatus to adjust the surface of the sample to the focal position of the SEM.

特開平7−270144号公報JP-A-7-270144 特開2000−352697号公報JP 2000-352697 A 米国特許第6407373号公報US Pat. No. 6,407,373 特開2007−71803号公報JP 2007-71803 A 特開2007−235023号公報JP 2007-235033

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。   When detecting defects on the surface of a semiconductor substrate using an optical defect inspection apparatus, the spot size of the laser beam for illuminating the semiconductor substrate surface with dark field illumination is increased to increase the inspection throughput. Irradiating by scanning. For this reason, the accuracy of the position coordinates obtained from the position of the laser beam spot that scans the surface of the semiconductor substrate includes a large error component.

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。   If the SEM is used to observe the defect in detail based on the position information of the defect including such a large error component, it is in the field of view of the SEM that is observed at a magnification much higher than that of the optical defect inspection apparatus. In some cases, defects that you want to observe do not enter. In such a case, in order to put an image of a defect to be seen in the field of view of the SEM, the defect is searched for while moving in the field of view of the SEM. However, it takes time to reduce the throughput of the SEM observation. It will cause.

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。   Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide an optical defect inspection apparatus or optical appearance when a defect detected by an optical defect inspection apparatus or optical appearance inspection apparatus is observed in detail using an SEM. An object of the present invention is to provide a defect observation apparatus that can detect a fine defect detected by an inspection apparatus with high sensitivity and can be surely placed in an observation field of SEM.

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。   As a light source used in an optical inspection apparatus or optical appearance inspection apparatus, a single wavelength laser is generally used. The defect detection sensitivity varies depending on the illumination wavelength and the defect shape. For this reason, the light source used in the optical defect inspection apparatus or the optical appearance inspection apparatus and the defect detected by the optical defect inspection apparatus or the optical appearance inspection apparatus are mounted on the SEM for the purpose of putting them in the field of view of the SEM. Provided is a defect observation apparatus that can solve the problem that the detection sensitivity of a defect differs if the wavelength of a light source used in the defect observation apparatus is different.

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。   Further, in recent LSI manufacturing, the width of a wiring pattern formed on a wafer has been reduced due to miniaturization of a circuit pattern corresponding to the need for high integration. On the other hand, the height of the wiring pattern is high in order to ensure the conductivity of the wiring.

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。   Correspondingly, the optical defect inspection apparatus and the size of the defect to be detected are required to be miniaturized. Under these circumstances, optical defect inspection systems are working on increasing the numerical aperture (NA) of inspection objective lenses and developing optical super-resolution technology. Since NA has reached the physical limit, the essential approach is to reduce the wavelength of light used for inspection to the UV and DUV (Deep UV) region.

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。   However, LSI devices include memory products that are mainly formed with high-density repeating patterns and logic products that are mainly formed with non-repeating patterns, and the structure of patterns to be inspected is complex and diversified. . For this reason, it is difficult to reliably find out defects (target defects) that need to be managed when manufacturing LSI devices. Target defects that are desired to be detected include voids and scratches in the CMP process, in addition to foreign matters generated during each manufacturing process and circuit pattern shapes after etching. Furthermore, there is a short (also referred to as a bridge) between wiring patterns in a metal wiring portion such as a gate wiring or aluminum. In particular, there are many shorts between the wiring patterns that are lower in height than the wiring patterns and are difficult to detect.

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。   In addition, in a multi-layer wiring LSI device, in addition to the above-described miniaturization of the target defect, since the base pattern of the place where the defect occurs is diversified, it is further difficult to detect. In particular, in a process in which a transparent film such as an insulating film (here, meaning transparent to the illumination wavelength) is exposed on the outermost surface, the intensity unevenness of the interference light due to a minute film thickness difference of the transparent film is caused by optical noise. Become. Therefore, it is necessary to reveal the target defect while reducing the influence of the intensity unevenness of the interference light. In addition, in order to stably manufacture an LSI, it is necessary to accurately manage the defect status of the LSI device. To that end, it is desirable to inspect all the LSI substrates. Therefore, it is necessary to detect the target defect in a short time.

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。
Accordingly, another object of the present invention is to provide an optical defect detection apparatus and method for detecting various defects on a wafer with high speed and high sensitivity, and a defect observation apparatus equipped with the same.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

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。   In order to achieve any of the above objects, the invention disclosed in the present application is characterized by inspecting a sample under a plurality of illumination conditions or detection conditions. That is, a plurality of illumination optical systems or a plurality of detection optical systems are used to enable not only high-sensitivity detection specialized for a specific defect shape but also high-sensitivity detection of a plurality of defect shapes.

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。
The following is a description of the outline of typical ones.
(1) An optical defect detection apparatus for inspecting a sample surface, the stage holding the sample and moving in a horizontal or horizontal / vertical direction, and irradiating the sample surface with a plurality of lights having different wavelengths from oblique directions An illumination optical system that captures light scattered from the illumination region on the sample surface with an objective lens and controls the polarization direction of the scattered light captured by the objective lens, or the objective lens The function of selecting the polarization direction of transmission of the captured scattered light, the function of selecting the transmittance of the scattered light captured by the objective lens, or the function of combining at least two of these functions An imaging optical system that controls the scattered light captured by the objective lens and forms an image of the scattered light; and It is an optical defect detecting apparatus characterized by comprising: a detection optical system and an imaging device that detects light, a.
(2) An optical defect detection apparatus for inspecting a sample surface, the stage holding the sample, an illumination optical system for irradiating light obliquely with respect to the sample surface, and the irradiation on the sample surface An objective lens that captures scattered light from a region of interest, and a ratio of scattered light captured by the objective lens to a scattered light from a defect on the sample and scattered light from the unevenness of the sample is increased. A detection optical system having a spatial distribution optical element that controls the captured scattered light and an imaging element that detects the scattered light controlled by the spatial distribution optical element, and the spatial distribution optical element is , An element for controlling the polarization direction of the scattered light captured by the objective lens, an element for selecting the polarization direction of the scattered light captured by the objective lens, or the transmission of the scattered light captured by the objective lens There either different elements for each area, or an optical defect detection apparatus, characterized in that these is a combination of at least two or more.
(3) The optical defect detection apparatus according to (2), wherein the detection optical system further includes branching means for branching scattered light captured by the objective lens into two or more optical paths, The spatial distribution optical element is disposed in each of two or more optical paths branched by the branching unit, and the imaging element is branched into the two or more optical paths and controlled by the spatial distribution optical element. An optical defect detection apparatus, which is arranged so as to detect scattered light, and further has a signal processing system for comparing or processing images detected by the arranged imaging elements.
(4) The optical defect detection apparatus according to (2), wherein the spatial distribution optical element includes a phase shifter, an optical rotator, a polarizer, a spatial filter, a neutral density filter, a phase shifter, or A phase shifter that has a function of changing the phase of the scattered light so that the ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by the irregularities on the sample surface is increased, and gives a spatially different phase difference, or A distributed phase shift having a function of converting the polarization direction of light scattered by unevenness of the sample surface or light scattered by defects on the sample surface into linearly polarized light and having a spatially different fast axis and slow axis. The polarization direction is aligned so that the ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by the projections or irregularities on the sample surface increases. A polarization rotator that has a higher ratio of light scattered by defects on the sample surface to light scattered by unevenness of the sample surface or of the optical rotator having spatially different fast axis and slow axis. A polarizer having a function of selectively transmitting light and having spatially different transmission axes, or a region where the ratio of light scattered by defects on the sample surface to light scattered by unevenness on the sample surface is high A spatial filter having a function of selectively transmitting light, or a function of selecting a transmittance so that a ratio of light scattered by defects on the sample surface to light scattered by unevenness on the sample surface is increased. A ratio of light scattered by defects on the sample surface to light scattered by a neutral density filter with spatially different transmittances or irregularities on the sample surface The function of controlling the polarization direction of the scattered light, the function of selecting the polarization direction of transmission of the scattered light, or the function of selecting the transmittance of the scattered light, or It is an optical defect detection device characterized in that it is constituted by any one or a combination of photonic crystals having a function combining at least two of these.
(5) The optical defect detection apparatus according to (2), wherein the spatial distribution optical element is a phase shifter, an optical rotator, a polarizer, a spatial filter, an ND filter, or irregularities on the surface of the sample. A phase shifter that has a function of changing the phase of the scattered light so as to increase the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the surface, or provides a spatially different phase difference, or irregularities on the sample surface A quarter wave plate having a function of converting the polarization direction of the light scattered by the light or the light scattered by the defect on the sample surface into linearly polarized light and having a spatially different fast axis and slow axis, or It has a function of aligning the polarization direction so that the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the unevenness on the sample surface is increased, and spatially different By a half-wave plate having a fast axis and a slow axis, an optical rotator constituted by either a liquid crystal or a magneto-optic modulator, or a defect on the sample surface with respect to light scattered by irregularities on the sample surface A polarizer having a function of selectively transmitting light in a polarization direction in which the ratio of scattered light is high and having spatially different transmission axes, or of the sample surface with respect to light scattered by unevenness of the sample surface Mask that has a function of selectively transmitting a region where the ratio of light scattered by a defect is high, or a combination of a polarizer and a magneto-optical modulator, a combination of a polarizer and a liquid crystal, or a polarizer and a half wavelength Spatial filter having a light-shielding part composed of either a combination of plates or a two-dimensional array shutter using MEMS, or the surface of the sample An ND filter having a function of selecting the transmittance so that the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the convex becomes high, or having a spatially different transmittance, or between the polarizer and the liquid crystal The ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the combination or the light filter scattered by the unevenness of the sample surface or a combination of a polarizer and a magneto-optic modulator is high. The function of controlling the polarization direction of the scattered light, the function of selecting the polarization direction of transmission of the scattered light, the function of selecting the transmittance of the scattered light, or at least these A photonic crystal having a function of combining two, or a combination thereof. Is an optical defect detection apparatus, characterized in that the shall.
(6) The optical defect detection apparatus according to (2), wherein the spatial distribution optical element is a phase shifter, an optical rotator, a polarizer, a spatial filter, an ND filter, or unevenness of the sample surface. A phase shifter that has a function of changing the phase of the scattered light so as to increase the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the surface, or provides a spatially different phase difference, or irregularities on the sample surface A quarter wave plate having a function of converting the polarization direction of the light scattered by the light or the light scattered by the defect on the sample surface into linearly polarized light and having a spatially different fast axis and slow axis, or It has a function of aligning the polarization direction so that the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the unevenness on the sample surface is increased, and spatially different Polarized light whose ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the half-wave plate or the liquid crystal or the magneto-optic modulator having the fast axis and the slow axis, or irregularities on the sample surface A polarizer having a function of selectively transmitting light in a direction and having spatially different transmission axes, or scattering by defects on the sample surface with respect to light having a plurality of wavelengths scattered by unevenness of the sample surface by the plurality of illuminations Color filters or masks, or a combination of a polarizer and a magneto-optic modulator, or a polarizer and a liquid crystal A spatial filter having a light-shielding portion constituted by either a combination or a combination of a polarizer and a half-wave plate, or the surface of the sample An ND filter, color filter, or polarization having a function of selecting a transmittance so that the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the convex increases and having spatially different transmittances Light that is scattered by defects on the sample surface relative to light that is scattered by unevenness of the sample surface, or a neutral density filter composed of a combination of a polarizer and a liquid crystal, or a combination of a polarizer and a magneto-optic modulator The function of controlling the polarization direction of the scattered light, the function of selecting the polarization direction of transmission of the scattered light, or the function of selecting the transmittance of the scattered light so that the ratio of , Or a photonic crystal having a function combining at least two of these, or a combination thereof An optical defect detection apparatus characterized by being configured by combining.
(7) A defect observation apparatus including the optical defect detection apparatus according to any one of (1) to (6), wherein position information of defects on the surface of the sample obtained by the optical defect detection apparatus is used. It is a defect observation apparatus characterized by having an electron microscope which observes the defect of the sample aligned based on it.
(8) A defect observation apparatus for inspecting and observing a defect on a sample surface, the stage holding the sample, an illumination optical system for irradiating light obliquely to the sample surface, and the above-mentioned sample surface An objective lens that captures scattered light from the irradiated region, and of the scattered light captured by the objective lens, the ratio of the scattered light from the defect on the sample to the scattered light from the unevenness of the sample is increased. And a detection optical system having a spatial distribution optical element that controls the captured scattered light and an imaging element that detects the scattered light controlled by the spatial distribution optical element, An electron microscope that performs alignment based on positional information of defects or foreign matter on the sample surface obtained by the optical defect detector and observes the defects, and the spatial distribution optical element Is an element for controlling the polarization direction of the scattered light captured by the objective lens, an element for selecting the polarization direction of the scattered light captured by the objective lens, or the transmission of the scattered light captured by the objective lens The defect observing apparatus is characterized in that one of elements having different rates for each region, or a combination of at least two of these elements.
(9) An optical defect detection method for detecting a defect on a sample surface, wherein the sample surface is illuminated with illumination light from an oblique direction, and scattered light from the illuminated region on the sample surface is objective lens The scattered light captured by the objective lens and split by the objective lens is split into two optical paths by either a half mirror or a dichroic mirror, and the light scattered on the sample surface using the branched first light The Fourier-transformed image is detected by the first image sensor, and based on the signal obtained from the first image sensor, the polarization direction arranged on the branched second optical path is controlled and transmitted. Controlling a spatial distribution optical element having a function of selecting a polarization direction to be transmitted and selecting a transmittance, and imaging the branched second light on a second imaging element by an imaging optical system; From the image obtained by the second image sensor Is an optical defect detecting method and detecting defects on charge surface.
(10) An optical defect detection method for inspecting a defect on a sample surface, wherein the sample surface is illuminated obliquely with illumination light, and scattered light from the illuminated area on the sample surface is objective lens And the polarization direction of the captured light is controlled by the spatial distribution optical element, the polarization direction to be transmitted is selected, the transmittance is selected, and the light transmitted through the spatial distribution optical element is transmitted by the imaging optical system. An image is formed on an image sensor, and a defect on the sample surface is detected from an image obtained by the image sensor, and optical conditions such as defect shape, defect type, illumination wavelength, illumination polarization, detection polarization, and detection conditions Is input by the GUI, and the light scattered by the defect on the sample surface with respect to the light scattered by the irregularities on the sample surface for each optical condition such as defect shape, defect type, illumination wavelength, illumination polarization, detection polarization, and detection condition The ratio of Depending on the unevenness of the surface of the sample under the conditions inputted in the GUI from a library storing either the polarization direction transmitted by the spatial distribution optical element, the direction to change the polarization direction, or the transmittance, or a combination thereof The ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the scattered light is increased, either the polarization direction transmitted by the spatial distribution optical element, the direction for changing the polarization direction, or the transmittance, or a combination thereof. An optical defect detection method having a function of selecting and controlling one or a combination of a polarization direction transmitted through the spatial distribution optical element, a direction for changing the polarization direction, or a transmittance. .

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。   According to the present invention, when a defect detected by an optical defect detection apparatus is observed in detail with an SEM or the like, the defect to be observed can be surely placed in an observation field of view such as an SEM. The throughput of the detailed inspection of the used defect can be increased. In addition, the apparatus can be configured on a small scale.

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。   Alternatively, various defects on the substrate can be detected with high speed and high sensitivity.

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。It is a block diagram which shows the structural example of the defect observation apparatus in 1st embodiment of this invention. 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。It is a block diagram which shows the structural example of the illumination optical system shown in the present Example 1. FIG. 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。It is a block diagram which shows the structural example of the optical height detector shown in the present Example 1. FIG. 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。FIG. 3 is a configuration diagram illustrating a configuration example of an optical microscope illustrated in the first embodiment. 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。3 is a diagram illustrating an example of a mechanism that switches the spatial distribution optical element 201 illustrated in the first embodiment on an optical axis 301 of the imaging optical system 110. FIG. 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。It is a figure which shows description of the scattered light simulation which is an example for determining the optical characteristic of the spatial distribution optical element 201 shown in the present Example 1. FIG. 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。It is a figure which shows the example of the intensity distribution for every polarization | polarized-light component of the intensity | strength for every polarized light of the scattered light intensity from the sample surface obtained using the scattered light simulation, and the scattered light intensity from a defect. 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。It is a figure which shows the example of scattered light intensity distribution for every polarization component of the scattered light intensity from the defect obtained using the scattered light simulation. 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。It is the figure which showed the polarization transmission-axis direction distribution example of the spatial distribution optical element 201 shown in the present Example 1. FIG. 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。It is a figure which shows description of the effect which controls the polarization direction of scattered light. 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。It is a figure explaining the change of polarization at the time of applying a half-wave plate near pupil plane 302. 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。It is a figure explaining the change of polarization at the time of applying a quarter wavelength plate near pupil plane 302. FIG. 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。It is a figure which shows an example of the spatial distribution optical element 201 using the polarization direction control apparatus 205 using the liquid crystal which controls a polarization direction. 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。It is a figure explaining the change of the polarization direction by a polarization direction control apparatus. 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。It is a figure which shows an example explaining the polarization direction control apparatus using a liquid crystal. 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。It is a figure which shows the example of the polarization direction control apparatus which has optical rotation when voltage is not applied, and loses precedence by voltage application. 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。It is a figure which shows the example of the polarization direction control apparatus using the liquid crystal which can control a polarization direction by rubbing of an alignment film. 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。It is a figure which shows an example of the spatial distribution optical element 201 using the polarization direction control apparatus 205 using the magneto-optical modulator using a magneto-optical effect. 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。It is a figure which shows an example with respect to radial polarization at the time of applying the phase shifter 202 to the spatial distribution optical element 201. FIG. 空間フィルタの形状例を示す図である。It is a figure which shows the example of a shape of a spatial filter. 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。It is a figure which shows the structural example of the spatial filter which can control the light shielding area which used the liquid crystal for the spatial filter. 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。It is a figure explaining the distribution example and effect of the transmittance | permeability of the neutral density filter from which the transmittance | permeability which changes for every area | region. 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。It is a figure which shows description of the example of the spatial filter using the color filter which can be used for the scattered light of multiple wavelengths. 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。It is a figure which shows the example of the spatial distribution optical element by the combination of a polarizer and a spatial filter. 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。It is a figure which shows the positional offset amount calculation image of the defect acquired by dark field observation of the optical microscope in 1st embodiment of this invention. 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。FIG. 4 is a diagram showing a procedure for defect observation in the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 is a diagram illustrating details of a configuration example of an optical microscope using two imaging elements in the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 2 is a diagram illustrating details of a configuration example of an optical microscope using one image sensor in the first embodiment of the present invention. 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。FIG. 3 is a diagram showing details of a configuration example of an optical microscope in the first embodiment of the invention. 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。It is a figure which shows the example of a control method of the spatial distribution optical element 201 in 1st embodiment of invention. 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。It is a figure which shows the example of signal processing in 1st embodiment of invention. 発明の第一の実施形態におけるGUIを示す図である。It is a figure which shows GUI in 1st embodiment of invention. 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。It is a figure which shows the detail of the structural example of the defect observation apparatus in the 2nd Embodiment of invention. 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。It is a figure which shows the detail of the structural example of the defect observation apparatus in the 2nd Embodiment of invention.

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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate.
FIG. 1 shows an example of the configuration of the defect observation apparatus according to the present invention. The defect observation apparatus of the present embodiment is a detailed observation of a sample holder 2 that mounts a sample 1 to be inspected, a stage 3 that can move the sample holder 2 and move the entire surface of the sample 1 under a microscope, and a sample 1 An electron microscope (hereinafter referred to as SEM) 4, an optical height detection system 5 for focusing the electron microscope 4 on the surface of the sample 1, and defects on the sample 1 by optically redetecting defects on the sample 1 At least an optical microscope (optical defect detection device) 6 for acquiring detailed position information, an optical height detection system 7 for focusing the optical microscope 6, and an objective lens 105 of the electron microscope 4 and the optical microscope 6. Control unit 10 for appropriately controlling vacuum chamber 8, stage 3 and electron microscope 4, optical height detector 5, optical height detector 7, height control mechanism 9, image sensor 111, etc. A network 13 connected to a host system such as the interface 11, the database 12, and the optical defect inspection apparatus is appropriately used.

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。   Furthermore, the optical microscope 6 guides the laser emitted from the dark field illumination unit 101 capable of emitting light of a plurality of wavelengths to the vacuum chamber 8 and controls the illumination position on the surface of the sample 1. Reflecting mirrors 102A and 102B, mirrors 104A and 104B for guiding the laser guided from the reflecting mirrors 102A and 102B to the sample 1 through the vacuum-sealed windows 103A and 103B, and collecting scattered light from the sample 1 or bright field observation Objective lens 105, objective lens height control mechanism 9, half mirror 108 for introducing illumination necessary for bright field observation, bright field light source 109, and objective lens 105 guided through a vacuum-sealed window 107. The imaging optical system 110 for forming an image of the sample 1 by the scattered light collected by the imaging device on the imaging device, and the imaging device 111 are appropriately used. That. In addition, although not shown here, as will be described later, the imaging optical system 110 includes a spatial distribution optical element 201 and a spatial distribution optical element switching mechanism as appropriate. The stage 3, the optical height measuring instruments 5 and 7, the SEM 4, the user interface 11, the database 12, the height control mechanism 9, and the image sensor 111 are connected to the control system 10, and the control system 10 is connected via the network 13. It is connected to a higher system (not shown).

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。   In the defect observation apparatus configured as described above, in particular, the optical microscope 6 has a defect position detected by the optical defect inspection apparatus on the sample 1 detected by the optical defect inspection apparatus (not shown). The height control mechanism 9 and the optical height measuring instrument 7 have a function as focusing means for performing sample focusing, and have a function of performing re-detection (hereinafter referred to as detection) using position information. The system 10 has a function as position correction means for correcting the position information of the defect based on the position information of the defect detected by the optical microscope 6, and the SEM 4 observes the defect whose position information is corrected by the control system 10. It has a configuration having a function. The stage 3 places the sample 1 and moves between the optical microscope 6 and the SEM 4 so that defects detected by the optical microscope 6 can be observed with the SEM 4.

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。   The objective lens 105 and the height control mechanism 9 are installed in the vacuum chamber 8. As the configuration of the height control mechanism 9, for example, a configuration using a piezo element or a Z direction along the linear guide using a stepping motor and a ball screw (direction along the optical axis 301 of the imaging optical system 110). ), Or a configuration of moving in the Z direction along a linear guide using an ultrasonic motor and a ball screw.

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。   The incident mirrors 102A and 102B are used to guide the light emitted from the dark field illumination unit 101 to the vacuum lamp 8 as shown in FIG. The epi-illumination mirrors 102A and 102B have a mechanism that rotates around two axes, ie, an axis along the longitudinal direction of the illustrated mirror and an axis perpendicular to the drawing in order to control the illumination position on the surface of the sample 1. May be.

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。
Details of each part will be described below with reference to FIGS.
FIG. 2 shows a configuration example of the dark field illumination unit 101. The dark field illumination unit 101 includes, for example, a visible light laser, an ultraviolet light laser, a vacuum ultraviolet light laser, an illumination light source 112 that emits a lamp or a light emitting diode, an optical filter 113 that adjusts the intensity of illumination light, and a polarization direction of the illumination light. A wave plate 114 for focusing the illumination light on the sample 1, a nonlinear optical crystal 119 for converting the wavelength of light emitted from the illumination light source 112, a half mirror 120 for dividing the illumination light, a mirror 121 for changing the optical path, and illumination. A fiber 122 that divides light, a dichroic mirror 123 that divides illumination light by wavelength, a nonlinear optical crystal switching mechanism 124 that switches a plurality of nonlinear optical crystals, and an optical path switching mechanism 125 that moves a mirror 121A in and out to switch an optical path are used as appropriate. It is configured. The lens group 118 includes a plano-concave lens 115, an achromatic lens 116, and a cylindrical lens 117 as appropriate. This is a mechanism that can control the illumination region on the surface of the sample 1 from the entire field of view of the optical microscope 6 to the diffraction limit by selecting the lens focal length and adjusting the lens interval. The cylindrical lens 117 provides oblique illumination but a circular illumination region. Is feasible.

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。   As shown in FIG. 2 (a), the first configuration example of the dark field illumination unit 101 includes two illumination light sources 112A and 112B and each other emitted from the illumination light sources so that two different wavelengths can be illuminated. Optical filters 113A and 113B arranged in the respective optical paths so that the illumination intensity of the illumination lights 701A and 701B having different wavelengths can be adjusted, and the respective optical paths so that the deflection directions of the two illumination lights 701A and 701B can be adjusted. And two lens groups 118A and 118B arranged in respective optical paths so as to focus the two illumination lights 701A and 701B on the sample 1, respectively, and having two wavelengths different from each other. The surface of the sample 1 can be illuminated simultaneously with illumination light.

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。   FIG. 2B shows a second configuration example of the dark field illumination unit 101. In FIG. 2B, the illumination light 701 emitted from the illumination light source 112 is divided into two illumination lights 701A and 701B by the half mirror 120 so that illumination with two different wavelengths can be performed, and the divided illumination light 701A, Each of 701B is converted into a different wavelength by using different nonlinear optical crystals 119A and 119B. The divided 701B may be guided to the nonlinear optical crystal 119B using a mirror 121 or the like as appropriate. The converted illumination lights 701A and 701B having different wavelengths illuminate the surface of the sample 1 using different optical filters 113A and 113B, wavelength plates 114A and 114B, and lens groups 118A and 118B, respectively. The surface of the sample 1 can be illuminated at the same time by wavelength illumination.

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。   FIG. 2C shows a third configuration example of the dark field illumination unit 101. In FIG. 2C, the illumination light 701 emitted from the illumination light source 112 is divided into two illumination lights 701A and 701B by the fiber 122 so that illumination with two different wavelengths can be performed, and the divided illumination lights 701A and 701B are divided. Each is converted into a different wavelength by using different nonlinear optical crystals 119A and 119B. The converted illumination lights 701A and 701B having different wavelengths illuminate the surface of the sample 1 using different optical filters 113A and 113B, wavelength plates 114A and 114B, and lens groups 118A and 118B, respectively. The surface of the sample 1 can be illuminated at the same time by wavelength illumination. Alternatively, a nonlinear fiber or a photonic crystal fiber may be used for the nonlinear optical crystals 119A and 119B and may be built in the fiber 122.

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。   FIG. 2D shows a fourth configuration example of the dark field illumination unit 101. In FIG. 2D, the illumination light 701 emitted from the illumination light source 112 capable of oscillating multiple wavelengths so that illumination with two different wavelengths can be performed is divided into two illumination lights 701A and 701B with different wavelengths by the dichroic mirror 123. is doing. The divided illumination lights 701A and 701B having different wavelengths illuminate the surface of the sample 1 using different optical filters 113A and 113B, wavelength plates 114A and 114B, and lens groups 118A and 118B, respectively. The surface of the sample 1 can be illuminated with wavelength illumination.

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。   FIG. 2E shows a fifth configuration example of the dark field illumination unit 101. FIG. 2 (e) illuminates the surface of the sample 1 using illumination light 701 emitted from an illumination light source 112 capable of oscillating multiple wavelengths so that illumination with two different wavelengths is possible, and a plurality of wavelengths different from each other. The surface of the sample 1 can be illuminated by illumination.

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。   FIG. 2F shows a sixth configuration example of the dark field illumination unit 101. In FIG. 2 (f), the illumination light 701 emitted from the illumination light source 112 is used for the nonlinear optical crystals 119A and 119B using the nonlinear optical crystal switching mechanism 124 so that illumination with two different wavelengths can be performed, and the illumination light 701 is different. The surface of the sample 1 can be illuminated with two different wavelength illuminations that can be converted into wavelengths.

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。
FIG. 2G shows a seventh configuration example of the dark field illumination unit 101. FIG. 2G shows the illumination light 701 emitted from the illumination light source 112 so that two different wavelengths can be illuminated, and the mirror 121A is switched by the optical path switching mechanism 125 to switch the optical path, and the illumination light 701A, By using different nonlinear optical crystals in 701B, the surface of the sample 1 can be illuminated with two different wavelength illuminations.
Note that either one of the nonlinear optical crystals 119A and 119B in FIGS. 2B, 2C, and 2G may not have a nonlinear optical crystal.

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。   The illumination light source 112 is a laser oscillator, a broadband white lamp, or a light emitting diode. The laser oscillator oscillates, for example, 405 nm, 455 nm, 488 nm, 532 nm visible light (400 nm-800 nm), 400 nm or less ultraviolet light, or 200 nm or less vacuum ultraviolet light. But it can be used. As these selection methods, if a continuous wave laser is used, it is cheap and stable, and a small device can be realized. The wavelength of the illumination light source 112 is not limited to the above wavelength. A long wavelength laser may be used as the illumination light source 112, and the surface of the sample 1 may be irradiated with the short wavelength illumination light 701 after being converted into a second harmonic, a third harmonic, a fourth harmonic, or the like using a nonlinear optical crystal 119. . Further, a laser capable of multi-wavelength oscillation may be used. To detect defects on or near the sample surface, the surface of the sample 1 is irradiated with a short wavelength ultraviolet laser, vacuum ultraviolet laser, or visible short wavelength blue laser to detect defects or crystal defects inside the sample. For this purpose, it is preferable to irradiate the surface of the sample 1 with a visible laser or an infrared laser.

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。   When sensitivity for detecting defects on the surface of the sample 1 or near the surface of the sample 1 is required, ultraviolet light is used. In this case, the objective lens 105, the vacuum sealing window 107, the half mirror 108, and the imaging optical system 110 are made of synthetic quartz or the like. An ultraviolet region compatible optical element or a reflective optical element may be used. If further sensitivity is required, vacuum ultraviolet light is used. In that case, the objective lens 105, the vacuum sealing window 107, the half mirror 108, and the imaging optical system 110 are optical elements corresponding to the vacuum ultraviolet region such as fused silica or reflective optics. Further, the entire optical path in the optical microscope 6 is installed in a vacuum or in, for example, a nitrogen gas atmosphere in order to prevent vacuum ultraviolet rays from being absorbed along with propagation. Since the purpose is to propagate vacuum ultraviolet rays, the gas to be filled is not limited to nitrogen.

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。   When the sample 1 is a mirror wafer, P-polarized laser light is used for irradiation of the sample 1, and S-polarized laser light is used when the surface of the sample 1 is covered with a metal thin film. P-polarized light or S-polarized linearly polarized light is used for more efficiently observing scattered light and realizing observation with good S / N. That is, when observing a specular wafer, P-polarized illumination is suitable because S-polarized light has poor scattering ability and the amount of absolute scattered light decreases, resulting in poor efficiency. On the other hand, when observing a metal thin film, etc. If the P-polarized illumination is used, the scattered light from the substrate becomes strong, and minute defects or minute foreign objects cannot be observed, so that the S-polarized illumination is suitable.

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。   In order to suppress scattered light from the substrate, it is desirable to illuminate the substrate surface at a low elevation angle of about 10 °. The mirror 104 has a mechanism (not shown) that moves together with the objective lens 105 so that the field of the objective lens 105 can be illuminated even when the objective lens 105 moves up and down. Alternatively, the mirror 104 may be a mechanism (not shown) that is independently movable so that the illumination position in the field of view of the objective lens 105 can be changed.

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。   FIG. 3 shows a configuration example of the optical height detectors 5 and 7. The optical height detectors 5 and 7 include a light source 150 that emits height measurement light, a condensing lens 151 that condenses the height measurement light emitted from the illumination 150, and light collected by the condensing lens 151. The slit 152 illuminated by 1, the image of the light transmitted through the slit 152 as the height measurement light (image of the slit 152) is imaged on the surface of the sample 1, and the height measurement light reflected by the sample 1 And a detector 155 that detects the height measurement light collected by the condenser lens 154 and converts it into an electrical signal. Information on the height measurement light converted into an electrical signal by the detector 155 is sent to the control system 10 to calculate the height. As the detector 155, a two-dimensional CCD or a line sensor, a 2-division or 4-division position sensor is used.

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。   FIG. 4 shows a configuration example of the optical microscope 6. The optical microscope 6 includes a dark-field illumination unit 101, epi-illumination mirrors 102A and 102B, mirrors 104A and 104B, a sample for irradiating the same spot on the surface of the sample 1 with two lights having different wavelengths emitted from the dark-field illumination unit. The objective lens 105 that collects the light from 1, the height control mechanism 9 (not shown) that adjusts the height of the objective lens, the bright field illumination unit 126 for bright field observation of the sample 1, and the objective lens An imaging optical system 110 that collects the collected light, image sensors 111A and 111B that acquire the collected light, an image processing unit 133 that processes an image acquired by the image sensor 111, and an image acquired by the image sensor 111 The image display unit 134 for displaying the image and the image storage unit 135 for storing the image acquired by the image sensor 111 are appropriately used. The arrangement of the imaging element 111 may be a conjugate position with the sample surface or a conjugate position with the pupil plane of the objective lens.

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。   The imaging optical system 110 connects lenses 131A and 131B that extract the pupil plane 302C of the objective lens 105, a dichroic mirror 132 that splits the wavelength of the light beam, and images of the branched sample 1 having different wavelengths onto the image sensors 111A and 111B, respectively. The image forming lenses 130A and 130B to be imaged and the spatial distribution optical elements 201A and 201B inserted into the pupil surfaces 302A and 302B of the objective lens taken out by the branched lenses 131A and 131B having different wavelengths are appropriately used. The dichroic mirror 132 may branch the light beam by taking it in and out of the optical axis of the imaging optical system, or may branch the light beam using a mirror for the dichroic mirror.

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。   As a method of splitting the light beam, there are a polarization branching unit based on a difference in polarization direction, a wavelength branching unit based on a difference in light wavelength, and a spatial branching unit based on a difference in spatial location.

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。   In this embodiment, a plurality of spatial distribution optical elements having different characteristics are held by the spatial distribution optical element holder as the spatial distribution optical elements 201A and 201B (in the example shown in FIG. 5A, the presence or absence of the spatial distribution optical element 201E). In the example shown in FIG. 5B, four types (201A to 201D) of switchable spatial distribution optical element holders 136A and 136B are inserted into the pupil planes 302A and 302B. Further, the spatial distribution optical element 114 may not be disposed on the optical axis 301 of the imaging optical system 110.

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。   The height control mechanism 9 (not shown) is connected to the control system 10 (not shown), and the image sensors 111A and 111B are connected to the image processing unit 133.

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。   The lenses 131A and 131B are used to draw out the pupil plane 302C of the objective lens 105 to the outside and form it inside the imaging optical system 110, and drive the spatial distribution optical element holders 136A and 136B to The spatial distribution optical element 201 selected from among the plurality of spatial distribution optical elements 201A to 201D held by the spatial distribution optical element holders 136A and 136B is inserted on the pupil planes 302A and 302B taken out inside.

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。   In this embodiment, the lenses 131A and 131B and the imaging lens 130 are a set of three, and the image of the sample 1 is formed on the detection surfaces of the imaging elements 111A and 111B, respectively. In this embodiment, the imaging optical system 110 uses two lenses 131, but one lens 131 may be used and can be selected as appropriate.

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。   In this embodiment, the bright-field illumination unit 126 illuminates the light captured by the condensing lens 127 on the surface of the sample 1 and the condensing lens 127 that captures light emitted from the bright-field light source 128. A half mirror 129 used for the above is used as appropriate. The ratio of reflection and transmission of the half mirror 129 may be arbitrary. However, when the light intensity of the bright field light source 128 is sufficiently ensured, it is desirable that the scattered light from the defect be guided to the imaging optical system 110 and the image sensor 111, and the bright field illumination unit is movable. If not used, the optical axis 301 may be removed.

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。   The bright field light source 128 can be a lamp or a laser. In the case of using a laser, the condensing lens 127 is not necessary, and by replacing the half mirror 129 with a dichroic mirror, illumination can be brightened and more scattered light can be guided to the image sensor 111. Alternatively, when performing dark field observation, a mechanism (not shown) for removing the half mirror 129 from the optical axis 301 of the imaging optical system 110 and the objective lens 105 may be provided. In that case, there is an advantage that more scattered light can be guided to the image sensor 111.

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。   FIG. 5A shows a mechanism for switching the presence / absence of the spatial distribution optical element 201 by moving the spatial distribution optical element 201 inserted into the pupil planes 302A and 302B of the objective lens 105 on and off the optical axis 301 of the detection optical system. is there. This is a mechanism for sliding the spatial distribution optical element holder 136 </ b> A so that the spatial distribution optical element 201 </ b> E is taken in and out of the optical axis of the imaging optical system 110. Although FIG. 5A shows the case where there is one spatial distribution optical element 201E, a plurality of spatial distribution optical elements 201 may be provided.

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。   FIG. 5B shows a mechanism for switching the spatial distribution optical elements 201A to 202D inserted in the pupil planes 302A and 302B of the objective lens 105 on the optical axis 301 of the imaging optical system 110. The switching mechanism includes a spatial distribution optical element holder 136B in which a plurality of spatial distribution optical elements 201A to 201D having different characteristics are arranged, and a rotation driving unit 137 for rotating the spatial distribution optical element holder 136B. The spatial distribution optical element holder 136B is a mechanism for switching to any one of the plurality of spatial distribution optical elements 201A to 201D in accordance with the type of minute defect to be detected. Here, the case where there are four spatial distribution optical elements is shown, but the present invention is not limited to this, and a necessary number of elements can be appropriately applied.

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。   The spatial distribution optical element holder shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b) is a spatial distribution optical element in order to avoid disturbing an acquired image when performing bright field observation or not using the spatial distribution optical element. The position of the holder 136 is set at a place where the spatial distribution optical element 201 is not installed and observed. Or it switches to the place where the parallel flat glass of the same thickness as the spatial distribution optical element 201 was installed in the spatial distribution optical element holder 136. The reason why the parallel flat glass having the same thickness as that of the spatial distribution optical element 201 is installed is to avoid that the optical path length changes when the spatial distribution optical element 201 is removed and the image of the sample 1 is not formed on the imaging element 111. It is. Alternatively, a mechanism for adjusting the position of the imaging lens 130 or the imaging element 111 that forms an image and forming an image on the imaging element 111 without using parallel flat glass may be used.

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。
Next, the spatial distribution optical element 201 will be described with reference to FIGS.
First, the scattered light simulation and terms required in an example of a method for determining the spatial distribution optical element 201 will be described with reference to FIGS. In the scattered light simulation, the sample 1 is illuminated with a laser as the illumination light 312 obliquely from above, and the light scattered from the minute foreign matter or minute defect placed on the sample 1 is the optical closest to the sample 1 of the imaging optical system. The intensity distribution and polarization distribution of scattered light on the surface closest to the sample 1 of the element (pupil plane 302) is calculated.

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。
The specularly reflected light on the surface of the sample 1 of the illumination light 312 in FIG. A surface that is perpendicular to the sample 1 and includes the illumination light 312 is an incident surface 315.
FIG. 6B shows the intensity distribution in the pupil plane 302. An axis 307 in the intensity distribution indicates an axis in which the illumination incident surface 315 is made to correspond to the pupil plane 302. An arrow 312 indicates the incident direction of the illumination light, and an arrow 313 indicates the regular reflection direction of the illumination light. An axis 314 in the intensity distribution indicates an axis in which a plane perpendicular to the sample 1 and perpendicular to the incident surface 307 is associated with the pupil plane 302. Scattering of the region 317 on the illumination light 312 side divided on the pupil plane 302 by the axis 314 is called backscattering, and scattering of the region 316 on the specularly reflected light 313 side divided on the pupil plane 302 by the axis 314 is called forward scattering.
FIG. 6C shows an example of the polarization direction of light on the pupil plane 302. Here, light that vibrates in a direction parallel to the incident surface is X-polarized light 318, light that vibrates in the direction perpendicular to the X-polarized light is Y-polarized light 319, light that vibrates in the radial direction on the pupil plane 302 is radial polarized light 320, and pupil plane The light oscillating concentrically on 302 is referred to as azimuth polarized light 312.

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。   FIG. 7A shows the distribution pNp (r, θ) and azimuth polarized light (S polarized light) component of the radial polarized light (P polarized light) component of the scattered light from the irregularities on the substrate surface, calculated using the scattered light simulation. The distribution pNs (r, θ), the X-polarization distribution pNx (r, θ), and the Y-polarization distribution pNy (r, θ) are shown in FIG. 7B. The radial polarization (P-polarization) of the scattered light from the defect is shown in FIG. A component distribution pSp (r, θ), an azimuth polarization (S polarization) component distribution pSs (r, θ), an X polarization distribution pSx (r, θ), and a Y polarization distribution pSy (r, θ) are shown. These distributions are obtained by using the Stokes vectors obtained by obtaining the Stokes vectors of scattered light from minute irregularities on the surface of the substrate and the Stokes vectors of scattered light from foreign matter to be detected with high sensitivity by the scattered light simulation. It is done. In addition, the polarization | polarized-light to obtain | require is not restricted to these, The linearly polarized light in which the angle of polarization inclined in the range of (pi) to-(pi) may be sufficient, and elliptical (circle) polarized light may be sufficient.

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。   FIG. 7A shows the intensity distribution pNp of the radially polarized light, the intensity distribution pNs of the azimuth polarized light, the intensity distribution pNx of the X polarized light, and the intensity distribution pNy of the Y polarized light of the scattered light (illumination wavelength 405 nm) from the minute irregularities on the substrate surface. . FIG. 7B shows a radial polarization intensity distribution pSp of scattered light from a spherical foreign substance having a diameter of 18 nm, an azimuth polarization intensity distribution pSs, an X polarization intensity distribution pSx, and a Y polarization intensity distribution pSy. An axis 307 in the intensity distribution of each polarization indicates an axis in which the incident plane of illumination corresponds to the pupil plane 302. An arrow 312 indicates the incident direction of the illumination light, and an arrow 313 indicates the regular reflection direction of the illumination light.

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)。   In the intensity distribution of each polarized light in FIG. 7, the region 308 is a region where the scattered light intensity is strong, the region 309 is a region where the scattered light intensity is slightly strong, the region 310 is a region where the scattered light intensity is slightly weak, and the region 311 is the weak scattered light intensity. Although the regions are shown, these indicate the relative relationships of the intensities in the same distribution, and even in the same region between the distributions, they do not necessarily indicate the same intensity (for example, the region 308 of the intensity distribution of radial polarization). And the X-polarized light intensity distribution region 308 do not necessarily show the same intensity).

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。   According to the scattered light intensity distribution of each polarized light shown in FIG. 7A, scattered light from minute irregularities on the substrate surface is strong on the illumination incident 312 side (backscattering), and the backscattered polarized light is strong in radial polarization. I understand. Further, according to the scattered light intensity distribution of each polarized light shown in FIG. 7B, it can be understood that the scattered light from the minute foreign matter is almost isotropic and the radial polarized light is strong. Therefore, the ratio of the scattered light from the substrate surface to the scattered light from the foreign material can be increased by appropriately setting and arranging the polarizing filter based on these results, and a high S / N defect detection is possible. It becomes.

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。   FIGS. 8A and 8B show the scattered light intensity distribution of the scattered light from the defect calculated using the scattered light simulation. These distributions are obtained by a scattered light simulation. In addition, the polarization | polarized-light to obtain | require is not restricted to these, The linearly polarized light in which the angle of polarization inclined in the range of (pi) to-(pi) may be sufficient, and elliptical (circle) polarized light may be sufficient.

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。   FIG. 8A shows a scattered light intensity distribution fSA (r, θ) of scattered light from crystal defects. FIG. 8B shows a scattered light intensity distribution fSB (r, θ) of scattered light from a spherical defect having a diameter of 18 nm. An axis 307 in the intensity distribution of each polarization indicates an axis in which the incident plane of illumination corresponds to the pupil plane 302. An arrow 312 indicates the incident direction of the illumination light, and an arrow 313 indicates the regular reflection direction of the illumination light.

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)。   In the intensity distribution of each polarization in FIG. 8, the region 308 is a region where the scattered light intensity is strong, the region 309 is a region where the scattered light intensity is slightly strong, the region 310 is a region where the scattered light intensity is slightly weak, and the region 311 is the weak scattered light intensity. Although the regions are shown, these indicate the relative relationships of the intensities in the same distribution, and even in the same region between the distributions, they do not necessarily indicate the same intensity (for example, the regions in FIG. 8A). 308 and the region 308 in FIG. 8B do not necessarily show the same intensity).

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。
According to the scattered light intensity distribution shown in FIG. 8A, it is understood that the scattered light from the crystal defect is strong on the illumination incident 312 side (backscattering). Further, according to the scattered light intensity distribution shown in FIG. 8B, it can be seen that the scattered light from the minute foreign matter is almost isotropic. As described above, the intensity distribution of scattered light differs depending on the defect shape. Therefore, based on these results, by appropriately setting and arranging a polarizing filter, scattering from the substrate surface with respect to scattered light from foreign matter The light ratio can be increased, and a high S / N defect can be detected. The defects for which the scattered light intensity distribution is obtained are not limited to these, and may be a defect shape to be detected such as a polishing defect or a stacking fall. Further, not only the scattered light intensity distribution but also the intensity distribution for each polarization of each defect and the intensity distribution for each polarization component of the scattered light intensity from each defect as shown in FIG. The desired polarized light is not limited to these, and may be linearly polarized light whose polarization angle is in the range of π to −π, or may be elliptical (circular) polarized light.
Optical characteristics of various spatial distribution optical elements 201 to be described below or arrangement of phase shifters, inclination of slow axis and inclination of fast axis of wave plate, optical rotation direction by polarization direction control device constituting spatial distribution optical element 201 The determination method of the light shielding region in the spatial filter, the transmission polarization axis direction of the polarizer, the transmittance of the neutral density filter, the applied voltage to the liquid crystal element, the applied voltage to the magneto-optic modulator, the optical characteristics of the photonic crystal, etc. The determination is made based on the scattered light intensity distribution obtained by the scattered light simulation or actual measurement described with reference to FIGS.

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。
Next, a method for determining the optical characteristics of the spatial distribution optical element 201 and its effect will be described.
A method example for determining the polarization transmission axis distribution h (r, θ) and the effect of using the polarizer 231 will be described.
First, the scattered light intensity distribution fS (r, θ) from the minute defect or minute foreign matter to be detected with high sensitivity by the scattered light simulation, the radial polarization distribution pSp (r, θ) of the scattered light, and the S polarization distribution pSs ( r, θ), and the scattered light intensity distribution fN (r, θ) from the minute irregularities on the substrate surface, the P-polarized light distribution pNp (r, θ) and the S-polarized light distribution pNS (r, θ) of the scattered light. Ask.

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。   The polarization transmission axis direction distribution h (r, θ) of the spatial distribution optical element 201 is a polarization axis distribution that most blocks scattered light from minute irregularities on the substrate surface, that is, h (r) that minimizes the wrinkle of (Equation 1). , Θ), or a polarization axis distribution that most transmits scattered light from a minute defect or minute foreign matter, that is, h (r, θ) that maximizes Λ in (Equation 2), or scattered light from minute irregularities on the substrate surface. Is determined as h (r, θ) that maximizes Ω in (Equation 3).

Figure 2012026733
Figure 2012026733

Figure 2012026733
Figure 2012026733

Figure 2012026733

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。
Figure 2012026733

This is because the region on the pupil plane 302 is divided into a plurality of regions, and h (r, θ) in (Equation 1) or (Equation 2) in which the wrinkles in (Equation 1) are minimized in each divided region. H (r, θ) that maximizes Λ or h (r, θ) that maximizes Ω in (Equation 3) may be determined.

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。   Thus, the scattered light from the sample 1 can be suppressed by selecting the vibration direction of light, that is, the polarization direction. Therefore, by appropriately setting and arranging a polarizer on the pupil surface 302 or in the vicinity of the pupil surface 302, the ratio of the scattered light from the substrate surface to the scattered light from the foreign matter can be increased, and a high S / N ratio can be obtained. Defect detection is possible.

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。   FIGS. 9A and 9B show spatial distribution optical elements 201A and 201B in which the polarization transmission axis direction of the spatial distribution optical element 201 is uniform. FIG. 9A has a polarization transmission axis 327A in the Y direction, and transmits Y-polarized light. FIG. 9B has a polarization transmission axis 327B in the radial direction, and transmits the radially polarized light.

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。   FIGS. 9C and 9D show spatial distribution optical elements 201C and 201D in which the polarization transmission axis direction of the spatial distribution optical element 201 is distributed differently depending on the region.

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。   9E, 9F, 9G, and 9H, the polarization transmission axis direction of the spatial distribution optical element 201 divides the spatial distribution optical element into regions and is uniform in each of the divided regions. Spatial distribution optical elements 201E, 201F, 201G, and 201H having various polarization transmission axis directions are shown. In FIGS. 9F and 9H, the spatial distribution optical element 201 using the polarization transmission axis 327E parallel to the region into which the polarization transmission axis that transmits the radially polarized light is obtained in the approximately divided region is used. ing.

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。   The spatially-distributed polarizing element 201 in which the transmission polarization axis direction is distributed in the same plane is a combination of linear polarizers, a photonic crystal, a wire grid polarizer, a combination of a liquid crystal and a polarizer, or a magneto-optic modulator and a polarization. Realized by a combination of children. Here, the photonic crystal is an optical element having a fine structure having a refractive index different from that of the light wavelength, and the wire grid polarizer has optical anisotropy by periodically arranging conductive thin wires. Polarizing element.

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。
The method for determining the optical rotation angle η (θ) of the optical rotator that controls the polarization direction of the scattered light and the effect of using the optical rotator will be described.
FIGS. 10A, 10B, and 10C show examples of effects obtained by controlling the polarization direction of scattered light. A point 326 in FIG. 10 indicates a point projected on the optical axis pupil image of the imaging optical system. A point 322 indicates an arbitrary point A on the pupil plane 302, and a point 323 indicates an arbitrary point B that is the same distance as the distance from the point 326 to the point 322 on the pupil plane. An arrow 324 indicates the vibration direction of light at a certain point 322, and an arrow 325 indicates the vibration direction of light at a certain point 323, respectively. The image on the pupil plane 302 can be Fourier transformed to obtain a sample image. When the image on the pupil plane 302 is Fourier-transformed, the light on the points 322 and 323 is superimposed. FIG. 10A shows the vibration direction of light at certain points A and B on the pupil plane 302 of the scattered light at a certain moment. The light vibration direction 324A and the point B at any point A are shown in FIG. The light vibration directions 325A are in different directions. FIG. 10B shows the vibration of light by inserting an optical rotator so that the vibration direction 324A of the light at a certain point 322 and the vibration direction 325A of the light at a certain point 323 are the same. As an example in which the direction is controlled, FIG. 10C shows that the vibration direction 324A of light at a certain point 322 and the vibration direction 325A of light at a certain point 323 are 180 degrees different from each other. An example in which an optical rotator is inserted and the vibration direction of light is controlled is shown. When the pupil image 302 shown in FIG. 10B is Fourier-transformed, the light in the vibration direction 324B of light at a certain point 322 and the light in the vibration direction 325B of light at a certain point 323 are superimposed. As a result, the strengthening peak intensity increases. On the other hand, when the pupil image 302 shown in FIG. 10C is Fourier-transformed, the light in the vibration direction 324B of the light at a certain point 322 and the light in the vibration direction 325B of the light at a certain point 323 are Overlapping each other cancels each other and weakens each other.

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。   The optical rotation angle η (θ) of the optical rotator is an optical rotation angle η at which light oscillating in the h (r, θ) direction cancels out by superimposing h (r, θ) that minimizes the wrinkles in (Equation 1). The angle of rotation η (θ) or (number) in which the light oscillating in the h (r, θ) direction is strengthened by superimposing h (r, θ) that maximizes Λ in (θ) or (Equation 2). The rotation angle η (θ) at which the light oscillating in the h (r, θ) direction is strengthened may be determined by superimposing h (r, θ) that maximizes Ω in 3). This is because the region on the pupil plane 302 is divided into a plurality of regions, and h (r, θ) that minimizes the wrinkles in (Equation 1) is superimposed on each of the divided regions. Vibration in the h (r, θ) direction by superimposing the optical rotation angle η (θ) that cancels light oscillating in the (r, θ) direction, or h (r, θ) that maximizes Λ in (Equation 2) Rotating angle η (θ) where the light to be strengthened or h (r, θ) that maximizes Ω in (Equation 3) is superposed so that the light oscillating in the h (r, θ) direction is strengthened Each η (θ) may be determined.

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。   In this way, by changing the vibration direction of light, that is, the polarization direction, the scattered light from the sample 1 can be suppressed or the scattered light from the defect can be amplified. Therefore, by appropriately setting and arranging an optical rotator on or near the pupil plane 302, the ratio of the scattered light from the substrate surface to the scattered light from the foreign matter can be increased, and a high S / N ratio can be obtained. Defect detection is possible.

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。
Next, an example of the effect when a half-wave plate is used for the configuration of the spatial distribution optical element 201 will be described taking radial polarization as an example.
FIG. 11 is a diagram for explaining the change in polarization when the half-wave plate 203 is applied near the pupil plane 302. By controlling the electric field vector with the half-wave plate 203 in the configuration of the spatial distribution optical element 201, the scattered light from the sample is suppressed, and the scattered light from the defect or foreign matter desired to be detected is strengthened from the sample. The ratio of the scattered light intensity of the defect or foreign matter to the scattered light intensity of can be increased.

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。   As a specific example, the half-wave plate 203 is applied to the radial polarization 331A on the pupil plane 302. In FIG. 11, reference numeral 203 denotes a half-wave plate, arrow 303 denotes a slow axis of the half-wave plate 203, and arrow 304 denotes a fast axis of the half-wave plate 203. As shown in FIG. 7 (b), the scattered light from the minute foreign matter is close to radial polarization. Therefore, in the direction symmetrical to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane, the oscillation direction of the electric field vector. Are opposed to each other, and strength reduction may occur due to superposition. This is an example in which a half-wave plate 203 is applied in order to suppress this strength reduction. With respect to the electric field vector 329A inclined at an angle 328 with respect to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane, the half-wave plate 203 in the state 203A is set to 1 at an angle 328 with respect to the X axis. By arranging the half-wave plate 203B with the angle 330 phase axis 303 of / 2 inclined, the electric field vector 329B parallel to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane can be obtained. . Thus, by arranging the spatial distribution optical element 201 using a half-wave plate in the pupil plane 302 or in the vicinity of the pupil plane, the illumination optical axis of illumination is symmetrical with respect to the axis 393 corresponding to the pupil plane. The direction of vibration of the electric field vector in a certain direction is parallel, the polarization on the pupil plane is 331B, and the peak intensity of scattered light due to superposition can be increased.

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。
Further, before using the polarizer or optical rotator, the effect of the optical rotator or polarizer can be enhanced by converting elliptically or circularly polarized light into linearly polarized light using a phaser.
As a specific example, FIG. 12 shows an application example of the quarter-wave plate 204 for the elliptically polarized light 331 on an arbitrary pupil plane. In FIG. 12, 204 indicates a quarter wavelength plate, arrow 303 indicates a slow axis of the quarter wavelength plate 204, and arrow 304 indicates a fast axis of the quarter wavelength plate 203, respectively. The quarter wavelength plate 204A is tilted at an angle of 332 with respect to the axis 307 corresponding to the entrance plane of illumination light corresponding to the pupil plane 307, the long axis of the elliptically polarized light 329C and the slow axis of the short axis of the elliptically polarized light 329C. The elliptical polarized light 329C can be changed to the linearly polarized light 329D by inclining the quarter wavelength plate 204A at an angle 332 and arranging the quarter wavelength plate 204B so that 303 matches. The linearly polarized light converted from the elliptically polarized light is selectively transmitted by the polarizer of the spatial distribution optical element 201, or the polarization direction of the linearly polarized light converted from the elliptically polarized light is controlled by the optical rotator of the spatial distribution optical element 201. It is possible to suppress a decrease in the amount of scattered light from the defect or foreign matter caused by the distributed optical element 201.

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。
Next, an example of the effect when using liquid crystal in the configuration of the spatial distribution optical element 201 will be described.
First, an example in which a polarization direction control device 205 using liquid crystal instead of the half-wave plate 203 in FIG. 11 and the quarter-wave plate 204 in FIG. 12 is arranged will be described with reference to FIGS. By controlling the voltage applied to the liquid crystal or the direction of rubbing applied to the alignment film, a precise polarization direction control that cannot be realized by the half-wave plate 203 or the quarter-wave plate 204 using a crystal of crystal. Is possible. Alternatively, a plurality of polarization direction control devices 205 may be arranged two-dimensionally to form one spatial distribution optical element 201. At that time, the plurality of polarization direction control devices 205 constituting the spatial distribution optical element 201 can respectively control the optical rotation angle, and can adjust the optical rotation angle in time according to the scattered light distribution.

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。   FIG. 13A shows a spatial distribution optical element 201 using a polarization direction control device 205A configured by appropriately using the liquid crystal 215, the alignment films 216 and 217, and the electrodes 218A and 218B sandwiched between the outermost layers 214A and 214B. An example is shown, and the arrangement of liquid crystal molecules in the liquid crystal 215 is controlled by applying a voltage between the electrodes 218A-218B to control the polarization direction.

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。   FIG. 14A is a diagram for explaining the change of the electric field vector by the polarization direction control 205, and the electric field vector 334 at an arbitrary point at an arbitrary point 333 is changed to an electric field vector 335 using the polarization direction control device 205. Here, an angle difference 336 between the electric field vector 334 and the electric field vector 335 is defined as an optical rotation angle.

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。
Here, the liquid crystal is an intermediate state between the liquid and the crystal, and is a crystal having both the fluidity of the liquid and the anisotropy of the crystal, and the liquid crystal has no chirality with the optical rotatory liquid crystal having the chirality. There is a liquid crystal without optical rotation.
In the case of a liquid crystal having chirality, the liquid crystal molecules 219A in contact with the substrate as illustrated in FIG. The direction of rotation is determined by the chirality of the liquid crystal. When light is transmitted through the liquid crystal 215A, the polarization direction of the light rotates in accordance with the liquid crystal molecules 220 and the polarization state can be changed.

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。   When a voltage is applied to the liquid crystal 215A having this chirality by using the power source 221, the liquid crystal molecules arranged in the horizontal state rise up vertically to become like 215B, and as the liquid crystal molecules rise, the optical rotation is lost, and the liquid crystal 215B has an optical rotation. There is no. The polarization direction can be changed by controlling the rising angle of the liquid crystal molecules according to the magnitude of the applied voltage.

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。   In addition, when there are liquid crystal molecules in the middle between the state parallel to the alignment film and the state perpendicular to the alignment film, the scattered light that has passed through the liquid crystal can be elliptically polarized light instead of linearly polarized light. By combining with a four-wave plate, the light that has been elliptically polarized by the liquid crystal may be converted to linearly polarized light. In addition, when optical rotation is unnecessary, such as during bright field observation, ON or OFF of optical rotation can be easily selected by applying or not applying voltage.

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。   FIG. 13B shows a spatial distribution optical system using a polarization controller 205B using a liquid crystal that rubs the alignment film 214A, controls the alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal 215 by applying a voltage, and controls the polarization direction. 5 is a diagram showing an example of an element 201. FIG.

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。   When there is no applied voltage, the liquid crystal 215 is aligned along the rubbing direction of the alignment film 214A, and the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 215 is parallel between the alignment film 216 and the outermost layer 214B without rotating. When a voltage is applied between the electrodes 218A and 218B, the liquid crystal molecules in the vicinity of the electrodes rotate in the plane, but the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment film 216 are aligned along the rubbing direction. When the liquid crystal 215 is rotated and light is transmitted through the liquid crystal 215 in this state, the polarization direction of the liquid crystal molecules and thus the polarization direction of the light is rotated, and the polarization state can be changed. The polarization direction can be changed by controlling the rotation angle of the liquid crystal molecules in the plane parallel to the alignment film 216 by the magnitude of the applied voltage. When the scattered light that has passed through the liquid crystal can be elliptically polarized light instead of linearly polarized light, the light that has been elliptically polarized by the liquid crystal may be made linearly polarized light in combination with a quarter-wave plate. In addition, when optical rotation is unnecessary, such as during bright field observation, ON or OFF of optical rotation can be easily selected by applying or not applying voltage.

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。   FIG. 13C shows a polarization direction control using a liquid crystal that controls the polarization direction by controlling the alignment of the liquid crystal molecules in the liquid crystal 215 according to the rubbing direction of one or both of the alignment films 216 and 217. It is a figure which shows an example of the spatial distribution optical element 201 using the apparatus 205B.

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。   In FIGS. 13B and 13C, by selecting the rubbing direction, it is possible to create a distributed wavelength plate that can realize a polarization state desired to be obtained precisely. Here, the rubbing direction is a direction direction of rubbing treatment in which the alignment film is rubbed with a cloth wound around a roller, and liquid crystal molecules are arranged in parallel with the rubbing direction.

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。   Next, FIG. 15 shows a liquid crystal 215 of a polarization direction control device using a chiral liquid crystal capable of controlling an optical rotation angle by using an electrode. A plurality of electrodes for applying a voltage to the liquid crystal 215 are used, and the voltage to be applied is controlled at each location of the liquid crystal 215 in accordance with the desired polarization. FIGS. 15A and 15B show an example in which a single liquid crystal 215a having optical rotation and no division is used. When the liquid crystal 215 is not divided, the thickness of the liquid crystal 215 is determined so that an optical rotation angle in the range of 2π to 0 or 0 to −2π is obtained.

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。   An example of the voltage applied to the liquid crystal is that the scattered light from the minute foreign matter is close to radial polarization, and therefore, in the direction symmetric with respect to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane, the oscillation direction of the electric field vector Since the intensity may decrease due to overlapping, the voltage applied to each electrode may be different so that the polarization direction can be obtained by adjusting the direction of the electric field vector to suppress the decrease in the peak intensity of scattered light from foreign matter. To do. Alternatively, the voltage of each electrode is controlled so as to obtain a polarization direction that weakens scattered light on the sample surface. As a result, the ratio of the peak intensity of the scattered light from the foreign material to the peak intensity of the scattered light on the sample surface can be increased.

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。   Further, the liquid crystal 215 can be divided into several parts, a voltage is applied to each of the divided liquid crystals, the direction of liquid crystal molecules in the liquid crystal can be controlled, and the optical rotation direction can be controlled. FIG. 15C shows an example in which the liquid crystal is divided into two at an angle. The ranges of the optical rotation controllable angles of the two-divided liquid crystals 215b and 215c in FIG. 15C may be π to 0 and 0 to −π, respectively. FIG. 15D shows an example in which the liquid crystal 215 is divided into four at an angle. The maximum value and combination of the optical rotation controllable angles of the liquid crystal 215 are determined according to the number of divisions. By dividing, it is possible to control each divided area, so that the optical rotation angle can be controlled more precisely as a whole. The number of divisions and the division method are not limited to this, and can be set as appropriate according to the scattered light distribution.

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。   Further, the liquid crystal 215 is not limited to a single layer, and may be used by being stacked on a plurality of layers. When a plurality of layers are stacked, a voltage may be applied to each layer, or a voltage may be applied together. FIGS. 15E, 15 </ b> F, and 15 </ b> G are examples showing a case where a liquid crystal that is divided into two by an angle and stacked in two layers is used. FIG. 15E shows a division method. FIG. 15E shows the upper liquid crystal, and FIG. 15F shows the lower liquid crystal. In this example, the upper liquid crystals 215i and 215h are liquid crystals having a positive optical rotation 337d, and the lower liquid crystals 215k and 215j are liquid crystals having a negative optical rotation 337e. In both the upper layer and the lower layer, the incident optical axis of illumination is divided into two with respect to the axis 307 corresponding to the pupil plane, and different voltages can be applied to the liquid crystals 215i, 215h, 215k, and 215j. For example, the optical rotation in the positive direction is made upward in FIG. 15C with respect to the axis 307 in which the incident optical axis of illumination corresponds to the pupil plane, and the incident optical axis of illumination corresponds to the pupil plane. When it is desired to obtain the optical rotation in the negative direction on the lower side in FIG. 15C with respect to the axis 307, it is sufficient to apply a voltage to the liquid crystals 215i and 215j and not apply a voltage to the liquid crystals 215h and 215k. By superposing liquid crystals in a plurality of layers, it becomes possible to control the optical rotation angle more precisely.

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。   Here, since the liquid crystal 215 of the polarization control device of FIG. 15A uses a liquid crystal having optical rotation, the alignment films 216 and 217 of the polarization control device of FIG. Or an alignment film without rubbing is used for either of them.

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。   FIG. 16 shows an example in which radial polarization is converted to X polarization using a polarization control device using liquid crystal having no optical rotation and having a thickness adjusted to have a function of a quarter-wave plate. Show. Since the scattered light of minute foreign matter is close to radial polarization, the direction of vibration of the electric field is opposite in the direction symmetric with respect to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane, and the intensity is reduced by superposition. In order to suppress this, a liquid crystal having no optical rotation 337 is used. In the case of this polarization control device, when no voltage is applied to the liquid crystal 215m, the optical rotation direction can be changed from radial polarization to X polarization, while when the voltage is applied, the optical rotation direction can be controlled. If exceeded, the optical rotation will be lost. Here, the lower alignment film 217b is rubbed so as to obtain the desired optical rotation angle, and the upper alignment film 216b is used without being rubbed.

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。
Next, a polarization control device using liquid crystal that is selected for an optical rotation angle at which no voltage is applied to the liquid crystal and the rubbing direction to the alignment film is desired will be described with reference to FIG. In the liquid crystal without chirality, liquid crystal molecules are aligned along the rubbing direction of the upper alignment film 216 and the lower alignment film 217. FIG. 17A shows how liquid crystal molecules are arranged when the rubbing direction of the lower alignment film 217 and the rubbing direction of the upper alignment film 216 are different by π / 2. In the case of the alignment film arrangement shown in FIG. 17A, liquid crystal molecules are aligned along the alignment film, and an optical rotation angle of π / 2 is obtained.
Accordingly, the polarization controller by selecting the rubbing direction of the upper alignment film 216 and the rubbing direction of the lower alignment film 217 is a half-wave plate having a spatially different distribution of the slow axis direction and the fast axis direction. It is possible to realize a more precise polarization control device than the realization of.

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。
17 (b), (c), (d), (e), (f), (g), and (h) are directions of polarization for obtaining the rubbing directions of the upper alignment film 216 and the lower alignment film 217. It is a figure which shows the example of the polarization direction control apparatus performed according to. 17 (c) and 17 (d) show the rubbing direction of the alignment film when the radial polarization shown in FIG. 17 (b) is converted into X polarization (FIG. 17 (g)) and Y polarization (FIG. 17 (h)). Also shown in FIGS. 17 (e) and (f).
Here, the control of the polarization direction by the rubbing direction will be described with reference to FIG. Since the scattered light of minute foreign matter is close to radial polarization, the direction of vibration of the electric field is opposite in the direction symmetric with respect to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane, and the intensity is reduced by superposition. In order to suppress this, an example of a polarization control device using liquid crystal having no optical rotation 337 is shown. The rubbing direction of the alignment films 216 and 217 is determined so as to be equal to the optical rotation angle at which an inclination difference between the rubbing directions of the alignment films 216 and 217 is desired at an arbitrary point on or near the pupil plane. An electric field vector 339A at an arbitrary time at an arbitrary point 338A is changed into an electric field vector 339B using the polarization direction controller 205. At points 338A and 338B, the angle difference in the rubbing direction between the alignment films 216A and 217A is π / 4. Therefore, the electric field vector 340A changes its π / 4 polarization direction, and X-polarized linearly polarized light 340B is obtained. In FIGS. 17D, 17E, and 17F, the polarization direction is controlled by the rubbing direction in the same procedure.

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。
Next, an example of an effect when the polarization control device using the magneto-optical effect is used for the configuration of the spatial distribution optical element 201 will be described.
18A shows a spatial distribution in which a polarization direction control device using a transparent magnetic material using a magneto-optic effect is arranged instead of the half-wave plate 203 in FIG. 11 and the quarter-wave plate 204 in FIG. An example of the optical element 201 is shown. In this example, the polarization direction is controlled using Faraday rotation by controlling the magnetization direction of the transparent magnetic body 222 sandwiched between the transparent substrates 223 and 224. A plurality of polarization direction control devices 205 using a magneto-optic modulator may be arranged two-dimensionally to form one spatial distribution optical element 201. At that time, the plurality of polarization direction control devices 205 constituting the spatial distribution optical element 201 can control the optical rotation angle in accordance with the scattered light distribution by controlling the optical rotation angle respectively.

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。   FIGS. 18B and 18C show an example using a transparent magnetic material obtained by dividing the incident optical axis of illumination symmetrically with respect to an axis 307 corresponding to the pupil plane. By magnetizing the transparent magnetic bodies 222A and 222b arranged symmetrically with respect to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane, the incident optical axis of the illumination on the pupil plane 112 is magnetized. A symmetrical optical rotation angle 339 can be obtained with respect to the corresponding axis 307. The direction of vibration of the electric field vector in a direction symmetric with respect to the axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane opposes, and when the scattered light is superimposed, the intensity of Y-polarized light in the scattered light of the defect decreases. Although it occurs, it is possible to suppress a decrease in the peak intensity of the scattered light by selecting the magnetization direction so that the direction of the electric field vector is aligned in one direction by the polarization direction control device using the magneto-optical effect. The direction of magnetization need not be parallel to the pupil plane. Moreover, the division | segmentation number of a transparent magnetic body may be single or plural. Furthermore, the number of layers of the transparent magnetic material is not limited to a single layer, and a plurality of layers may be used in an overlapping manner.

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。   The magnetization direction is controlled by applying an external magnetic field, applying stress to the crystal by a piezoelectric actuator, or applying an electric field, applying an external magnetic field, and applying stress to the crystal by a piezoelectric actuator. When optical rotation is not required, such as during bright field observation, optical rotation can be easily removed by applying no stress, no electric field, or no external magnetic field.

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。   The polarization direction of the scattered light from the foreign matter is substantially equal to the vibration direction and the intensity with respect to the axis 307 corresponding to the illumination incident surface on the pupil plane 302, so that the illumination incident optical axis corresponds to the pupil plane 302. When some of the light cancels each other by causing the light in the vibration direction symmetric with respect to the axis 307 to interfere, the scattered light from the foreign matter can be obtained by applying the phase shifter to the pupil plane 302 and the vicinity of the pupil plane 302. It becomes possible to increase the strength. In addition, a phase shifter can be applied to suppress the scattered light intensity from the substrate surface, or to suppress the scattered light intensity from the substrate surface and increase the scattered light intensity from the foreign matter.

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。   Here, the effect of the phase shifter will be described in more detail with reference to FIG. 19, taking radial polarized light as an example. As a result of the scattered light simulation, the scattered light of the minute foreign matter is close to the radial polarized light as shown in the radial polarization distribution of FIG. 7B. The strength is decreasing. A phase shifter was applied to radial polarized light for the purpose of suppressing the intensity drop.

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。   FIG. 19A shows a phase difference between a plane perpendicular to a substrate including an axis 307 in which the incident optical axis of illumination corresponds to the pupil plane in the vicinity of the pupil plane of the optical microscope or a plane on the pupil plane corresponding thereto. This is an application example of radial polarization when a phase shifter 202a for creating π is arranged. 19B, a phase shifter 202b that creates a phase difference π is arranged in the upper and lower regions in FIG. 19 with an axis 307 corresponding to the incident optical axis of the illumination on the pupil plane as a boundary near the pupil plane of the optical microscope. This is an example of application of radial polarization in the case of the above. In FIG. 19A, it is conceivable that the components in the Y direction of certain radial polarizations 341a and 341b cancel each other, and if the light of certain radial polarizations 341a and 341b interfere with each other, the peak of the scattered light intensity in the Y direction decreases. For this radially polarized scattered light, a phase shifter that creates a phase difference π in the upper and lower regions in FIG. 19 with an axis 307 in the vicinity of the pupil plane of the optical microscope associating the incident optical axis of illumination with the pupil plane. When arranged, the state becomes 341c and 341d, the components in the Y direction of 341c and 341d strengthen each other, and the peak can be increased.

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。   In FIG. 19B, it is conceivable that the components in the X direction of certain radial polarizations 341e and 341f cancel each other, and if the light of certain radial polarizations 341e and 341f interfere with each other, the peak of the scattered light intensity in the X direction decreases. In addition, a phase shifter that creates a phase difference π in the left and right regions in FIG. 19 with an axis 314 in the vicinity of the pupil plane of the optical microscope as the boundary between the illumination incident plane and the plane perpendicular to the sample surface on the pupil plane. When arranged, the state becomes 341g and 41h, and the components in the X direction of 341g and 341h strengthen each other, and the peak can be increased when they interfere with each other.

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。
Next, an effect of using the spatial filter and an example of a method for determining the light shielding region g (r, θ) of the spatial filter will be described.
As a spatial filter, the ratio of the amount of scattered light on the substrate surface and the amount of scattered light on the substrate surface is derived by scattered light simulation or actual measurement, the ratio is larger than a certain threshold value, and the scattered light from the defect or foreign material and the sample are transmitted. By shielding the area where the ratio of scattered light from the surface is smaller than a certain threshold, by removing the area where the ratio of the scattered light from the defect or foreign material and the scattered light from the sample surface is small, the defect or the entire pupil plane The ratio of the amount of scattered light from the foreign matter to the amount of scattered light from the sample can be increased.

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。

Figure 2012026733
As a method of determining the light shielding region g (r, θ) of the spatial filter, for example, there is a method of optimizing the light shielding region g (r, θ) so as to maximize the Ψ shown in (Equation 4).
Figure 2012026733

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。   Further, the region on the pupil plane 302 is divided into a plurality of regions, and in each of the divided regions, a region where the ratio of the scattered light from the sample to the scattered light from the foreign material is small is a light shielding region g (r, θ). May be determined.

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。   Thus, by appropriately setting and arranging the spatial filter, the ratio of the scattered light from the sample to the scattered light from the foreign material can be increased, and a high S / N defect can be detected. A spatial filter intended to remove diffracted light from the pattern may be used in the configuration of the spatial distribution optical element 201.

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。
FIG. 20 shows an example of the shape of the spatial filter. The example of the spatial filter shown in FIG. 20 is arranged on or near the pupil plane, and the black portion 342 is a light shielding portion and the white portion 343 is an opening portion, and indicates a light beam transmission portion.
FIG. 20A is an example of the spatial filters 225A to 225D in which a region where the scattered light intensity from the sample is strong is shielded for the purpose of increasing the ratio of the scattered light from the sample to the scattered light from the defect or foreign matter. FIG. 20B shows an example of the shape of the spatial filter 225 arranged near the pupil plane for the purpose of excluding scattered light resulting from the pattern. Here, an example in which nine small openings are provided in the central part (225E), an example in which a large opening is provided in the central part (225F), an example in which an intermediate opening is provided in the central part (225G), and two small openings. Although the example (225H) provided individually was shown, it is not restricted to this, You may provide an opening in a vertical or horizontal stripe in combination with these, and a numerical aperture, a shape, and a magnitude | size can be set suitably. Since the image on the pupil plane represents the angle component of the diffraction and scattered light of the object to be inspected, the diffraction of the object to be inspected and the scattered light are discarded by determining how many openings are provided at which position. Selection can be made.

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。   As the spatial filter 225, a light shielding mask, a combination of a liquid crystal and a polarizer, a combination of a magneto-optical modulator and a liquid crystal, or a MEMS may be used. A combination of liquid crystal and a polarizer, or a combination of a magneto-optic modulator and a polarizer, or a two-dimensional array shutter using MEMS may be able to control a light shielding region depending on the presence or absence of an applied voltage.

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。
FIG. 21 shows a configuration example of a spatial filter that can control the light shielding region.
FIG. 21A shows an example of the spatial filter 225 configured by a combination of the liquid crystal and the polarizer shown in FIG. In this configuration, an optical rotator using the liquid crystal shown in FIG. 13A is inserted between the polarizer 226 and the polarizer 227. The liquid crystal shown in FIG. 21 is a liquid crystal capable of obtaining an optical rotation angle of π / 2 when no voltage is applied. FIG. 21B is a diagram schematically illustrating a configuration example 228 in which the polarizer is arranged so that the polarization transmission axis of the polarizer 226 and the polarization transmission axis of the polarizer 227 are in the same direction. In the configuration example 228 in which the polarizer is arranged so that the polarization transmission axis of the polarizer 226 and the polarization transmission axis of the polarizer 227 are in the same direction, the light transmitted through the polarizer 227 when no voltage is applied between the electrodes 218A-218B. Is optically rotated by an optical rotation angle π / 2, so that it is shielded from light without passing through the polarizer 226. When a voltage is applied between the electrodes 218A-218B, the liquid crystal loses optical rotation and the light transmitted through the polarizer 227 does not rotate, so that it passes through the polarizer 226. Next, FIG. 21C schematically shows a configuration example 229 in which the polarizer is arranged so that the angle difference between the polarization transmission axis of the polarizer 226 and the polarization transmission axis of the polarizer 227 is π / 2. It is. In the configuration example 229 in which the polarizer is arranged so that the angle difference between the polarization transmission axis of the polarizer 226 and the polarization transmission axis of the polarizer 227 is π / 2, the voltage is not applied between the electrodes 218A-218B. Is transmitted through the polarizer 226 because the light transmitted through the optical axis is rotated by the optical rotation angle π / 2. When a voltage is applied between the electrodes 218A-218B, the liquid crystal loses optical rotation and the light transmitted through the polarizer 227 does not rotate, so that the light is blocked without passing through the polarizer 226. In this way, transmission and light shielding can be selected by turning the voltage on and off.

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。   The spatial filter 205 may be configured using an element capable of providing optical rotation, such as a liquid crystal or a magneto-optical modulator, between the polarizers. A plurality of spatial filters 205 may be arranged two-dimensionally to form one spatial distribution optical element 201. At that time, each of the plurality of spatial filters 205 constituting the spatial distribution optical element 201 can control the light shielding or transmission, and can control the light shielding region in a timely manner according to the scattered light distribution.

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。
Next, the effect of using a neutral density filter having a different transmittance for each region on or near the pupil surface will be described.
FIG. 22 shows an example of transmittance distribution when the neutral density filter 230 having different transmittance is used for each region on the pupil plane or in the vicinity of the pupil plane. FIG. 22 shows an example in which a neutral density filter having a transmittance proportional to the inverse of the intensity distribution of scattered light from the sample is used. The region 344 in FIG. 22 is a region with a high transmittance, the region 345 is a region with a slightly high transmittance, the region 346 is a region with a slightly low transmittance, the backscattering has a large amount of scattered light from the sample, and the region 347 has a transmittance. It is a low area.

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。   Next, the case where the neutral density filter 230 having the transmittance of the reciprocal of the scattered light from the sample is used on the pupil plane will be described. Scattered light from a defect or foreign material in the forward scattering region on the pupil plane is Sf, scattered light from the sample in the forward scattering region is Nf, scattered light from the defect or foreign material in the backscattering region is Sb, and from the sample in the backscattering region Nb is the scattered light from the sample, Ns is the scattered light from the sample in the side scattering region, and Ss is the scattered light from the defect or foreign material in the side scattering region.

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。

Figure 2012026733
When a neutral density filter having a transmittance that is the reciprocal of the scattered light from the sample is used, the scattered light from the defect or foreign matter is normalized by the scattered light from the sample in each region. The ratio S / N of the scattered light from the sample to the scattered light from the defect or foreign matter normalized by the scattered light from the sample is (Equation 5).
Figure 2012026733

(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。   From (Equation 5), when a neutral density filter having a transmittance proportional to the inverse of the intensity distribution of scattered light from the sample is used, the ratio of the scattered light from the sample to the scattered light from the defect or foreign matter should be increased. You can see that

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。
Further, the neutral density filter 230 having different transmittances for each region on the pupil plane or in the vicinity of the pupil plane is used to scatter from the sample with respect to scattered light from defects or foreign matters in each region on the divided pupil plane or in the vicinity of the pupil plane. A neutral density filter 230 having a transmittance proportional to the light ratio may be used.
Further, as the neutral density filter, a combination of a polarizer and a liquid crystal, or a combination of a polarizer and a magneto-optic modulator may be used. This uses the same configuration as the spatial filter described in FIG. 21, and the amount of light transmitted through the polarizer changes by controlling the optical rotation angle of the liquid crystal molecules with the magnitude of the voltage applied to the liquid crystal or magneto-optic modulator. . Using this, a neutral density filter capable of controlling the transmittance by applying a voltage can be realized.

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。
Next, an example of a spatial filter or a neutral density filter corresponding to a plurality of wavelengths arranged on or near the pupil plane will be described.
FIGS. 23A, 23B, and 23C are diagrams illustrating an example of a spatial filter using a color filter in the case where light having a wavelength of 405 nm (blue) and light having a wavelength of 532 nm (green) is used as illumination light. It is.

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。   FIG. 23A shows scattered light from a particulate defect when light having a wavelength of 405 nm is used as illumination light, and FIG. 23B shows scattering from a crystal defect when light having a wavelength of 532 nm is used as illumination light. FIG. 23 (c) shows an example of a spatial filter when light having a wavelength of 405 nm is used as illumination light, and FIG. 23 (d) shows a spatial filter when light having a wavelength of 532 nm is used as illumination light. Show. Light having a wavelength of 405 nm is blue light, and the complementary color of blue is yellow. Light having a wavelength of 532 nm is green light, and the complementary color of green is magenta. 23A and 23B, a region 308 is a region where the scattered light intensity is strong on the pupil plane, a region 309 is a region where the scattered light intensity is slightly high on the pupil plane, and a region 310 is scattered on the pupil plane. The region 311 is the region where the light intensity is slightly weak, the region 311 is the region where the scattered light intensity is weak, the region 353 in FIGS. 23C and 23D is the light shielding portion of the spatial filter, and the region 354 is the spatial filter. Each of the transmission parts (openings) is shown.

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。   FIG. 23 (e) suppresses scattered light from the sample at wavelengths of 405 nm and 532 nm by using a particle defect using light with a wavelength of 405 nm as illumination light, crystal defects using light at a wavelength of 532 nm as illumination light, It is an example of the spatial filter 225 which can enlarge the ratio of the scattered light from a sample with respect to the scattered light from a defect or a foreign material. A region that blocks the scattered light from the illumination light having a wavelength of 532 nm and the scattered light from the illumination light having a wavelength of 405 nm transmits the region 353, and the scattered light from the illumination light having a wavelength of 532 nm and the scattered light from the illumination light having a wavelength of 405 nm are transmitted. The region transmits the scattered light from the illumination light having a wavelength of 532 nm through the region 354 and blocks the scattered light from the illumination light having a wavelength of 532 nm while blocking the scattered light from the illumination light having a wavelength of 532 nm. Regions 356 indicate the regions through which scattered light from the illumination light is transmitted. A region 353 is a light filter, a region 354 is transparent, a region 355 is yellow, and a region 356 is a spatial filter 225 configured by a magenta color filter.

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。
Further, a color filter may be used as the neutral density filter 230 corresponding to a plurality of wavelengths that change the transmittance of each region.
The spatial distribution optical element 201 inserted into the pupil plane includes a phase shifter 202, a half-wave plate 203, a quarter-wave plate 204, a polarization direction control device 205 using a liquid crystal or a magneto-optic modulator, a polarizer 231, Any combination of the spatial filter 225, the neutral density filter 230, the neutral density filter using the color filter, and the spatial filter using the color filter may be used, or any of them may be formed on the same substrate. .

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。   FIG. 24A shows the ratio of the scattered light from the defect or foreign matter and the scattered light obtained from the scattered light simulation described in FIG. 7 to the radial polarization intensity distribution, azimuth polarization intensity distribution, X polarization intensity distribution, Y Derived by each of the polarization intensity distributions, light in a region larger than a certain threshold is transmitted, and the ratio of scattered light from a defect or foreign material to scattered light from a sample is derived to shield light in a region smaller than any certain threshold It is a figure which shows the example of the spatial distribution optical element by the combination of a polarizer and a spatial filter. In addition, when the ratio of the amount of scattered light from the foreign material and the amount of scattered light on the substrate surface is larger than an arbitrary threshold value for both X-polarized light and Y-polarized light, the polarizer and the light shielding plate are not used.

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。   The spatial distribution optical element 201i, which is a combination of a polarizer and a spatial filter, includes a polarizer and regions 232a and 232b having no light shielding plate, light shielding plates 233a and 233b, and a polarizer having a transmission polarization axis inclined by π / 2 with respect to X-polarized light. 234a, a combination of a polarizer 234b having a transmission polarization axis inclined by π / 2 with respect to X-polarized light and a polarizer 235a / 235b having a transmission polarizer transmitting X-polarized light.

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。
In addition, the spatial distribution optical element 201j using a combination of another polarizer and a spatial filter derives a ratio between the amount of scattered light from the defect and the amount of scattered light from the sample in the radial polarization from the result of the scattered light simulation in FIG. We examined a combination of a polarizer and a light-shielding plate that transmits light in a region where the ratio of the light is larger than a certain threshold and shields the region where the ratio of scattered light from the defect and scattered light from the sample is smaller than an arbitrary threshold. It is an example of the spatial distribution optical element 201 obtained as a result, the light shielding plates 233c and 233d, a polarizer 234c having a transmission polarization axis inclined by π / 2 with respect to X-polarized light, and a transmission inclined by π / 2 with respect to X-polarized light. It depends on the combination of the polarizer 234d having the polarization axis.
Here, the polarizers 234a and 234c having a transmission polarization axis tilted by π / 2 with respect to the X polarization and the polarizers 234b and 234d having a transmission polarization axis tilted by π / 2 with respect to the X polarization are radial (radial direction). The ratio of the amount of scattered light from the defect to the amount of scattered light from the sample surface is better when a polarizer having a transmission polarization axis is used.

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。   The spatial distribution optical element 201k by the combination of the polarizer and the spatial filter derives the ratio of the amount of scattered light from the defect and the amount of scattered light from the sample in the X-polarized light based on the result of the scattered light simulation used to obtain FIG. Consider a combination of a polarizer and a light-shielding plate that transmits light in a region where an arbitrary ratio is larger than a certain threshold and shields light in a region where the ratio of scattered light from a defect and scattered light from a sample is smaller than an arbitrary threshold. This is an example of the spatial distribution optical element 201 obtained as a result, and is based on a combination of a light shielding plate 233e and a polarizer 235c having a transmission polarizer that transmits X-polarized light.

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。   The spatial distribution optical element 201l by the combination of the polarizer and the spatial filter derives the ratio of the scattered light amount from the defect and the scattered light amount from the sample in the Y-polarized light from the result of the scattered light simulation used to obtain FIG. Consider a combination of a polarizer and a light-shielding plate that transmits light in a region where an arbitrary ratio is larger than a certain threshold and shields light in a region where the ratio of scattered light from a defect and scattered light from a sample is smaller than an arbitrary threshold. This is an example of the spatial distribution optical element 201 obtained as a result, and is based on a combination of a light shielding plate 233f and polarizers 236a and 236b each having a transmission polarizer that transmits Y-polarized light. The combination of the polarizer and the light shielding plate described above is not limited to these, and can be appropriately selected according to the scattered light distribution.

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。   From the result of the scattered light simulation used to obtain FIG. 7, the ratio of the amount of scattered light from the defect to the amount of scattered light from the sample is derived in azimuth polarization, and light in an area where the arbitrary ratio is larger than a certain threshold is transmitted. However, as a result of examining a combination of a polarizer and a light shielding plate that shields a region where the ratio of the scattered light from the defect to the scattered light from the sample is smaller than an arbitrary threshold, there are no coordinates on the pupil plane that exceed the threshold. It was.

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。   Next, FIG. 24B shows an example of the spatial distribution optical element 201 by a combination of a polarizer and a light shielding plate obtained by dividing the pupil plane or the vicinity of the pupil plane into arbitrary regions. By dividing the pupil plane or the vicinity of the pupil plane into arbitrary regions, it can be realized more easily than the spatial distribution optical element of FIG. A region 237 in FIG. 24B is a region having a transmission polarization axis inclined by π / 4 from the axis 307 projected from the illumination incident surface on the pupil plane, and a region 238 is an axis projected from the illumination incident surface on the pupil plane. Each region having a transmission polarization axis tilted by −π / 4 from 307 is shown.

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。   Spatial distribution optical elements 201m and 201n are examples in which the pupil plane is divided into eight in the radial direction, and radial polarization, azimuth polarization, X-polarization, and Y-polarization polarizers and light-shielding plates are appropriately combined for each of the divided eight regions. is there. 201o and 201p divide the pupil plane into 8 parts in the radial direction and 2 parts in the circumferential direction. For each of the 16 divided areas, a polarizer and a light shielding plate for radial polarization, azimuth polarization, X polarization, and Y polarization are appropriately used. This is a combined example. In addition, although the example divided into 8 was shown here, the division | segmentation number and the division | segmentation method are not restricted to this, It can set suitably according to scattered light distribution.

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。   Here, the spatial distribution optical element 201 may control the polarization direction with a wave plate and select polarized light with a polarizer. By combining the wave plate and the polarizer, it is possible to simplify the transmission polarization axis direction of the polarizer used for the purpose of increasing the ratio of the scattered light amount from the foreign material to the scattered light amount from the substrate surface. For example, a distribution half-wave plate is placed in the regions 234e and 234f that transmit the radially polarized light of the spatial distribution optical element 201m so that the vibration direction of the electric field is converted from radial polarization to Y polarization. You may use the spatial distribution optical element by the combination of the wavelength plate, the polarizer of Y polarization, and the light-shielding plate.

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。   Further, instead of the half-wave plate of the spatial distribution optical element 201, a polarization direction control device using liquid crystal as described above or a polarization direction control device using a transparent magnetic material using a magneto-optical effect may be used. In this case, the polarization direction can be controlled more precisely than the half-wave plate. Moreover, ON or OFF of optical rotation can be easily selected. Further, a phase shifter may be used in combination with a spatial distribution optical element that is a combination of a wavelength plate, a polarizer, and a light shielding plate. By combining the phase shifter with the spatial distribution optical element, when the scattered light transmitted through the spatial distribution optical element is caused to interfere, a decrease in intensity caused by superposition can be suppressed, and the peak intensity can be increased by superposition. Alternatively, a photonic crystal having a function of a phase shifter, a polarizer, a light shielding plate, a wave plate, or a combination thereof may be used as the spatial distribution optical element. By using a photonic crystal, a spatial distribution optical element having a precise polarization selectivity and a polarization direction control function can be realized.

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。   Since the intensity distribution of scattered light differs depending on the optical properties such as the shape, size, refractive index, etc. of the minute foreign matter or minute defect to be detected, the characteristics of the spatial distribution optical element 201 inserted into the imaging optical system pupil plane 302 are shown in FIG. The shape is not limited to that shown in FIGS.

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。   The size of the foreign matter to be detected is reduced, or the scattered light intensity from the foreign matter is reduced by using the spatial distribution optical element 201 or both, so that the weak scattered light intensity from the fine foreign matter is doubled or imaging is performed. In order to suppress noise caused by the element 111, a high-sensitivity imaging element 111 may be used. By using the high-sensitivity image sensor 111, it is possible to increase the ratio of scattered light from the defect to noise caused by the image sensor. For example, the high-sensitivity imaging device 111 includes a cooled CCD camera (Cooled CCD Camera), an ICCD camera (Intensified CCD Camera), a SIT camera (Silicon Integrated CCD Camera), an EB-CCD camera (Electron Bombardment CCD Camera), and an EM CCD CCD. A camera (Electron Multiplier CCD Camera) or the like may be used as appropriate.

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。   The various spatial distribution optical elements described above can be used alone or in appropriate combination, and can be applied to the inspection apparatuses of the above-described embodiments as well as the inspection apparatuses of the embodiments described later.

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。   The operation in the configuration of the defect observation apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, the sample 1 is transferred onto the sample holder 2 in the vacuum chamber 8 through a load lock chamber (not shown). Then, the sample 1 is moved into the field of view of the optical microscope 6 under the control of the stage 3. At this time, the sample 1 may be displaced from the focal position of the optical microscope 6. When the height of the sample 1 is deviated from the focal position, the objective lens 105 and the mirror 104 are moved to Z (height) using the height control mechanism 9 so that the sample 1 is set at the focal position of the optical microscope 6. Move in the direction. A method of determining the amount of movement in the Z direction will be described later.

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。   A defect on the sample 1 placed on the stage 3 of the defect observation apparatus shown in FIG. 1 is observed using position information of the defect on the sample 1 detected in advance by another defect inspection apparatus (not shown). In order to achieve this, wafer alignment that matches the reference position of the sample 1 with the reference of the stage 3 must be performed. This wafer alignment is performed using a bright field observation image. At the time of bright field detection, illumination light is emitted from the bright field illumination 109, reflected by the half mirror 108, and irradiated onto the sample 1 using the objective lens 105. The reflected light from the sample 1 passes through the imaging optical system 110 and forms an image on the image sensor 111. Here, the bright field light source 109 may be a lamp, for example. In the bright field observation of the present embodiment, the spatial distribution optical element 201 inserted into the imaging optical system 110 is switched to a parallel plate glass having the same thickness. When alignment is performed with the outer shape of the sample 1 (for example, orientation flat or notch if the sample 1 is a wafer), the positioning points of the sample 1 and several images of the outer shape may be acquired and processed.

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。   After wafer alignment, the position of the defect on the wafer is moved into the field of view of the optical microscope 6 in accordance with the position information of the defect detected in advance by the defect inspection apparatus, and the defect image is acquired by the dark field observation method of the optical microscope 6 To do. At this time, when the height of the sample 1 deviates from the focal position of the optical microscope 6 at each defect position, focusing is performed by a method described later.

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。
Here, the dark field observation method will be described. In the dark field observation method, illumination light is emitted from the dark field illumination unit 101. Although the illumination light may be laser light or lamp light, it is desirable to use laser light because the laser light can increase the illuminance.
The light emitted from the illumination unit 101 is reflected by the epi-illumination mirror 102 and redirected in the Z direction, guided through the vacuum-sealed window 103 to the vacuum tube 8, and redirected by the mirror 104 to change the direction of the optical microscope 6. The surface of the sample 1 at the focal position is irradiated. The light scattered by the sample 1 is collected by the objective lens 105, guided to the imaging optical system 110, imaged at the imaging position of the image sensor 111, converted into an electrical signal by the image sensor 111, and controlled. Sent to system 10.

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。   The image acquired by the dark field detection method of the optical microscope 6 is accumulated in the control system 10 as a grayscale image or a color image. In the control system 10, as shown in FIG. 25, the center position of the visual field range 357 of the SEM 4 and the Y-direction position shift amount 359 and the X-direction position shift amount 360 of the defect 361 are calculated, and these shift amounts are registered as coordinate correction values. . Thereafter, using the coordinate correction value, the sample 1 is moved on the stage 3 so that the defect 361 enters the field of view 357 of the SEM 4 and observed with the SEM 4. The image of the observed defect is transmitted to the control system 10, and processing such as display on the user interface 11, registration in the database 12, and automatic defect classification is performed.

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)。
The flow of defect observation will be described with reference to FIG.
First, the sample 1 is aligned (6001). This is performed by the method described above by bright field observation with the optical microscope 6. Next, the stage 3 is moved so that the defect to be observed on the sample 1 enters the field of view of the optical microscope 6 using the position information of the defect detected in advance by another defect inspection apparatus (6002). Next, the objective lens 105 is moved by the height control mechanism 9 to perform focusing (6003).

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。   If a defect is searched from the image acquired by the optical microscope 6 and the image sensor 111 (6004) and a defect is detected (6005-YES), the defect detection position by the optical microscope 6 and other defect inspection devices are detected in advance. Based on the difference from the position information of the detected defect, using the position information of the defect detected in advance by another defect inspection apparatus, the deviation amount of the visual field position of the SEM 4 with respect to the defect when this defect is to be observed with the SEM 4 is calculated. (6006). Based on the calculated deviation amount, the position information of the defect detected in advance by the other defect inspection apparatus is corrected (6007), and the defect whose position information is corrected is moved to the field of view of the SEM 4 for observation. (6008). At this time, the observed information is sent to the control system 10 and registered in the database 11. When there are a large number of defects to be observed, a representative number of them are extracted and obtained by detecting the extracted defects with positional information detected in advance by another defect inspection apparatus and the optical microscope 6. The amount of deviation between the position of the defect detected in advance by another defect inspection apparatus and the visual field position of the SEM 4 is obtained from the position information of each defect. Using the information of the obtained deviation amount, the positional information obtained by detecting in advance by another defect inspection apparatus is also corrected for defects that have not been detected by the optical microscope 6 other than a few representative points.

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。
Next, when other defect information is not necessary (6009-NO), the observation is ended (6010). When observation is necessary (6009-YES), other defect position information to be observed is acquired (6013). Returning to the procedure (6002) of moving another defect to be observed within the field of view of the optical microscope 6 described above, the process proceeds. In addition, when a defect cannot be detected by the above-described defect detection procedure (6005-NO), it is considered that the defect is outside the field of view of the optical microscope 6. Therefore, even if the periphery of the field of view of the optical microscope 6 is searched. Good. When searching for the peripheral portion (6012-YES), for example, the sample 1 is moved by an amount corresponding to the visual field (6011), and processing is performed from the above-described defect detection procedure. Further, when the vicinity search is not performed (6012-NO), the process proceeds according to the procedure.
There is also a method in which a defect position correction amount for each defect is calculated in advance and registered in a database, and after the calculation of position correction amounts for a plurality of defects or all defects is completed, inspection is performed by the SEM 4.

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。   A second configuration example and a third configuration example of the optical microscope 6 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. Hereinafter, with respect to the modified examples, differences from the first embodiment will be mainly described, and description of similar parts will be omitted. The second and third configuration examples are different from the first embodiment in that the lens 131 is not used and the bright field illumination unit is not used. Therefore, there exists an advantage which becomes a simple structure shown to Fig.27 (a), (b). The spatial distribution optical element 201 is disposed on the pupil plane of the objective lens or in the vicinity of the pupil plane. 27A and 27B is the arrangement position of the dichroic mirror 123 for branching the optical path of the imaging optical system. In FIG. 27A, the optical path of the image forming optical system is divided by the dichroic mirror 123, and the image forming lenses 130A and 130B are respectively arranged, and each image is formed on the image sensor. In FIG. 27B, the optical path of the imaging optical system is branched by a dichroic mirror 123 after a single imaging lens 130 and imaged on each imaging device more simply. In the configuration shown in FIGS. 27A and 27B, the same reference numerals as those in FIG. 4 have the same functions as those described with reference to FIG. Although not shown here, the illumination optical system having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is used.

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。   A fourth configuration example of the optical microscope 6 in the present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the arrangement position of the spatial distribution optical element 201 and the bright field illumination unit are not used. For this reason, as shown in FIG. 27C, the same spatial distribution optical element 201 can be used for each branched light beam that forms an image on different imaging elements 111A and 111B. There is an advantage that the difference due to the influence of aberration or the like can be reduced. Note that in the configuration shown in FIG. 27C, components having the same numbers as those in FIG. 4 have the same functions as those described with reference to FIG. As in the above, although not shown here, the illumination optical system having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is used.

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。   A fifth configuration example of the optical microscope 6 in the present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the lens 131 of the microscope 6 is not used, a dichroic mirror is not used, and there is one image sensor. Therefore, the simple configuration shown in FIG. Detection under different detection conditions or illumination conditions is possible by switching the spatial distribution element, using a spatial distribution optical element corresponding to multiple wavelengths, or switching the illumination light. The dichroic mirror 132 may branch the light beam by taking it in and out of the optical axis of the imaging optical system, or may branch the light beam by using a mirror for the dichroic mirror. Note that in the configuration shown in FIG. 28A, the same reference numerals as those in FIG. 4 have the same functions as those described with reference to FIG. Although not shown here, the illumination optical system having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is used.

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。   A sixth configuration example of the optical microscope 6 in the present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the dichroic mirror of the microscope 6 is not used and that there is one image sensor. Therefore, the simple configuration shown in FIG. Detection under different detection conditions or illumination conditions is possible by switching the spatial distribution element, using a spatial distribution optical element corresponding to multiple wavelengths, or switching the illumination light. In the configuration shown in FIG. 28B, components having the same numbers as those in FIG. 4 have the same functions as those described with reference to FIG. Although not shown here, the illumination optical system having the configuration shown in FIGS. 1 and 2 is used.

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。   A seventh configuration example of the optical microscope 6 in the present embodiment will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that one illumination light source is used. Therefore, there is an advantage that the configuration can be simplified as shown in FIG. 29 and the apparatus can be made compact. It is possible to detect under different detection conditions or illumination conditions by switching the illumination wavelength using the wavelength modulation means for the illumination light, but it is possible to use illumination light of only a single illumination wavelength without wavelength conversion means. Good. The dichroic mirror 132 may branch the light beam by taking it in and out of the optical axis of the imaging optical system, or may branch the light beam using a mirror for the dichroic mirror.

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。
Next, a method for controlling the optical characteristics of the spatial distribution optical element 201 according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The light scattered on the surface of the sample 1 is collected by the objective lens, passes through the lenses 131A and 131B and the spatial distribution optical element 201, and is imaged on the imaging element 111A by the imaging lens 130A. The half mirror 120 is arranged after 131B, and the other light branched and branched is configured to form the pupil image of the objective lens 105 on the image sensor 111B using the imaging lens 130B. The pupil image signal obtained by the image sensor 111B is received and processed by the signal processing unit 139, the optical characteristics of the spatial distribution optical element 201 are determined, and the light shielding region or transmission of the spatial distribution optical element 201 is determined according to the scattered light distribution. By controlling the controllable optical characteristics such as the rate and the optical rotation angle using the control unit 138, the ratio of the scattered light from the sample to the scattered light from the defect or foreign matter can be detected largely.

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。   For example, a pupil image of scattered light from the sample is acquired by the image sensor 111B, and the transmittance is obtained depending on the magnitude of the applied voltage using a liquid crystal and a polarizer so as to obtain a transmittance proportional to the inverse of the scattered light from the sample. By controlling the transmittance of the spatial distribution optical element 201 that can control the light, and detecting the scattered light from the sample 1 using the spatial distribution optical element 201A whose transmittance is controlled, the scattered light from the defect or foreign matter The ratio of scattered light from the sample to can be increased. Note that the mirror 120 may branch the light beam in and out of the optical axis of the imaging optical system, or the light beam may be branched using a dichroic mirror as the mirror.

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。
Next, an example of image processing using the acquired images of a plurality of optical conditions using the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 31A is a diagram for explaining an example of signal processing that enables highly sensitive detection of particle defects and crystal defects using two-wavelength illumination lights having different wavelengths. A defect map 1A, a defect map 1B mainly including crystal defects, and a defect map 1C obtained by combining them are shown. A particle defect whose scattering efficiency is improved as the illumination becomes shorter in wavelength is detected by the imaging element 111A using scattered light of illumination light having a shorter wavelength. At that time, by using the spatial distribution optical element 201A in accordance with the scattered light distribution of the particle defect, the particle defect can be detected with high sensitivity (1A is a defect map mainly including the detected particle defect existing on the sample). . The crystal defect can be detected with high sensitivity by detecting the image sensor 111B using the spatial distribution optical element 201 matched with the crystal defect detection with the other light having a longer wavelength than the short wavelength illumination (1B). Is a defect map mainly composed of detected crystal defects on the sample). By obtaining the defect map 1C of the particle defect and the crystal defect by the process of combining the defect maps 1A and 1B acquired by the image sensors 111A and 111B, it is possible to detect the particle defect and the crystal defect with high sensitivity. FIG. 31B shows an example in which illumination is performed with a single wavelength, one imaging element 111A uses a spatial distribution optical element 201 matched to a defect, and the other does not use a spatial distribution optical element. The defect map 1D is a defect map acquired using the spatial distribution optical element 201 matched to the defect to be detected. The defect map 1E is a defect map acquired without using the spatial distribution optical element 201. 1D ′ is obtained by multiplying the signal acquired by the defect map 1D by gain so that the amount of light scattered from the sample of the signal acquired by the defect map 1E is approximately the same. By subtracting the signal from 1D ′ to 1E, scattered light from the sample can be removed, and the defect to be obtained can be emphasized and detected (acquired defect map 1F).
The above is merely an example, and the present invention is not limited to this. Similarly, by using the acquired scattered light signals of a plurality of optical conditions, and appropriately performing addition / subtraction, etc., highly sensitive detection of a plurality of defect types and , Defect enhancement, defect classification, etc. are possible.

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。   Next, FIG. 32A shows an example of a GUI that can input the wavelength, polarization direction, elevation angle, azimuth angle, detection conditions of the optical defect detection apparatus, defects to be detected, and the like according to the first embodiment of the present invention. Shown in The user can also create a recipe. Needless to say, the GUI shown here is merely an example and can be changed as appropriate. For example, there may be a plurality of items of illumination conditions and detection conditions in one screen. Even if the user sets a numerical value each time, the illumination conditions performed in the past are stored as data, and this data is stored. You may make it read and utilize.

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。   Next, FIG. 32B shows an example of an input GUI for performing defect enhancement in the first embodiment of the present invention. For example, the same region on the sample 1 is illuminated and detected with two wavelengths, a short wavelength and a long wavelength, and an image 1G obtained by the short wavelength detection and an image 1H obtained by the long wavelength are used. A graph 140 is obtained in which the signal value at the detection and the signal value at the short wavelength detection are plotted on the vertical axis, and each bright spot is mapped. By selecting an area to be displayed on the graph 140 and displaying only the selected defect on the map 1I, it is possible to display only the defect to be viewed. Here, a straight line is selected as the region setting, and the non-display / non-alignment target and the display / alignment target are separated. The GUI shown here is only an example, and the defect map 1G, 1H, and 1I may be displayed on the same screen as the graph 140, and the region setting selection can be changed as appropriate while viewing the defect map 1I. It doesn't matter. In addition, the area can be arbitrarily set on the graph 140 by the user pressing a curve button.

(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。
(Second Embodiment)
A defect observation apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. An inspection apparatus for inspecting a surface or a defect of the sample 601 includes a dark field illumination optical system configured by appropriately using a laser 607, an expander 609, an attenuator 610, a polarization control element 611, mirrors 612A and 612B, and a lens 613. A sample holder 602 for mounting a sample, a stage 603 having a Z stage and an XY stage for moving the sample holder, a sample height measuring device 605, an objective lens 614, a spatial distribution optical element 201, an imaging lens 615, and a dichroic A detection optical system configured by appropriately using imaging elements 606 and 619 in each of two optical paths branched by the mirror 621 and the dichroic mirror 621, a signal processing unit 616, and a monitor 617 are configured as appropriate. . Further, a detection system monitoring unit 620 that measures the state of a detection optical system configured using the dichroic mirror 621 and the image sensor 619, an illumination system monitoring unit that measures the state of the illumination optical system (not shown), and And a control unit that controls each operating unit.

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。   First, the configuration of the dark field illumination system will be described. The laser 607 emits illumination light 701 from a direction having an angle with respect to the normal direction of the sample, and forms a desired beam such as a spot or a line on the surface of the sample 601. Here, although not shown, the expander 609 is used to spread the illumination light 701 into a parallel light flux having a constant magnification. The attenuator 610 is an attenuator for controlling the light quantity / intensity of the illumination light 701 after passing through the expander 609. The polarization control element 611 is an element that controls the polarization state by changing the direction of liquid crystal molecules by rotating a polarizing plate or a wave plate, or by controlling the voltage ON / OFF to switch the polarization direction of light incident on the element. The mirrors 612A and 612B are a reflecting mirror group for adjusting the irradiation angle when the sample 601 is irradiated with the illumination light 701 after polarization control (electric field phase and amplitude control). Here, an example in which two mirrors are used is shown, but a configuration without using a mirror may be used, or one or three or more may be used. The lens 613 is a lens for converging the illumination light 701 at the irradiation position immediately before irradiating the sample 601. Further, as the dark field illumination system, a system capable of oscillating a plurality of wavelengths as shown in FIG. 2 may be appropriately selected and used.

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。   Next, the configuration of the detection optical system will be described. The objective lens 614 is an objective lens that collects light scattered and diffracted from foreign matters, defects, and patterns on the sample 601 by irradiation of the illumination light 701 by the laser 607 from the normal direction (upward) of the sample 601. Here, when the sample 601 which is a semiconductor device or the like to be inspected by the dark field defect inspection apparatus has a repetitive pattern, the diffracted light generated from the repetitive pattern is collected at regular intervals on the exit pupil of the objective lens 614. Shine. The spatial distribution optical element 201 is a filter that shields this repetitive pattern near the pupil plane, or a filter that controls and selects the polarization direction of all or a part of the light reflected from the object to be inspected or a specific polarization direction. Here, the various spatial distribution optical elements 201 described in the first embodiment may be appropriately used. The image forming lens 615 is a lens for forming an image on the image sensor 606 of scattered light and diffracted light from other than a repetitive pattern (for example, a place where a failure has occurred) that has passed through the spatial distribution optical element 201. The image sensor 606 is an optical sensor for sending an image focused and imaged by the imaging lens 615 to the signal processing unit 616 as electronic information. As a type of the optical sensor, a CCD, a CMOS, or the like is generally used, but the type is not limited here.

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。
The signal processing unit 616 includes a circuit for converting the image data received from the image sensor 606 into a state that can be displayed on the monitor 617.
The XY stage of stage 3 is a stage for moving the sample holder 602 on which the sample 601 is placed. The sample 601 is scanned by moving the XY stage in the plane direction, and the Z stage is an inspection standard for the XY stage. This is a stage for moving the surface (the surface on which the sample 601 is placed) in the vertical direction (Z direction).
The sample height measuring unit 605 is a measuring instrument for measuring the inspection reference plane of the XY stage of the stage 3 and the height of the sample 601. An autofocus function can be provided in which the focus position is automatically adjusted by the Z stage of the stage 3 and the sample height measuring unit 605.

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。
Next, the overall operation of the inspection apparatus according to the second embodiment will be described.
First, the illumination light 701 from the laser 607 illuminates the surface of the sample 601 from a direction having an angle with respect to the normal direction of the sample, thereby forming a desired beam on the sample 601. Light scattered and diffracted from foreign matters, defects, and patterns on the sample 601 by this beam is collected by the objective lens 614 above the sample. When the sample 601 has a repetitive pattern, the diffracted light generated from this repetitive pattern is collected at regular intervals on the exit pupil of the objective lens, so that the spatial distribution optics placed on the pupil plane or in the vicinity of the pupil plane. Light is shielded by the element 201. The spatial distribution optical element 201 may use the spatial distribution optical element 201 for the purpose of enhancing scattered light from a defect or suppressing scattered light from a sample.

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。   The sample 601 is placed on the XY stage of the stage 3, and a two-dimensional image of scattered light from the sample 601 is obtained by scanning with the XY stage of the stage 3. At this time, the distance between the sample 601 and the objective lens 614 is measured by the sample height measuring unit 605 and adjusted by the Z stage of the stage 3.

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。   The two-dimensional image acquired by the image sensor 606 is classified for each foreign substance type and defect type by the signal processing unit 616, the size of the foreign substance or defect is obtained, and the result is displayed on the monitor 617.

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。   Next, a control unit 800 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 34 is a block diagram showing an internal configuration of the control unit 800. The control unit 800 includes a recording unit 801, a comparison unit 802, a sensitivity prediction unit 803, and a feedback control unit 804 as appropriate.

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。   The recording unit 801 receives input of data from the monitored illumination system monitoring unit and detection system monitoring unit 620 and records these data. The comparison unit 802 receives the data recorded by the recording unit 801 and compares it with the ideal value in the database 805. Note that the characteristics of the light source and the element at the time of monitoring are calculated in advance before processing in the comparison unit 802. The sensitivity prediction unit 803 estimates / predicts the current device sensitivity from the difference between the recorded data and the ideal value. If the deviation between the recorded data and the ideal value is within an allowable range, each operation unit such as the illumination optical system and the detection optical system is controlled to start inspection. If it is outside the allowable range, the feedback control unit 804 applies feedback to each operation unit of the apparatus according to the predicted sensitivity predicted by the sensitivity prediction unit 803.

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。   Here, the database 805 is a database of ideal values used by the comparison unit 802, and ideal values are input to the database 805 in advance by theoretical calculation, optical simulation, or the like. At this time, the optical simulator models the inspection object, derives the scattered light intensity from the inspection object generated depending on the conditions of the illumination optical system, and calculates the light intensity detected by the inspection device. . The ideal value parameters in the database 805 include information such as the intensity distribution of the illumination optical system, the polarization state distribution, the focal length of the imaging lens 615, and the sensitivity of the image sensor 606. It is necessary to grasp the characteristics of these parameters in advance.

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)。
Next, a monitoring process procedure in the dark field defect detection apparatus according to the second embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the flowchart of FIG.
First, the illumination system monitoring unit monitors the state of the illumination system (step S10). Further, the detection system monitoring unit 620 measures the state of the detection system (step S11). The measurement results obtained in step S10 and step S11 are sent to the comparison unit 802. The comparison unit 802 compares these measurement results with ideal values in the database 805, and further predicts detection sensitivity from “deviation” between the ideal values and the measurement results (step S12). Then, it is determined whether the predicted detection sensitivity is larger or smaller than the arbitrarily set threshold (step S13).

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)。   If the predicted sensitivity is less than or equal to the threshold value, the optical system is calibrated (step S14), and the process returns to step S10 again. Here, if all the calibration required points can be automatically controlled, all calibration operations may be automatically performed. At this time, the calibration location may be determined in advance by theoretical calculation or optical system simulation. On the other hand, when the predicted sensitivity is equal to or higher than the threshold value, inspection of the illumination system and the detection system is started (step S15).

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。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Not too long.

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 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample 2 ... Sample holder 3 ... Stage 4 ... Electron microscope 5, 7 ... Optical height detection system 6 ... Optical microscope 8 ... Vacuum tank 9 ... Height control mechanism 10 ... Control system 11 ... User interface 12 ... Database 13 ... Network 101 ... Dark field illumination unit 102 ... Epi-illumination mirror 103 ... Vacuum sealed window 104 ... Mirror 105 ... Objective lens 110 ... Imaging optical system 111 ... Imaging element 112 ... Illumination light source 113 ... Optical filter 114 ... Wave plate 115 ... Flat Concave lens 116 ... Achromatic lens 117 ... Cylindrical lens 118 ... Lens group 119 ... Non-linear optical crystal 120 ... Half mirror 121 ... Mirror 122 ... Fiber 123, 132 ... Dichroic mirror 124 ... Non-linear optical crystal switching mechanism 125 ... Optical path cutting mechanism Replacement mechanism 126 ... Bright field illumination unit 127 ... Condensing lens 128 ... Bright field light source 129 ... Half mirror 130 ... Imaging lens 131 ... Lens 133 ... Image processing unit 134 ... Image display unit 135 ... Image storage unit 136 ... Spatial distribution optics Element holder 137 Rotation drive unit 138 Control unit 139 Signal processing unit 140 Graph 150 Light source 151 154 Condensing lens 152 Slit 153 Imaging lens 155 Detector 201 Spatial distribution optical element 202 Phase Shifter 203 ... 1/2 wavelength plate 204 ... 1/4 wavelength plate 205 ... Polarization direction control device 214, 216, 217 ... Alignment film 215 ... Liquid crystal 218 ... Electrode 219 ... Liquid crystal molecule 221 ... Power source 222 ... Transparent magnetic body 223, 224 ... Transparent substrate 225 ... Spatial filters 226, 227, 231, 234, 235, 236 ... polarizer 230 ... neutral density filter 233 ... light shielding plate 301 ... optical axis 302 ... pupil plane 303 ... slow axis 304 ... fast axis 318 ... X-polarized light 319 ... Y-polarized light 320 ... radial polarized light 327 ... Polarized transmission axis 601 ... Sample 602 ... Sample holder 603 ... Stage 605 ... Sample height measuring device 606, 619 ... Image sensor 607 ... Laser 609 ... Expander 610 ... Attenuator 611 ... Polarization control element 612 ... Mirror 613 ... Lens 614 ... Objective lens 615 ... Imaging lens 616 ... Signal processing unit 617 ... Monitor 620 ... Detection system monitoring unit 621 ... Dichroic mirror 800 ... Control unit 801 ... Recording unit 802 ... Comparison unit 803 ... Sensitivity prediction unit 804 ... Feedback control unit 805 ... Database

Claims (22)

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。
An optical defect detection apparatus for inspecting a sample surface,
A stage for holding the sample;
An illumination optical system for irradiating the sample surface with light obliquely;
An objective lens that captures scattered light from the irradiated region on the sample surface, and scattered light from defects on the sample and scattered light from irregularities on the sample among the scattered light captured by the objective lens A detection optical system comprising: a spatial distribution optical element that controls the captured scattered light so as to increase the ratio; and an imaging element that detects the scattered light controlled by the spatial distribution optical element;
Have
The spatial distribution optical element is an element that controls a polarization direction of scattered light captured by the objective lens, an element that selects a polarization direction through which the scattered light captured by the objective lens transmits, or is captured by the objective lens. An optical defect detection apparatus characterized in that any one of elements having different transmittances of scattered light for each region or a combination of at least two of these elements is used.
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。
The optical defect detection device according to claim 1,
The detection optical system further includes branching means for branching scattered light captured by the objective lens into two or more optical paths,
The spatial distribution optical element is disposed in each of two or more optical paths branched by the branching unit,
The imaging device is arranged to detect each scattered light that is branched into each of the two or more optical paths and controlled by the spatial distribution optical element, respectively.
The optical defect detection apparatus further comprises a signal processing system for comparing or processing images detected by the arranged image pickup devices.
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。
The optical defect detection device according to claim 2,
The illumination optical system is an illumination optical system that irradiates a plurality of lights having different wavelengths,
The optical defect detection apparatus, wherein the branching means branches scattered light captured by the objective lens according to wavelength.
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 3,
The spatial distribution optical element is a phase shifter, an optical rotator, a polarizer, a spatial filter, a neutral density filter, a phase shifter, or a defect on the sample surface with respect to light scattered by irregularities on the sample surface. Phase shifter that has the function of changing the phase of the scattered light so that the ratio of the scattered light becomes high and gives a spatially different phase difference, or the light scattered by the irregularities on the sample surface or the defects on the sample surface A distributed phase shifter having a function of converting the polarization direction of scattered light into linearly polarized light and having a spatially different fast axis and slow axis, or the sample surface with respect to light scattered by unevenness of the sample surface The function of aligning the polarization direction so that the ratio of the light scattered by the defects in the surface increases, and the rotation has a spatially different fast axis and slow axis. The ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by the projections or irregularities on the sample surface increases the ratio of the light in the polarization direction, and the spatially different transmission axes Or a spatial filter having a function of selectively transmitting a region in which the ratio of light scattered by defects on the sample surface to light scattered by unevenness on the sample surface is high, or unevenness on the sample surface A neutral density filter having a function of selecting the transmittance so that the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the sample has a spatially different transmittance, or irregularities on the sample surface The polarization direction of the scattered light so that the ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by A photonic crystal having a function of controlling, a function of selecting a polarization direction through which the scattered light is transmitted, a function of selecting a transmittance of the scattered light, or a function of a combination of at least two of these, An optical defect detection apparatus comprising any one of or a combination thereof.
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 3,
The spatial distribution optical element includes a phase shifter, an optical rotator, a polarizer, a spatial filter, an ND filter, or light scattered by a defect on the sample surface with respect to light scattered by irregularities on the sample surface. A phase shifter that has a function of changing the phase of scattered light so that the ratio becomes high and gives spatially different phase differences, or light scattered by irregularities on the sample surface or light scattered by defects on the sample surface 1/4 wavelength plate with the function of converting the polarization direction into linearly polarized light and having spatially different fast axis and slow axis, or scattered by defects on the sample surface against light scattered by the irregularities on the sample surface Half-wave plate or liquid crystal with the function of aligning the polarization direction so that the ratio of the emitted light is high and having a spatially different fast axis and slow axis Is an optical rotator composed of either a magneto-optic modulator or a light with a polarization direction that increases the ratio of light scattered by defects on the sample surface to light scattered by irregularities on the sample surface A polarizer having a function of transmitting light and having spatially different transmission axes, or a region where the ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by the unevenness on the sample surface is selectively increased Either a mask having a transmitting function, a combination of a polarizer and a magneto-optical modulator, a combination of a polarizer and a liquid crystal, a combination of a polarizer and a half-wave plate, or a two-dimensional array shutter using MEMS A spatial filter having a light-shielding portion constituted by the surface of the sample surface with respect to light scattered by unevenness of the sample surface ND filter with a function to select the transmittance so that the ratio of the light scattered by the depression becomes high and spatially different transmittance, or a combination of a polarizer and a liquid crystal, or a polarizer and a magneto-optic modulator A polarization filter of the scattered light such that the ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by the unevenness of the sample surface, or a light filter formed by any of the combinations A photonic having a function of controlling a direction, a function of selecting a polarization direction through which the scattered light is transmitted, a function of selecting a transmittance of the scattered light, or a function of a combination of at least two of these An optical defect detection device characterized by comprising any one of crystals or a combination thereof .
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 3,
The spatial distribution optical element includes a phase shifter, an optical rotator, a polarizer, a spatial filter, an ND filter, or light scattered by a defect on the sample surface with respect to light scattered by irregularities on the sample surface. A phase shifter that has a function of changing the phase of scattered light so that the ratio becomes high and gives spatially different phase differences, or light scattered by irregularities on the sample surface or light scattered by defects on the sample surface 1/4 wavelength plate with the function of converting the polarization direction into linearly polarized light and having spatially different fast axis and slow axis, or scattered by defects on the sample surface against light scattered by the irregularities on the sample surface Half-wave plate or liquid crystal with the function of aligning the polarization direction so that the ratio of the emitted light is high and having a spatially different fast axis and slow axis Has a function of selectively transmitting light in a polarization direction in which the ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the irregularities on the sample surface is increased. Polarizers having different transmission axes, or regions having a high ratio of light of multiple wavelengths scattered by defects on the sample surface to light of multiple wavelengths scattered by unevenness on the sample surface by the multiple illumination, Either a color filter having a function of selectively transmitting for each wavelength, or a mask, a combination of a polarizer and a magneto-optical modulator, a combination of a polarizer and a liquid crystal, or a combination of a polarizer and a half-wave plate A spatial filter having a light-shielding portion constituted by the surface of the sample surface with respect to light scattered by unevenness of the sample surface An ND filter, a color filter, a combination of a polarizer and a liquid crystal, or a polarizer and a magnetic device having a function of selecting a transmittance so that the ratio of light scattered by the depression is increased and having a spatially different transmittance A neutral density filter comprising any combination of optical modulators, or the scattered light so that the ratio of the light scattered by the sample surface defects to the light scattered by the sample surface irregularities is increased A function for controlling the polarization direction of the scattered light, a function for selecting a polarization direction for transmitting the scattered light, a function for selecting the transmittance of the scattered light, or a function combining at least two of them A photonic crystal having any one of these, or a combination thereof. Optical defect detection device.
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。
The optical defect detection device according to claim 1,
The optical defect detection apparatus, wherein the imaging device acquires a Fourier transform image of light scattered on the sample surface imaged by the detection optical system.
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 6,
Based on the signal obtained from the image sensor so that the ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by the irregularities on the sample surface is higher, the polarization direction transmitted by the spatial distribution optical element Or an optical defect detection apparatus that selects and changes any one or a combination of a direction in which a polarization direction is converted or a transmittance.
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。
The optical defect detection device according to claim 8,
The signal obtained from the imaging element is the same as the imaging element that forms an image of the sample surface using the spatial distribution optical element, and the sample surface to be observed using the spatial distribution optical element A signal obtained by irradiating the same region, a signal obtained by irradiating a region different from the sample surface to be observed using the spatial distribution optical element, or obtained from the image sensor during scanning on the stage An optical defect detection apparatus, wherein the signal is a signal obtained by statistically processing a signal obtained from the image sensor during scanning on the stage.
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。
The optical defect detection device according to claim 8,
An optical defect characterized in that the signal obtained from the image sensor is a signal obtained from the individual image sensor different from the image sensor that forms an image of the sample surface using the spatial distribution optical element. Detection device.
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 10,
further,
The light scattered by the defects on the sample surface relative to the light scattered by the irregularities on the sample surface for each optical condition including at least one of defect shape, defect type, illumination wavelength, illumination polarization, detection polarization, and detection conditions A library storing either or a combination of a polarization direction transmitted through the spatial distribution optical element having a high ratio, a direction for converting the polarization direction, or a transmittance;
A GUI for inputting at least one of illumination condition or detection condition or defect shape information to be detected;
An optical defect detection apparatus comprising:
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。
The optical defect detection device according to claim 11,
Control means for selecting and changing either or a combination of a polarization direction transmitted through the spatial distribution optical element, a direction for converting the polarization direction, or a transmittance based on information input to the library and the GUI A defect inspection apparatus comprising:
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 12,
The optical defect detection device, wherein the spatial distribution optical element is arranged in the pupil plane of the detection optical system, in the vicinity of the pupil plane, or between the objective lens and the sample.
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。
The optical defect inspection apparatus according to any one of claims 1 to 12,
The optical defect inspection apparatus, wherein the spatial distribution optical element is incorporated in the objective lens.
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 14,
2. The optical defect detection apparatus according to claim 1, wherein the spatial distribution optical element has a mechanism exchangeable with another spatial distribution optical element.
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 15,
The optical defect detection apparatus characterized in that the light used in the illumination optical system uses any one of a visible light laser, an ultraviolet light laser, a vacuum ultraviolet light laser, a lamp, and a light emitting diode.
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。
The optical defect detection device according to claim 3,
The light of a plurality of wavelengths used in the illumination optical system is emitted from a plurality of lasers, or a laser capable of emitting a plurality of wavelengths oscillates light of different wavelengths depending on time, or the light emitted from the lamp is separated by a wavelength band, Or, light oscillated from a single laser oscillates light of different wavelengths depending on the time by inserting / removing a nonlinear optical crystal or electro-optical element, or the optical path is switched by inserting / removing a mirror for light oscillated from a single laser Each optical path that diverges by splitting light oscillated from a single laser by optical path splitting means such as fiber, half mirror or dichroic mirror by changing the presence or absence of crystal or electro-optical element passing Or, it can be modulated with a nonlinear optical crystal or an electrical engineering element in one optical path. Oscillates light of wavelengths, optical defect detection apparatus, characterized in that is obtained by either.
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。
The optical defect detection device according to any one of claims 1 to 17,
The optical defect detection apparatus further comprises an optical height detection means for obtaining height information necessary for focusing of the objective lens.
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。
A defect observation apparatus comprising the optical defect detection apparatus according to any one of claims 1 to 18,
A defect observation apparatus comprising an electron microscope for observing defects of the sample aligned based on positional information of defects on the sample surface obtained by the optical defect detection apparatus.
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。
A defect observation apparatus for inspecting a sample surface and observing defects,
A stage for holding the sample;
An illumination optical system for irradiating the sample surface with light obliquely;
An objective lens that captures scattered light from the irradiated region on the sample surface, and scattered light from defects on the sample and scattered light from irregularities on the sample among the scattered light captured by the objective lens A detection optical system comprising: a spatial distribution optical element that controls the captured scattered light so as to increase the ratio; and an imaging element that detects the scattered light controlled by the spatial distribution optical element;
An optical defect detection device comprising:
An electron microscope that performs alignment based on positional information of defects or foreign matter on the sample surface obtained by the optical defect detection device, and observes the defects;
Have
The spatial distribution optical element is an element that controls a polarization direction of scattered light captured by the objective lens, an element that selects a polarization direction through which the scattered light captured by the objective lens transmits, or is captured by the objective lens. A defect observing apparatus characterized in that any one of the elements having different transmittances of scattered light for each region or a combination of at least two of them is used.
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。
An optical defect detection method for detecting defects on a sample surface,
The sample surface is illuminated with illumination light from an oblique direction, the scattered light from the illuminated region on the sample surface is captured by an objective lens, and the scattered light captured by the objective lens is a half mirror or dichroic The light is branched into two optical paths by one of the mirrors, and a Fourier-transformed image of the light scattered on the sample surface using the branched first light is detected by the first imaging element, and the first imaging element is detected. A spatial distribution optical element having a function of controlling a polarization direction arranged on the branched second optical path based on a signal obtained from the image sensor, selecting a transmission polarization direction, and selecting a transmittance. The second branched light is imaged on the second image sensor by the imaging optical system, and a defect on the sample surface is detected from the image obtained by the second image sensor. Optical defect detection method characterized by .
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。
An optical defect detection method for inspecting defects on a sample surface,
Illuminate the sample surface obliquely with illumination light, capture scattered light from the illuminated area on the sample surface with an objective lens, and control the polarization direction of the captured light with a spatial distribution optical element Then, the direction of polarized light to be transmitted is selected, the transmittance is selected, the light transmitted through the spatial distribution optical element is imaged on the image sensor by the imaging optical system, and the surface of the sample is obtained from the image obtained by the image sensor. To detect defects on the top,
Input optical conditions such as defect shape, defect type, illumination wavelength, illumination polarization, detection polarization, and detection conditions on the GUI, for each optical condition such as defect shape, defect type, illumination wavelength, illumination polarization, detection polarization, and detection conditions. The ratio of the light scattered by the defects on the sample surface to the light scattered by the irregularities on the sample surface is increased, the polarization direction transmitted by the spatial distribution optical element, the direction for changing the polarization direction, or the transmittance The ratio of the light scattered by the defect on the sample surface to the light scattered by the unevenness on the sample surface under the conditions input by the GUI from a library storing any one or a combination thereof is increased. Select the polarization direction to transmit, the direction to change the polarization direction, or the transmittance, or a combination of these , The polarization direction or a direction which converts the polarization direction, or transmittance, either or optical defect detecting method characterized by having a function of controlling the combination of passes of the spatial distribution optical element.
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