JP2022074621A - 検査装置及び検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検査のスループットを向上させることができる検査装置及び検査方法を提供する。【解決手段】本発明に係る検査装置１は、振動方向が第１方向の第１直線偏光を含む照明光Ｌ１において、第１直線偏光を、相互に直交する第２直線偏光と、第３直線偏光とに分離する偏光分離素子２５と、分離された照明光Ｌ２を、試料ＳＭＰに対して集光するとともに、試料ＳＭＰで反射した反射光Ｒ１を集光する対物レンズ１５と、反射光Ｒ１を、反射光Ｒ２と、反射光Ｒ３とに分離する光学分離部材ＨＭ２と、各偏光成分を含む反射光Ｒ４を分離する偏光分離部材２２と、反射光Ｒ３を、反射光Ｒ５と、反射光Ｒ６とに分離する偏光分離部材２３と、反射光Ｒ４を受光する受光素子３１と、反射光Ｒ５を受光する受光素子３２と、反射光Ｒ６を受光する受光素子３３と、を備える。【選択図】図５

Description

本発明は、検査装置及び検査方法に関する。

ＳｉＣやＧａＮに代表される化合物半導体、及び、ＬｉＮｂＯ_３やＬｉＴａＯ_３等の圧電結晶ウェハーは、貼り合わせ構造及び多層膜構造として製造する工程がある。このような構造のウェハー検査には、傷を含む結晶欠陥、異物・ボイド、膜厚ムラ等を非破壊で高速に検査・評価する技術が必要である。

一般的な非破壊法として、ナノオーダーの深さの傷検査法には、微分干渉法があり、異物・ボイドの検査には、明視野観察法があり、膜厚ムラ検査法には、光学式膜厚測定法（白色干渉法、反射分光法、偏光解析法など）がある。しかし、膜付き貼り合わせウェハー検査のような場合では、それぞれの手法により適用できる検査条件が異なるため、検査光学系の切り替えが必要である。よって、結晶欠陥、異物・ボイド、膜厚ムラ等の同時検査・測定を高速に実施するのは困難である。

図１は、貼り合わせウェハーの着目欠陥を例示した図である。図２は、貼り合わせウェハーの着目欠陥の検査方法と条件例を例示した図である。

図１及び図２に示すように、傷（Ｓｃｒａｔｃｈ）、ピット（Ｐｉｔ）、バンプ（Ｂｕｍｐ）等の結晶欠陥やパーティクル（Ｐａｔｔｉｃｌｅ）検査するためには、白色光（広帯域光）による微分干渉法を用いてもよい。これにより、膜や貼り合わせ層内で発生する内部干渉のコントラストを抑制することができ、傷やピット等の結晶欠陥を検査することができる。

ボイドを検査するためには、白色光の明視野観察法を用いてもよい。受光素子において、白色光に含まれた全波長の受光信号が合算されれば、単色光（狭帯域光）で発生するボイド周辺の内部干渉のコントラストを抑制することができ、白色光の明視野コントラストによりボイドを検査することができる。

ウェハーの膜厚ムラを検査するためには、単色光による明視野観察法を用いてもよい。これにより、膜内部の干渉で発生するコントラストによって、膜厚ムラを検査することができる。

図３は、ヘテロエピウェハーの着目欠陥を例示した図である。図４は、ヘテロエピウェハーの着目欠陥の検査方法と条件例を例示した図である。

図３及び図４に示すように、ヘテロエピウェハーの場合には、貼り合わせウェハーの場合と同様に、検査対象により、検査方法と条件例が異なる。六角形のバンプ、クラック、スリップを検査するためには、白色光（広帯域光）による微分干渉法を用いてもよい。パーティクル、Ｖ字状のＶピットを検査するためには、白色光の明視野観察法を用いてもよい。特に、基板がサファイア等の透明体の場合は裏面反射を除去する必要もある。

以上のように、検査波長帯域や異なる光学原理を切り替えて組み合わせなければ多種の欠陥を検することができない。

これまでのウェハー等の試料の検査方法として、例えば、（１）反射分光による方法、（２）微分干渉観察による方法、（３）白色干渉縞走査による方法、（４）明視野観察による方法、（５）共焦点顕微鏡による方法があげられる。

特開２００１－０２１８１０号公報 特開２００５－１７３５８０号公報 特開２０１１－１１８４２７号公報 特開２０１３－０６８７３８号公報 特開２０１４－２３５４０８号公報 特開２０１６－０４８４００号公報 特開２０１３－２１７７０３号公報

上記の各方法にはそれぞれ問題点がある。

（１）反射分光による方法
反射分光による方法は、白色光で照明した試料の反射光を分光することで分光スペクトルを測定する。分光スペクトルから反射率の極大と極小に対応する波長を求めて膜厚解析するのがピークバレー法（ＰＶ法）である。ＰＶ法は、可視光を使う場合には、波長程度（約０．５μｍ）以下の膜厚では、極大・極小のスペクトルパターンが得られないため、適用できない。また、分光スペクトルは、光の波長と膜厚、膜と基板の屈折率（ｎ）と滅衰係数（ｋ）で決定される条件により、絶対反射率の波長依存性という形で理論的に計算することができる。そこで、計測データに対して、理論反射率をパラメータフィッティングすることにより膜厚を決定するのがカーブフィット法である。一般には、数ｎｍから数μｍまで解析適応できるが、膜厚に対して、十分な測定波長のサンプリング数が必要である。

一般的な分光計では、膜厚の空間分布を高分解に測定することはできず、光が照明するエリアの平均的値となる。照明エリア内で膜厚分布（変化）が存在する場合は、反射率が平均化されてしまうため、正確な絶対反射率が得られない。さらに、一般的には、絶対反射率あるいは膜厚の分布を画像化するには、多数点の測定が必要であり、高速検査には適用できない。

（２）微分干渉観察による方法
微分干渉観察による方法は、微分干渉観察（ＤＩＣ）により、表面のナノオーダーのピットやスクラッチにコントラストをつけることができる。この手法では、検光子と偏光子の他に、ノマルスキープリズムを使用する。ノマルスキープリズムは、表面を観察する光を“正常光”と“異常光”（便宜上ここではこのように表現する）とにシア量だけ試料面方向に分離した２つの光（偏光方向が互いに垂直）に分割する。このため、これらを検光子で干渉させることでシア量だけ離れた二点間の位相差に対応したコントラストをつけることができる。これにより欠陥を検出することができる。

試料が膜構造の場合や偏光特性を持つ場合は、これらにより生じるコントラストが微分干渉のコントラストを複雑化する。このため、欠陥検査を正しくできない場合がある。また、試料自体の反射率の違いや材料境界があると、凹凸による位相差コントラストとの区別が難しくなる。観察できるのは干渉コントラストや干渉色であるため、試料本来の色や明るさを判別する場合は、検光子と偏光子を光路から除去する必要がある。ただし、この明視野像は、“正常光”と“異常光”の２重像になるため、検査には使えない。通常の明視野観察をするためには、ノマルスキープリズムも光路から外す必要がある。従って、他の観察手法との同時実施は困難である。

（３）白色干渉縞走査による方法
白色干渉縞走査による方法は、試料あるいは対物レンズをＺスキャンすることにより、白色光の干渉縞の最大強度位置を計算することで高さを求めることができる。膜厚を測定するためには、下地基板と膜表面からの干渉強度信号をそれぞれ分離して測定することが必要である。しかし、膜厚が1μｍ以下の場合、それらの強度信号を分離することが難しくなる。さらに、反射率の高い基板上に、反射率の低い透明膜が存在する場合には、透明膜からの干渉強度を精密に測定することはできず、膜厚測定は、いっそう困難なものとなる。多層膜などの対応は難しい。

光干渉法では観察されるのは干渉色や干渉コントラストになるため、試料本来の色や明るさを明視野観察のように判定できない。また、単色（狭帯域光）では白色干渉法は実現できない。

（４）明視野観察による方法
明視野観察による方法は、一般的な反射型の光学顕微鏡で実現できるものであり、試料本来の色や相対的な反射強度を簡単に検査できる。しかし、高さ方向には分解能が極めて乏しいため、凹凸形状を判定することはできない。膜構造を観察する場合には、膜厚と波長の組み合わせで観察されるコントラストが異なる。このため、最適な単色を選択することで膜厚ムラに対応する最適なコントラスト変化が得られる。白色で観察する場合には、膜構造により波長別のコントラストが重なるので複雑な色変化パターンとなる。このため、簡単にコントラストを膜厚ムラと対応させることはできない。

（５）共焦点顕微鏡による方法
共焦点顕微鏡による高さ測定や膜厚測定は、対物レンズと試料間の距離をＺスキャンにより変え、合焦点位置を検出することによる方法である。膜厚数μｍ以下の場合は、下地基板と膜表面の反射信号を分離することはできないため、膜厚測定できない。信号の分離限界は、対物レンズの開口数に大きく依存するため、膜厚測定限界は、高倍では数μｍ、低倍率広視野では数十μｍと著しく悪くなる。従って、ナノオーダーの凹凸を検査することはできない。膜厚が数十μｍの場合には、基板と膜面の反射光が分離してしまうので、膜内干渉が発生にしにくくなる。一方で、透明基板を使う場合には、基板裏面の反射を検査信号と分離することができる。

このように、上記の各方法にはそれぞれ問題点がある。

また、先行技術文献において、特許文献１の装置は、微分干渉顕微鏡を使い、複数の波長から位相差および位相勾配を算出することはできるが、同時に明視野観察ができない。また、膜付き貼り合わせウェハー等で発生する膜内干渉の問題が回避できない。

また、例えば、特許文献２－６において、レーザー顕微鏡と微分干渉顕微鏡は、共焦点のレーザー観察と微分干渉、白色の非共焦点観察と微分干渉を光学部品の脱挿入で切り替えることはできるが、同時観察はできない。ノマルスキープリズムを装着したまま明視野観察はできない。

さらに、例えば、特許文献７において、微分干渉顕微鏡で大きな異物とナノオーダーの結晶欠陥のコントラストを判別するには、微分干渉観察を明視野あるいは暗視野を切り替える必要がある。この場合には、検査のスループットが下がってしまう問題がある。そこで、微分干渉コントラストを互いに直交する２つ（位相が反転）を同時に検出することで、２つの微分干渉コントラスト像（ＤＩＣ＋とＤＩＣ－）が得られる。これらを加算することで干渉項をキャンセルした明視野像を得ることができる。しかし、微分干渉法では、ノマルスキープリズムによってシア量だけ測定面方向に光が分離しているため、シア量と検査対象のサイズの関係により、像が２重になったり、平均化されてしまったりいった問題がある。

このように、結晶欠陥、異物・ボイド、膜厚ムラを検査する場合には、それぞれ専用の検査装置で検査しなければならない。複数台の装置を用意するコスト、試料となる接合ウェハーのセッティングの手間等の負担がかかるので、結晶欠陥、異物・ボイド、膜厚ムラ等のうちの少なくともいずれかを同時に検査することができ、検査のスループットを向上させることができる検査装置及び検査方法が望まれている。

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、検査のスループットを向上させることができる検査装置及び検査方法を提供することである。

本実施形態の一態様に係る検査装置は、振動方向が第１方向の第１直線偏光を含む照明光において、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する第２方向の第２直線偏光と、第３方向の第３直線偏光とに分離する偏光分離素子と、分離された前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む前記照明光を、試料に対して集光するとともに、前記照明光が前記試料で反射した第１反射光を集光する対物レンズと、前記第１反射光を、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第２反射光と、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第３反射光とに分離する光学分離部材と、前記第２反射光に含まれた前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光において、前記振動方向が前記第１方向に直交する第４方向の各偏光成分を含む第４反射光を分離する第１偏光分離部材と、前記第３反射光を、前記第２直線偏光を含む第５反射光と、前記第３直線偏光を含む第６反射光とに分離する第２偏光分離部材と、前記第４反射光を受光する第１受光素子と、前記第５反射光を受光する第２受光素子と、前記第６反射光を受光する第３受光素子と、を備える。このような構成により、検査のスループットを向上させることができる。

上記の検査装置では、前記偏光分離素子は、ノマルスキープリズムを含み、前記偏光分離素子は、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する前記第２方向の正常光と、前記第３方向の異常光とに分離し、前記光学分離部材は、ハーフミラーを含み、前記光学分離部材は、前記第１反射光を、前記正常光及び前記異常光を含む前記第２反射光と、前記正常光及び前記異常光を含む前記第３反射光とに分離し、前記第２偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含み、前記第２偏光分離部材は、前記第３反射光を、前記異常光を含む前記第５反射光と、前記正常光を含む前記第６反射光と、に分離してもよい。

上記の検査装置では、前記第１偏光分離部材は、偏光板を含み、前記第１偏光分離部材は、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む前記第４反射光を分離してもよい。

上記の検査装置では、前記第２偏光分離部材と、前記第３受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、前記第３受光素子は、前記第６反射光が前記バンドパスフィルタを透過した第７反射光を受光してもよい。

上記の検査装置では、前記第２偏光分離部材と、前記第２受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、前記第２受光素子は、前記第５反射光が前記バンドパスフィルタを透過した第８反射光を受光してもよい。

上記の検査装置では、前記光学分離部材と、前記第２偏光分離部材との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、前記第２偏光分離部材は、前記第３反射光が前記バンドパスフィルタを透過した第８反射光を、前記第５反射光と、前記第６反射光とに分離してもよい。

上記の検査装置では、第４受光素子をさらに備え、前記第１偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含み、前記第１偏光分離部材は、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む前記第４反射光と、前記第１方向の各偏光成分を含む第９反射光とに分離し、前記第４受光素子は、前記第９反射光を受光してもよい。

上記の検査装置では、前記照明光が前記偏光分離素子に入射するまでの光路上に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、前記偏光分離素子は、前記バンドパスフィルタを透過した前記照明光を分離してもよい。

上記の検査装置では、前記照明光は、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光でもよい。

上記の検査装置では、前記照明光は、所定の中心波長をピークとする単色光でもよい。

本実施形態の一態様に係る検査方法は、振動方向が第１方向の第１直線偏光を含む照明光において、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する第２方向の第２直線偏光と、第３方向の第３直線偏光とに偏光分離素子によって分離させるステップと、分離された前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む前記照明光を対物レンズによって試料に対して集光させるとともに、前記照明光が前記試料で反射した第１反射光を前記対物レンズによって集光させるステップと、前記第１反射光を、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第２反射光と、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第３反射光とに光学分離部材によって分離させるステップと、前記第２反射光に含まれた前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光において、前記振動方向が前記第１方向に直交する第４方向の各偏光成分を含む第４反射光を第１偏光分離部材によって分離させるステップと、前記第３反射光を、前記第２直線偏光を含む第５反射光と、前記第３直線偏光を含む第６反射光とに第２偏光分離部材によって分離させるステップと、前記第４反射光を第１受光素子によって受光させ、前記第５反射光を第２受光素子によって受光させ、前記第６反射光を第３受光素子によって受光させるステップと、を備える。このような構成により、検査のスループットを向上させることができる。

上記の検査方法では、前記偏光分離素子は、ノマルスキープリズムを含むようにし、前記偏光分離素子によって、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する第２方向の正常光と、第３方向の異常光とに分離させ、前記光学分離部材は、ハーフミラーを含むようにし、前記光学分離部材によって、前記第１反射光を、前記正常光及び前記異常光を含む第２反射光と、前記正常光及び前記異常光を含む第３反射光と、に分離させ、前記第２偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含むようにし、前記第２偏光分離部材によって、前記第３反射光を、前記異常光を含む第５反射光と、前記正常光を含む第６反射光と、に分離させてもよい。

上記の検査方法では、前記第１偏光分離部材は、偏光板を含むようにし、前記第１偏光分離部材によって、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む第４反射光を分離させてもよい。

上記の検査方法では、前記受光させるステップにおいて、前記第３受光素子に、前記第２偏光分離部材と前記第３受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタを透過した第７反射光を受光させてもよい。

上記の検査方法では、前記受光させるステップにおいて、前記第２受光素子に、前記第２偏光分離部材と前記第２受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタを透過した第８反射光を受光させてもよい。

上記の検査方法では、前記第２偏光分離部材によって分離させるステップにおいて、前記第２偏光分離部材に、前記第３反射光が前記光学分離部材と前記第２偏光分離部材との間に配置されたバンドパスフィルタを透過した第８反射光を、前記第５反射光と、前記第６反射光とに分離させてもよい。

上記の検査方法では、前記第１偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含むようにし、前記第１偏光分離部材によって、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む第４反射光と、前記第１方向の各偏光成分を含む第９反射光と、に分離させ、前記受光させるステップにおいて、第４受光素子に、前記第９反射光を受光させてもよい。

上記の検査方法では、前記偏光分離素子によって分離させるステップにおいて、前記照明光が前記偏光分離素子に入射する前までの光路上に配置されたバンドパスフィルタを透過した前記照明光を分離させてもよい。

上記の検査方法では、前記照明光は、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光でもよい。

上記の検査方法では、前記照明光は、所定の中心波長をピークとする単色光でもよい。

本発明によれば、検査のスループットを向上させることができる検査装置及び検査方法を提供することができる。

貼り合わせウェハーの着目欠陥を例示した図である。 貼り合わせウェハーの着目欠陥の検査方法と条件例を例示した図である。 ヘテロエピウェハーの着目欠陥を例示した図である。 ヘテロエピウェハーの着目欠陥の検査方法と条件例を例示した図である。 実施形態に係る検査装置を例示した構成図である。 実施形態に係る検査装置において、照明光及び反射光の光軸をＺ軸方向とした場合の偏光の振動方向を例示した図である。 実施形態に係る検査方法を例示したフローチャート図である。 実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。 実施形態２に係る検査装置を例示した構成図である。 実施形態３に係る検査装置を例示した構成図である。 実施形態３に係る検査装置において、照明光及び反射光の光軸をＺ軸方向とした場合の偏光の振動方向を例示した図である。 実施形態４に係る検査装置を例示した構成図である。

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

（実施形態の概要）
まず、実施形態の概要を説明する。図５は、実施形態に係る検査装置を例示した構成図である。図５に示すように、検査装置１００は、光源１０、レンズ１１～１４、対物レンズ１５、スリット１６、偏光分離部材２１～２３、光学分離部材ＨＭ１及びＨＭ２、ミラーＧＭ、偏光分離素子２５、受光素子３１～３３を備えている。

光源１０は、照明光Ｌ１を生成する。照明光Ｌ１は、例えば、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の広帯域光を含む。照明光Ｌ１は、例えば、白色光である。この場合には、光源１０は、白色光源である。なお、後述するように、光源１０は、所定の中心波長をピークとする狭帯域光を含んでもよい。狭帯域光は、例えば、単色光である。

光源１０により生成された照明光Ｌ１は、レンズ１１に入射する。レンズ１１は、光源１０から出射された照明光Ｌ１を集光する。レンズ１１によって集光された照明光Ｌ１は、スリット板に形成されたスリット１６を通過する。例えば、照明光Ｌ１は、スリット１６で焦点を結ぶ。スリット１６を通過した照明光Ｌ１は、偏光分離部材２１に入射する。偏光分離部材２１は、入射した照明光Ｌ１が直線偏光を含むように変換する。偏光分離部材２１は、例えば、偏光板である。なお、偏光分離部材２１は、偏光ビームスプリッタでもよい。

図６は、実施形態に係る検査装置１００において、照明光及び反射光の光軸をＺ軸方向とした場合の偏光の振動方向を例示した図である。図６に示すように、照明光Ｌ１の光軸をＺ軸方向とした場合に、ＸＹ平面は、光軸に直交する。すなわち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、光軸に直交する。ここで、偏光分離部材２１を透過した直偏偏光の振動方向をＸ軸方向とする。そうすると、偏光分離部材２１は、照明光Ｌ１を、振動方向がＸ軸方向の直線偏光を含むように変換する。

振動方向がＸ軸方向の直線偏光を含む照明光Ｌ１は、光学分離部材ＨＭ１に入射する。光学分離部材ＨＭ１は、偏光特性を有さず、入射した照明光Ｌ１の一部を透過させ、一部を反射させることにより、照明光Ｌ１を分離する。光学分離部材ＨＭ１は、例えば、ハーフミラーである。光学分離部材ＨＭ１で分離した照明光Ｌ１は、レンズ１２で集光される。例えば、照明光Ｌ１は、レンズ１２で平行光に変換される。レンズ１２で集光された照明光Ｌ１は、ミラーＧＭで反射する。ミラーＧＭは、例えば、ガルバのミラーである。ミラーＧＭで反射した照明光Ｌ１は、レンズ１３及びレンズ１４を介して、偏光分離素子２５に入射する。例えば、照明光Ｌ１は、レンズ１４で平行光に変換されて、偏光分離素子２５に入射する。

偏光分離素子２５は、例えば、ノマルスキープリズムを含む。偏光分離素子２５は、照明光Ｌ１に含まれた直線偏光を、振動方向が相互に直交する２つの直線偏光に分離する。分離された２つの直線偏光を、正常光及び異常光と呼ぶ。よって、偏光分離素子２５を透過した照明光Ｌ２は、正常光及び異常光を含む。なお、偏光分離素子２５は、ノマルスキープリズム以外のプリズムを含んでもよい。

図６に示すように、正常光は、ＸＹ平面において、Ｘ軸に対して＋４５［ｄｅｇ］の方向に振動する直線偏光である。異常光は、ＸＹ平面において、Ｘ軸に対して－４５［ｄｅｇ］の方向に振動する直線偏光である。このような偏光配置となるように、偏光分離素子２５の配置を設定する。よって、偏光分離素子２５は、振動方向がＸ軸方向の直線偏光を含む照明光Ｌ１において、Ｘ軸方向の直線偏光を、振動方向が相互に直交する＋４５［ｄｅｇ］方向の直線偏光と、－４５［ｄｅｇ］方向の直線偏光と、に分離する。正常光と異常光とは、－４５［ｄｅｇ］方向にシア量Ｓだけ光軸に垂直にズレが発生する。正常光と異常光は、シア量Ｓだけ離れた部分の凹凸により相対的な位相差が発生する。なお、ノマルスキープリズム等の偏光分離素子２５の調整でオフセット位相差は任意に設定することができる。偏光分離素子２５を透過した照明光Ｌ２は、対物レンズ１５に入射する。

対物レンズ１５は、分離された＋４５［ｄｅｇ］方向の直線偏光と、－４５［ｄｅｇ］方向の直線偏光とを含む照明光Ｌ２を試料ＳＭＰに対して集光する。これにより、照明光Ｌ２は、試料ＳＭＰを照明する。試料ＳＭＰは、例えば、貼り合わせウェハー、ヘテロエピウェハー等であるが、それらに限らない。照明光Ｌ２は、試料ＳＭＰにおいて焦点を結ぶ。試料ＳＭＰを照明した照明光Ｌ２は、試料ＳＭＰで反射する。対物レンズ１５は、照明光Ｌ２が試料ＳＭＰで反射した反射光Ｒ１を集光する。反射光Ｒ１は、対物レンズ１５を介して偏光分離素子２５を透過する。偏光分離素子２５を透過した反射光Ｒ１は、互いに振動方向が垂直で位相差のある２つの直線偏光を含むと考えることできる。このときの正常光と異常光の振幅をそれぞれＥｏとＥｅとする。位相もそれぞれδoとδeとする。光軸Ｚ方向に進む波数Ｋの波は、以下のように書ける。ここで、Ｋ＝２π／λであり、λは、中心波長である。時間項は省略する。

偏光分離素子２５を透過した反射光Ｒ１は、レンズ１４及び１３を介して、ミラーＧＭで反射する。そして、反射光Ｒ１は、レンズ１２を介して、光学分離部材ＨＭ１を透過し、光学分離部材ＨＭ２に入射する。光学分離部材ＨＭ２は、例えば、ハーフミラーを含む。光学分離部材ＨＭ２は、光学分離部材ＨＭ１と同様に、偏光特性を有さず、入射した反射光Ｒ１の一部を透過させ、一部を反射させることにより、反射光Ｒ１を分離する。したがって、光学分離部材ＨＭ２は、反射光Ｒ１を、正常光及び異常光を含む反射光Ｒ２と、正常光及び異常光を含む反射光Ｒ３と、に分離する。

光学分離部材ＨＭ２で分離された反射光Ｒ２は、偏光分離部材２２に入射する。偏光分離部材２２は、例えば、偏光板を含む。なお、偏光分離部材２２は、偏光ビームスプリッタでもよい。偏光分離部材２２は、反射光Ｒ２に含まれた正常光及び異常光のＹ軸方向の偏光成分を受光素子３１に導く。すなわち、偏光分離部材２２は、反射光Ｒ２に含まれた正常光及び異常光において、振動方向がＸ軸方向に直交するＹ軸方向の各偏光成分を含む反射光Ｒ４を分離させる。偏光分離部材２２が偏光板の場合には、偏光分離部材２２は、正常光及び異常光における振動方向がＹ軸方向の偏光成分を透過させる。偏光分離部材２２で分離された反射光Ｒ４は、受光素子３１に入射する。受光素子３１は、反射光Ｒ４を受光する。光学分離部材ＨＭ２がハーフミラーの場合には、反射光Ｒ２は、反射光Ｒ１の強度の１／２となる。また、偏光分離部材２２が角度４５［ｄｅｇ］の偏光成分を透過させる偏光板の場合には、反射光Ｒ４の振幅は、ｃｏｓ４５［ｄｅｇ］＝１／√２になる。したがって、受光素子３１は、下記に示す微分干渉強度Ｉｄｉｃ＋を検出する。

一方、偏光特性のない光学分離部材ＨＭ２によって分離された反射光Ｒ３も、（１）式及び（２）式の正常光及び異常光を含む。光学分離部材ＨＭ２によって分離された反射光Ｒ３は、偏光分離部材２３に入射する。偏光分離部材２３は、例えば、偏光ビームスプリッタを含む。

図６に示すように、偏光分離部材２３は、透過させる振動方向及び反射させる振動方向を、正常光の振動方向（＋４５［ｄｅｇ］方向）及び異常光の振動方向（－４５［ｄｅｇ］方向）に合うように設置されている。よって、偏光分離部材２３は、反射光Ｒ３を、正常光を含む反射光Ｒ６と、異常光を含む反射光Ｒ５と、に分離する。これにより、偏光分離部材２３は、正常光及び異常光を、ｐ偏光及びｓ偏光として分離することができる。

反射光Ｒ５は、受光素子３２に入射する。受光素子３２は、反射光Ｒ５を受光する。反射光Ｒ６は、受光素子３３に入射する。受光素子３３は、反射光Ｒ６を受光する。これにより、受光素子３２及び受光素子３３は、それぞれ、ｓ偏光を含む反射光及びｐ偏光を含む反射光を検出する。受光素子３２及び受光素子３３の検出強度は、下記の（４）式及び（５）式となる。

本実施形態の検査装置１００において、受光素子３１は、白色光を用いた微分干渉法による検査結果を検出している。よって、受光素子３１は、例えば、結晶欠陥を検出することができる。受光素子３１は、例えば、試料ＳＭＰが貼り合わせウェハーの場合には、傷（Ｓｃｒａｔｃｈ）、ピット（Ｐｉｔ）、バンプ（Ｂｕｍｐ）、パーティクル（Ｐａｔｔｉｃｌｅ）等の結晶欠陥を検査することができる。また、試料ＳＭＰがヘテロエピウェハーの場合には、六角形のバンプ、クラック、スリップを検査することができる。

受光素子３２は、白色光を用いた明視野観察法による検査結果を検出している。よって、受光素子３２は、受光素子３１と異なる欠陥を検出することができる。例えば、受光素子３２は、試料ＳＭＰが貼り合わせウェハーの場合には、ボイドを検出することができる。また、例えば、受光素子３２は、試料ＳＭＰがヘテロエピウェハーの場合には、パーティクル、Ｖ字状のＶピットを検出することができる。

次に、本実施形態の検査方法を説明する。図７は、実施形態に係る検査方法を例示したフローチャート図である。

図７のステップＳ１１に示すように、照明光Ｌ１の直線偏光を、振動方向が相互に直交する２つの直線偏光に分離させる。具体的には、例えば、振動方向がＸ軸方向の直線偏光を含む照明光Ｌ１において、Ｘ軸方向の直線偏光を、振動方向が相互に直交する＋４５［ｄｅｇ］方向の直線偏光と、－４５［ｄｅｇ］方向の直線偏光とに偏光分離素子２５によって分離させる。例えば、偏光分離素子２５は、ノマルスキープリズムを含むようにし、偏光分離素子によって、Ｘ軸方向の直線偏光を、＋４５［ｄｅｇ］方向の正常光と、－４５［ｄｅｇ］方向の異常光とに分離させてもよい。

次に、ステップＳ１２に示すように、分離された２つの直線偏光を含む照明光Ｌ２を試料ＳＭＰに対して集光させ、照明光Ｌ２が試料ＳＭＰで反射した反射光Ｒ１を集光させる。具体的には、分離された＋４５［ｄｅｇ］方向及び－４５［ｄｅｇ］方向の直線偏光を含む照明光Ｌ２を対物レンズ１５によって試料ＳＭＰに対して集光させるとともに、照明光Ｌ２が試料ＳＭＰで反射した反射光Ｒ１を対物レンズ１５に集光させる。

次に、ステップＳ１３に示すように、反射光Ｒ１を偏光特性なしで分離する。具体的には、反射光Ｒ１を、正常光及び異常光を含む反射光Ｒ２と、正常光及び異常光を含む反射光Ｒ３とに光学分離部材ＨＭ２によって分離させる。例えば、光学分離部材は、ハーフミラーを含むようにしてもよい。

次に、ステップＳ１４に示すように、２つの直線偏光におけるＹ軸方向の各偏光成分を分離する。具体的には、反射光Ｒ２に含まれた正常光及び異常光において、Ｙ軸方向の各偏光成分を含む反射光Ｒ４を偏光分離部材２２によって分離させる。偏光分離部材２２は、偏光板を含むようにしてもよい。

次に、ステップＳ１５に示すように、正常光を含む反射光Ｒ６と、異常光を含む反射光Ｒ５とに分離させる。具体的には、偏光分離部材２３は、偏光ビームスプリッタを含むようにし、反射光Ｒ３を、正常光を含む反射光Ｒ６と、異常光を含む反射光Ｒ５とに偏光分離部材２３によって分離させる。

次に、ステップＳ１６に示すように、各反射光Ｒ４～Ｒ６を各受光素子３１～３３で受光する。具体的には、反射光Ｒ４を受光素子３１よって受光させ、反射光Ｒ５を受光素子３２によって受光させ、反射光Ｒ６を受光素子３３によって受光させる。このようにして、検査することができる。

本実施形態では、微分干渉法を使用可能な状態で、偏光分離素子２５及び偏光分離部材２２及び２３の脱着を必要とせず、微分干渉観察と明視野観察を1回の検査で同時に実施できることができる。よって、試料ＳＭＰを検査するスループットを大幅に向上させることができる。

（実施形態１）
次に、実施形態１に係る検査装置を説明する。本実施形態の検査装置は、例えば、白色光源を用いた共焦点光学系により、ピット・スクラッチ等の結晶欠陥、異物・ボイドの他、膜厚ムラを同時に検査する。図８は、実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。図８に示すように、検査装置１は、検査装置１００と同様に、光源１０、レンズ１１～１４、対物レンズ１５、スリット１６、偏光分離部材２１～２３、光学分離部材ＨＭ１及びＨＭ２、ミラーＧＭ、偏光分離素子２５、受光素子３１～３３を備えている。

本実施形態において、例えば、偏光分離素子２５は、ノマルスキープリズムを含む。ノマルスキープリズムは、Ｘ軸方向の直線偏光を、振動方向が相互に直交する＋４５［ｄｅｇ］方向の正常光と、－４５［ｄｅｇ］方向の異常光と、に分離する。光学分離部材ＨＭ２は、ハーフミラーを含む。ハーフミラーは、反射光Ｒ１を、正常光及び異常光を含む反射光Ｒ２と、正常光及び異常光を含む反射光Ｒ３と、に分離する。

偏光分離部材２２は、偏光板を含む。偏光板は、反射光Ｒ２に含まれた正常光及び異常光において、Ｙ軸方向の各偏光成分を含む反射光Ｒ４を分離させる。受光素子３１は、反射光Ｒ４における微分干渉強度Ｉｄｉｃ＋を検出する。

偏光分離部材２３は、偏光ビームスプリッタを含む。偏光ビームスプリッタは、反射光Ｒ３を、正常光を含む反射光Ｒ６と、異常光を含む反射光Ｒ５と、に分離する。受光素子３２は、ｓ偏光として異常光を含む反射光Ｒ５を受光する。

検査装置１は、さらに、バンドパスフィルタＢＰＦを備えている。バンドパスフィルタＢＰＦは、偏光分離部材２３と、受光素子３３との間に配置されている。偏光分離部材２３で分離されたｐ偏光として正常光を含む反射光Ｒ６は、バンドパスフィルタＢＰＦに入射する。バンドパスフィルタＢＰＦに入射した反射光Ｒ６は、所定の波長の範囲に制限された狭帯域の波長を有する単色光を透過させる。バンドパスフィルタＢＰＦを透過した反射光Ｒ７は、例えば、所定の中心波長をピークとする単色光である。反射光Ｒ７は、例えば、５４６［ｎｍ］の単色光を含む。受光素子３３は、反射光Ｒ６がバンドパスフィルタＢＰＦを透過した反射光Ｒ７を受光する。よって、受光素子３３は、単色光を含む反射光Ｒ７を検出することにより、膜厚ムラを検出することができる。これにより、本実施形態の検査装置１は、ピット・スクラッチ等の結晶欠陥、異物・ボイドの他、膜厚ムラを１回の撮像で同時に検査することができる。

本実施形態の検査方法は、図７のステップＳ１６における反射光Ｒ６を受光素子３３に受光させる際に、偏光分離部材２３と受光素子３３との間に配置されたバンドパスフィルタＢＰＦを透過した反射光Ｒ７を受光させる。これ以外の構成及び動作は、実施形態の概要の記載に含まれている。

このように、本実施形態では、微分干渉光学系の設定において、明視野観察と白色または単色観察を光学系の切り替えなしに同時に実施できる。つまり、１回の撮像で複数の情報を得ることが可能である。よって、検査時間を大幅に短縮することができ、検査のスループットを大幅に向上させることができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る検査装置を説明する。本実施形態の検査装置は、白色光源を用いた共焦点光学系により、ピット・スクラッチ等の結晶欠陥、膜厚ムラ、偏光度を同時に検査する。図９は、実施形態２に係る検査装置を例示した構成図である。図９に示すように、検査装置２は、検査装置１と同様に、光源１０、レンズ１１～１４、対物レンズ１５、スリット１６、偏光分離部材２１～２３、光学分離部材ＨＭ１及びＨＭ２、ミラーＧＭ、偏光分離素子２５、受光素子３１～３３、バンドパスフィルタＢＰＦを備えている。

前述の検査装置１においては、バンドパスフィルタＢＰＦは、偏光分離部材２３と、受光素子３３との間に配置されているが、本実施形態の検査装置２においては、バンドパスフィルタＢＰＦは、光学分離部材ＨＭ２と、偏光分離部材２３と、の間に配置されている。よって、光学分離部材ＨＭ２で分割された反射光Ｒ３は、バンドパスフィルタＢＰＦにより単色光を含む反射光Ｒ８に変換される。偏光分離部材２３は、反射光Ｒ３がバンドパスフィルタＢＰＦを透過した反射光Ｒ８を、反射光Ｒ５と、反射光Ｒ６とに分離する。すなわち、単色光に変換された反射光Ｒ８は、偏光分離部材２３によって、ｐ偏光として正常光を含む反射光Ｒ６と、ｓ偏光として異常光を含む反射光Ｒ５とに分離される。

なお、バンドパスフィルタＢＰＦは、光学分離部材ＨＭ２と、偏光分離部材２３との間に配置される代わりに、偏光分離部材２３と受光素子３２との間、及び、偏光分離部材２３と受光素子３３との間に配置されてもよい。よって、受光素子３２は、反射光Ｒ５がバンドパスフィルタＢＰＦを透過した反射光を受光し、受光素子３３は、反射光Ｒ６がバンドパスフィルタＢＰＦを透過した反射光Ｒ７を受光してもよい。この場合には、それぞれ透過させる波長の異なるバンドパスフィルタＢＰＦを用いてもよい。これにより、２波長の膜厚ムラにも応用することができる。

本実施形態では、広帯域光の明視野観察は困難であるため、ボイド周囲に発生する膜内干渉を抑制することは困難である。（ただし、膜厚ムラの検査が不要であれば、バンドパスフィルタＢＰＦを使わずにボイド検査を選択することがはできる。）本実施形態では、ボイドの検査の代わりに、膜の偏光特性に関する情報を取得することができる。例えば、ここでは、膜の偏光特性に関する情報を、偏光度（α）と定義し、（６）式のように計算することができ、可視化することができる。本実施形態において、前述の（４）式のＩｓと（５）式のＩｐは、同じ波長の強度である。

本実施形態の検査装置２は、ピット・スクラッチ等の結晶欠陥、膜厚ムラ、偏光度（あるいは、バンドパスフィルタＢＰＦを外すことにより、ピット・スクラッチ等の結晶欠陥、異物・ボイド、偏光度）を同時に１回の撮像でそれぞれ検査することができる。受光素子３２の検出強度Ｉｓ及び受光素子３３の検出強度Ｉｐのシア量のズレ分は、画像上で補正することにより回避することができる。

偏光度は、適当なスケール変換により、例えば、０～２５５のようにグレースケール画像として表示することができる。よって、光学異方性結晶のドメイン方向の違いと凹凸による微分干渉コントラストの偏光情報を分離することに利用することができる。

本実施形態の検査方法は、図７のステップＳ１５における正常光を含む反射光と、異常光を含む反射光とに分離する際に、偏光分離部材２３に、反射光Ｒ３が光学分離部材ＨＭ２と偏光分離部材２３との間に配置されたバンドパスフィルタＢＰＦを透過した反射光Ｒ８を、反射光Ｒ５と、反射光Ｒ６とに分離させる。これ以外の構成及び動作は、実施形態の概要及び実施形態１の記載に含まれている。

（実施形態３）
次に、実施形態３に係る検査装置を説明する。本実施形態の検査装置は、白色光源を用いた共焦点光学系により、膜厚ムラ、偏光度、位相差を同時に検査する。図１０は、実施形態３に係る検査装置を例示した構成図である。図１０に示すように、検査装置３は、光源１０、レンズ１１～１４、対物レンズ１５、スリット１６、偏光分離部材２１、２３及び２４、光学分離部材ＨＭ１及びＨＭ２、ミラーＧＭ、偏光分離素子２５、受光素子３１～３４、バンドパスフィルタＢＰＦを備えている。このように、本実施形態の検査装置３は、受光素子３４をさらに備えている。また、偏光分離部材２２の代わりに偏光分離部材２４が配置されている。

本実施形態の検査装置３においては、バンドパスフィルタＢＰＦは、照明光Ｌ１が偏光分離素子２５に入射する前までの光路上に配置されている。例えば、バンドパスフィルタＢＰＦは、光源１０と、光学分離部材ＨＭ１との間、具体的には、レンズ１１とスリット１６との間に配置されている。これにより、照明光Ｌ１を単色光に変換している。よって、照明光Ｌ１は、所定の中心波長をピークとする単色光である。これにより、偏光分離素子２５は、バンドパスフィルタＢＰＦを透過した照明光を分離する。なお、バンドパスフィルタＢＰＦを配置する代わりに、光源１０を単色光源としてもよい。位相差を広帯域光の中心波長で代用できる場合は、照明光Ｌ１のバンドパスフィルタＢＰＦを用いずに、白色光でも構わないが、その場合には、膜ムラの検査は困難となる。

検査装置３においては、偏光分離部材２４として、偏光ビームスプリッタが配置されている。図１１は、実施形態３に係る検査装置３において、照明光及び反射光の光軸をＺ軸方向とした場合の偏光の振動方向を例示した図である。

図１１に示すように、検査装置３において、偏光分離部材２４における偏光ビームスプリッタの偏光の向きは、Ｙ軸方向とＸ軸方向に向くように配置する。このように、偏光分離部材２４は、偏光ビームスプリッタを含み、偏光ビームスプリッタは、反射光Ｒ２に含まれた正常光及び異常光において、Ｙ軸方向の各偏光成分を含む反射光Ｒ４と、Ｘ軸方向の各偏光成分を含む反射光Ｒ９と、に分離する。受光素子３１は、Ｙ軸方向の直線偏光を含む反射光Ｒ４を受光する。受光素子３４は、Ｘ軸方向の直線偏光を含む反射光Ｒ９を受光する。受光素子３１は、微分干渉強度Ｉｄｉｃ＋を検出する。受光素子３４は、微分干渉強度Ｉｄｉｃ－を検出する。微分干渉強度Ｉｄｉｃ＋は、（３）式と同様の（７）式である。微分干渉強度Ｉｄｉｃ－は、位相が１８０度ずれた干渉となるため、（８）式となる。

（７）式と（８）式との差分をとると、（９）式のように位相差を計算することができる。位相差を疑似的な表面凹凸と仮定すると、シア方向の微分係数を（１０）式のように書くことができる。よって、これを積分計算することにより、疑似的に欠陥の凹凸を復元することができる。白色光の場合には、λには中心波長を使用する。

本実施形態の検査装置３は、受光素子３１～受光素子３４を用いている。バンドパスフィルタＢＰＦを透過させた単色光の照明光、または、単色光の照明光を生成する光源を用いることにより、位相差、膜厚ムラ、偏光度を同時に検査することができる。

本実施形態の検査方法は、図７のステップＳ１１における照明光の直線偏光を、振動方向が相互に直交する２つの直線偏光に分離させる際に、バンドパスフィルタＢＰＦを透過した単色光の照明光を分離させる。また、図７のステップＳ１４における２つの直線偏光におけるＹ軸方向の各偏光成分を分離させる際に、偏光分離部材２４によって、反射光Ｒ２に含まれた正常光及び異常光において、Ｙ軸方向の各偏光成分を含む反射光Ｒ４と、Ｘ軸方向の各偏光成分を含む反射光Ｒ９と、に分離させる。そして、受光素子３４に、反射光Ｒ９を受光させる。これ以外の構成及び動作は、実施形態の概要及び実施形態１～２の記載に含まれている。

（実施形態４）
次に、実施形態４に係る検査装置を説明する。本実施形態の検査装置は、白色光源を用いた共焦点光学系により、ピット・スクラッチ等の結晶欠陥、位相差、異物・ボイド、偏光度を同時に検査する。

図１２は、実施形態４に係る検査装置を例示した構成図である。図１２に示すように、検査装置４は、前述の実施形態３の検査装置３から、バンドパスフィルタＢＰＦを省いた構成となっている。これ以外の構成及び動作は、実施形態３と同様である。本実施形態の検査装置４は、受光素子３１～受光素子３４を用いるとともに、白色光の照明光Ｌ１を用いることにより、膜厚ムラ、偏光度、位相差を同時に検査することができる。

実施形態の概要及び実施形態１～４において、検査対象として複数の種類を同時に検査するための光学系としては、所望する情報により変更は可能である。例えば、膜内干渉コントラストの抑制には、白色光を用いる。これにより、微分干渉法による明視野観察において、２重像を回避するために“正常光”と“異常光”を分離して独立に受光している。これら２つの明視野像を、単色光と白色光、単色光同士、白色光同士、を予め設定しておくことで、膜ムラ、異物・ボイド検査、偏光度、微分干渉位相差の解析に使うことができる。

また、実施形態の概要及び実施形態１～４において、膜厚ムラ、異物・ボイド、結晶欠陥を同時に測定し、高スループットで検査し評価するという目的のために、以下の点を利用している。

（１）透明基板（サファイア、スピネル、合成石英等）を用いている場合には、共焦点光学系を使うことにより、裏面反射光を除去することができる。よって、正味の表面反射光を正確に測定することができる。共焦点光学と微分干渉光学系は共存可能である。基板の影響が十分無視できる場合は非共焦点光学系を使うこともできる。なお、共焦点光学系は、白色光を用いる方式ならば、スリット１６方式以外の方法でもよい。

（２）これまでの分光膜厚計のように反射光を分光する代わりに、照明光を単色光（狭帯域光）として、試料ＳＭＰの反射強度を測定する。測定波長は、試料ＳＭＰによって最適化できるように選択式にしてもよい。この検査は、明視野（ＩｐまたはＩｓの一方）で行う。Ｉｐ及びＩｓは、ノマルスキープリズム等の偏光分離素子２５によって、２分割された互いに振動方向が垂直な直線偏光と考えることができる。従って、微分干渉で発生する位相差を含まずに、偏光ビームスプリッタＰＢＳでそれぞれ分離し、別々の受光素子で検出することができる。この明視野像のコントラストは、膜厚と相関している（波長、試料ＳＭＰの光学定数は固定）ので、膜ムラ検査が可能となる。絶対反射率の基準試料として、シリコンや石英ガラスなどの、反射スペクトルが既知のサンプルを予め測定しておくことで、光学系自身の波長依存性を計算により補正することができる。

（３）異物・ボイド等の欠陥を検査するためには、上記（２）のままでは、ボイドや透明異物の周辺に干渉縞が発生してしまうため、検査の妨げとなる。したがって、明視野のＩｓを白色光（広帯域光）にする。白色光で発生するいろいろな波長の干渉縞を合算することで、干渉縞コントラストを抑制することができる。また、広帯域光を使うことで可干渉性を小さくすることもできる。同時に、膜内部の干渉コントラストも抑制されるため、異物やボイドの検出と判別を容易にすることができる。

（４）結晶欠陥は、ピットやスクラッチといったナノオーダーの凹凸であり、これらを検査するためには微分干渉光学系が必要である。しかし、膜付き貼り合わせウェハー等では、膜内部干渉コントラストが卓越しているため、結晶欠陥の微弱がコントラストを検出妨げとなっている。そこで、（３）と同様に、白色光（広帯域光）を用いることによって、膜内干渉コントラストを抑制し、安定して結晶欠陥を検査することができる。

（１）～（４）が膜ムラ、異物・ボイド、ピット・スクラッチを同時に測定する場合の光学系の一例であるが、（２）明視野観察（Ｉｓ及びＩｐ）を同じ波長にする場合（２ａ）と、異なる単波長にする場合（２ｂ）とで、検査項目を変更することができる。さらに、微分干渉光学系の検光子に偏光ビームスプリッタＰＢＳを用いる場合には、微分干渉のコントラスト（ＤＩＣ＋）と位相が１８０［ｄｅｇ］反転した微分干渉コントラスト（ＤＩＣ－）をそれぞれの受光素子３１及び３４で測定することができる。これらの２つの微分干渉コントラストの差分には位相変化が含まれるので、同じ波長で測定した場合（２ａ）の結果と合わせて計算することで、位相差成分のみを定量化することができる。

（５）Ｉｐ及びＩｓを同じ波長で検査する場合には、それぞれ互いに偏光方向が垂直であるので、これらの比率（Ｉｐ－Ｉｓ）／（Ｉｐ＋Ｉｓ）を用いて、簡便に結晶ドメインの相対的な方位識別を検査することができる。膜ムラと膜の偏光特性（歪）なども同時検査可能となる。微分干渉コントラストには、原理的に偏光性の効果が含まれるので、その程度を確認することができる。

（６）Ｉｐ及びＩｓを異なる２つの別々の波長で検査する場合には、膜ムラ検査の膜厚のダイナミックレンジを広げることができる。或いは、ウェハー上の透過性のない金属電極を識別することができる。

（７）ＤＩＣ＋、ＤＩＣ－、Ｉｐ、Ｉｓを全て同じ波長で測定することで、微分干渉の位相差δを定量化することができる。予め、ノマルスキープリズムによって生じる位相差のオフセットを設定しておけば、絶対値として計算できる。
ｃｏｓδ＝（（ＤＩＣ＋）－（ＤＩＣ－））／２√（Ｉｐ・Ｉｓ）

膜厚が十分に均一であれば、位相差δは勾配に対応する。よって、積分することで欠陥の凹凸形状を復元することも可能である。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態による限定は受けない。例えば、バンドパスフィルタＢＰＦを設置する光路内の位置により、同時に検査できる項目は、実施形態１～４以外の組み合わせを可能とすることができる。また、実施形態１～４の各構成を組み合わせたものも、実施形態の技術的思想の範囲に含まれる。

１、２、３、４、１００ 検査装置
１０ 光源
１１、１２、１３、１４ レンズ
１５ 対物レンズ
１６ スリット
２１、２２、２３、２４ 偏光分離部材
２５ 偏光分離素子
３１、３２、３３、３４ 受光素子
ＢＰＦ バンドパスフィルタ
ＧＭ ミラー
ＨＭ１、ＨＭ２ 光学分離部材
Ｌ１、Ｌ２ 照明光
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９ 反射光
ＳＭＰ 試料

Claims (20)

1. 振動方向が第１方向の第１直線偏光を含む照明光において、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する第２方向の第２直線偏光と、第３方向の第３直線偏光とに分離する偏光分離素子と、
   分離された前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む前記照明光を、試料に対して集光するとともに、前記照明光が前記試料で反射した第１反射光を集光する対物レンズと、
   前記第１反射光を、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第２反射光と、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第３反射光とに分離する光学分離部材と、
   前記第２反射光に含まれた前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光において、前記振動方向が前記第１方向に直交する第４方向の各偏光成分を含む第４反射光を分離する第１偏光分離部材と、
   前記第３反射光を、前記第２直線偏光を含む第５反射光と、前記第３直線偏光を含む第６反射光とに分離する第２偏光分離部材と、
   前記第４反射光を受光する第１受光素子と、
   前記第５反射光を受光する第２受光素子と、
   前記第６反射光を受光する第３受光素子と、
   を備えた検査装置。
2. 前記偏光分離素子は、ノマルスキープリズムを含み、
   前記偏光分離素子は、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する前記第２方向の正常光と、前記第３方向の異常光とに分離し、
   前記光学分離部材は、ハーフミラーを含み、
   前記光学分離部材は、前記第１反射光を、前記正常光及び前記異常光を含む前記第２反射光と、前記正常光及び前記異常光を含む前記第３反射光とに分離し、
   前記第２偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含み、
   前記第２偏光分離部材は、前記第３反射光を、前記異常光を含む前記第５反射光と、前記正常光を含む前記第６反射光とに分離する、
   請求項１に記載の検査装置。
3. 前記第１偏光分離部材は、偏光板を含み、
   前記第１偏光分離部材は、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む前記第４反射光を分離する、
   請求項２に記載の検査装置。
4. 前記第２偏光分離部材と、前記第３受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、
   前記第３受光素子は、前記第６反射光が前記バンドパスフィルタを透過した第７反射光を受光する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の検査装置。
5. 前記第２偏光分離部材と、前記第２受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、
   前記第２受光素子は、前記第５反射光が前記バンドパスフィルタを透過した第８反射光を受光する、
   請求項４に記載の検査装置。
6. 前記光学分離部材と、前記第２偏光分離部材との間に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、
   前記第２偏光分離部材は、前記第３反射光が前記バンドパスフィルタを透過した第８反射光を、前記第５反射光と、前記第６反射光とに分離する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の検査装置。
7. 第４受光素子をさらに備え、
   前記第１偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含み、
   前記第１偏光分離部材は、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む前記第４反射光と、前記第１方向の各偏光成分を含む第９反射光とに分離し、
   前記第４受光素子は、前記第９反射光を受光する、
   請求項２に記載の検査装置。
8. 前記照明光が前記偏光分離素子に入射するまでの光路上に配置されたバンドパスフィルタをさらに備え、
   前記偏光分離素子は、前記バンドパスフィルタを透過した前記照明光を分離する、
   請求項７に記載の検査装置。
9. 前記照明光は、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光である、
   請求項１～８のいずれか１項に記載の検査装置。
10. 前記照明光は、所定の中心波長をピークとする単色光である、
    請求項７に記載の検査装置。
11. 振動方向が第１方向の第１直線偏光を含む照明光において、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する第２方向の第２直線偏光と、第３方向の第３直線偏光とに偏光分離素子によって分離させるステップと、
    分離された前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む前記照明光を対物レンズによって試料に対して集光させるとともに、前記照明光が前記試料で反射した第１反射光を前記対物レンズによって集光させるステップと、
    前記第１反射光を、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第２反射光と、前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光を含む第３反射光とに光学分離部材によって分離させるステップと、
    前記第２反射光に含まれた前記第２直線偏光及び前記第３直線偏光において、前記振動方向が前記第１方向に直交する第４方向の各偏光成分を含む第４反射光を第１偏光分離部材によって分離させるステップと、
    前記第３反射光を、前記第２直線偏光を含む第５反射光と、前記第３直線偏光を含む第６反射光とに第２偏光分離部材によって分離させるステップと、
    前記第４反射光を第１受光素子によって受光させ、前記第５反射光を第２受光素子によって受光させ、前記第６反射光を第３受光素子によって受光させるステップと、
    を備えた検査方法。
12. 前記偏光分離素子は、ノマルスキープリズムを含むようにし、
    前記偏光分離素子によって、前記第１直線偏光を、前記振動方向が相互に直交する第２方向の正常光と、第３方向の異常光とに分離させ、
    前記光学分離部材は、ハーフミラーを含むようにし、
    前記光学分離部材によって、前記第１反射光を、前記正常光及び前記異常光を含む第２反射光と、前記正常光及び前記異常光を含む第３反射光と、に分離させ、
    前記第２偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含むようにし、
    前記第２偏光分離部材によって、前記第３反射光を、前記異常光を含む第５反射光と、前記正常光を含む第６反射光と、に分離させる、
    請求項１１に記載の検査方法。
13. 前記第１偏光分離部材は、偏光板を含むようにし、
    前記第１偏光分離部材によって、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む第４反射光を分離させる、
    請求項１２に記載の検査方法。
14. 前記受光させるステップにおいて、
    前記第３受光素子に、前記第２偏光分離部材と前記第３受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタを透過した第７反射光を受光させる、
    請求項１１～１３のいずれか１項に記載の検査方法。
15. 前記受光させるステップにおいて、
    前記第２受光素子に、前記第２偏光分離部材と前記第２受光素子との間に配置されたバンドパスフィルタを透過した第８反射光を受光させる、
    請求項１４に記載の検査方法。
16. 前記第２偏光分離部材によって分離させるステップにおいて、
    前記第２偏光分離部材に、前記第３反射光が前記光学分離部材と前記第２偏光分離部材との間に配置されたバンドパスフィルタを透過した第８反射光を、前記第５反射光と、前記第６反射光とに分離させる、
    請求項１１～１３のいずれか１項に記載の検査方法。
17. 前記第１偏光分離部材は、偏光ビームスプリッタを含むようにし、
    前記第１偏光分離部材によって、前記第２反射光に含まれた前記正常光及び前記異常光において、前記第４方向の各偏光成分を含む第４反射光と、前記第１方向の各偏光成分を含む第９反射光と、に分離させ、
    前記受光させるステップにおいて、
    第４受光素子に、前記第９反射光を受光させる、
    請求項１２に記載の検査方法。
18. 前記偏光分離素子によって分離させるステップにおいて、
    前記照明光が前記偏光分離素子に入射する前までの光路上に配置されたバンドパスフィルタを透過した前記照明光を分離させる、
    請求項１７に記載の検査方法。
19. 前記照明光は、所定の波長の範囲に渡って連続した波長の光を含む白色光である、
    請求項１１～１８のいずれか１項に記載の検査方法。
20. 前記照明光は、所定の中心波長をピークとする単色光である、
    請求項１７に記載の検査方法。

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