JP3126546B2 - 検査装置と検査方法、並びにこれを用いたシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば半導体製造などに
おいて、検査面上に存在する微小物や欠陥などを光学的
に検査する技術分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣや液晶ディスプレイ等のデバイスの
製造工程においては、原版（レチクルやフォトマスク）
の上に形成されている露光用の回路パターンを、半導体
焼付装置によりレジストが塗布されたウエハ面上に転写
して製造している。

【０００３】この転写の際に、原版面上に微小なゴミ等
の異物が存在すると、異物も同時に転写されてしまい、
ＩＣ製造の歩留りを低下させる原因となる。特にステッ
プアンドリピート法により繰り返してウエハ面上に同一
回路パターンを複数並べて焼付ける場合、原版上の１個
の異物がウエハ全面に焼き付けられてしまい１ウエハ分
が全て不良品となるため、ＩＣ製造の歩留りを大きく低
下させる原因となる。そのため、ＩＣ製造過程において
は原版上の異物の存在を検出するのが不可欠となってお
り、従来より種々の検査方法が提案されている。例えば
図６６は異物による散乱光を検出することで異物の有無
を検査する従来の検査装置の構成図である。

【０００４】同図において、レーザ光源１５１からのレ
ーザビームは、偏光子１５２、フィルタ１５３、コリメ
ート系１５４などによって異物検査に最適なレーザビー
ムとされ、ミラー１５５を介してポリゴン等のスキャニ
ングミラー１５７とｆθレンズ１５８による走査光学系
に導かれる。ｆθレンズ１５８からの走査レーザビーム
は回路パターンが形成されるレチクル等の検査面１６０
の表面に走査スポット１５９として集光される。走査ス
テージ系１６６によって走査スポット１５９による走査
方向と垂直に検査面１６０を相対的に移動させることに
より、検査面１６０を２次元的に全面走査することがで
きる。

【０００５】この走査レーザビームの入射方向に対して
後方あるいは側方散乱方向には、レンズ系１６１、偏光
子１６２、アパーチャ１６３、光電検出器１６４により
構成される検出系を配置する。この検出系の配置方向に
ついては、検査面１６０上の回路パターン等の散乱光が
特定の回折方向を有するので、これを避けて回折光を検
出しないような方向に設定される。

【０００６】このような構成の装置において、走査スポ
ット１５９内に異物が存在しない場合には光電検出器１
６４では散乱光は検出されないが、もし異物が存在する
場合は、微小な異物から散乱光が等方的に発生するため
光電検出器１６４で散乱光が検出されることになる。よ
ってこの検出信号を信号処理系１６５で処理することに
より異物の有無の検査を行なうことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら上記
従来の検査装置においては、以下のような解決すべき課
題があった。 （１）例えばサイズ０．３μｍ程度以下の非常に微小な
異物を検出しようとすると、発生する散乱光強度が非常
に微弱になるので、異物による散乱光を感度良く検出す
ることが困難となる。 （２）回路パターンによってはパターンから検出器側に
散乱光が生じる場合があるが、散乱光の強度情報のみを
利用した従来方式では、異物からの散乱光と回路パター
ンからの散乱光とを区別することが困難でＳ／Ｎ比の劣
化につながる。

【０００８】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
ので、従来は検出が難しかった微小な異物や欠陥など
を、高いＳ／Ｎ比で検出することができる検出装置及び
検出方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の好ましい形態の一つは、第１の偏光状態及び第１の
波長を有する第１光束と、前記第１光束とは異なる第２
の偏光状態及び第２の波長を有する第２光束を生成する
生成手段と、少なくとも前記第１光束を検査位置に照射
する照射手段と、該検査位置で散乱されて偏光状態が前
記第１の偏光状態から変化した光と、前記第２光束とを
ヘテロダイン干渉させて干渉光を検出する検出手段とを
有することを特徴とする検査装置である。

【００１０】

【実施例】以下、半導体分野などで使用される露光用原
版（レチクルやフォトマスク）やウエハなどの検査面上
を検査する装置、具体的には検査面上に付着するゴミ等
の異物あるいは検査面上に付いたキズなどの欠陥を検査
する検査装置に本発明を適用した実施例を説明する。な
お本発明の適用範囲は半導体分野に限らず、面検査装置
に広く適用できることは言うまでもない。

【００１１】＜実施例１＞図１は本発明の第１の実施例
の構成図である。同図において１はレーザ光源、２は偏
光板、３はフィルタ系、４はコリメータ光学系、５，１
２はレーザビームを互いに直交する２つの偏光成分に分
波又は合波するための偏光ビームスプリッタ、６，７は
ミラー、８，９及び１１，１０はレーザビームを適当な
シフト周波数で変調するための音響光学素子とそのドラ
イバの組、１３はポリゴンやガルバノ等のスキャニング
ミラー、１４はｆθレンズ系、１５は走査領域に対応し
た長尺形状を有する偏光ビームスプリッタ、１６、１７
は強度減衰フィルタ系、１８、１９はミラー、２０は走
査スポット、２１はレチクル等の検査面、２２は走査ス
テージ系、２６は走査スポット２０からの散乱光を光電
検出器２９に取り込むためのレンズ系、２７は偏光フィ
ルタ、２８はスリット状のアパーチャ、２９は光電検出
器、３０はビート信号処理系である。

【００１２】レーザ光源１から生成されたレーザビーム
は、偏光板２及びフィルタ系３によって直線偏光成分か
らなる適当な強度のレーザビームとなり、コリメータ光
学系によりコリメートされる。このレーザビームは偏光
ビームスプリッタ５によってＰ偏光レーザビームとＳ偏
光レーザビームの２つに分離される。この内のＰ偏光レ
ーザビームはミラー６で反射され、ドライバ８により駆
動される音響光学素子９によってシフト周波数ωで変調
される。又、Ｓ偏光レーザビームはドライバ１０により
駆動される音響光学素子１１によってシフト周波数（ω
＋Δω）で変調され、ミラー７で反射される。そしてこ
れら周波数変調された２つの直線偏光レーザビームは偏
光ビームスプリッタ１２にて合波されて、互いに直交し
かつ互いに相対的にシフト周波数Δωだけ異なる２つの
直線偏光を有する１本のレーザビーム１２ａが生成され
る。

【００１３】なお上記性質を有するレーザビーム１２ａ
を得るための生成手段は上記構成に限らず、音響光学素
子を１個だけ用いて２本のレーザビームどちらか一方だ
けをシフト周波数Δωで変調する構成も可能である。更
にはゼーマンレーザ光源を用いたり、あるいは半導体レ
ーザ光源の注入電流を変調することでも得ることができ
る。

【００１４】レーザビーム１２ａはスキャニングミラー
１３とｆθレンズ系１４による光走査系に導かれ、射出
されるレーザビームは偏光ビームスプリッタ１５により
Ｐ偏光レーザビーム１５ａ（シフト周波数ω）と、Ｓ偏
光レーザビーム１５ｂ（シフト周波数ω＋Δω）に分離
される。

【００１５】分離されたＰ偏光レーザビーム１５ａはフ
ィルタ系１６によって異物検査に最適な強度に設定され
て、ミラー１８により入射角θで検査面２１上に収束さ
れスポット２０を形成する。一方、Ｓ偏光レーザビーム
１５ｂはフィルタ系１７によって異物検査に最適な強度
に設定されて、ミラー１９により入射角φで検査面板２
１の表面上のスポット２０に収束する。すなわちレーザ
ビーム１５ａと１５ｂは互いに異なる入射角で同一スポ
ット２０に収束する。スポット２０に照射されるレーザ
ビーム１５ａとレーザビーム１５ｂの強度比は、例えば
１：１００程度とする。又、スポット２０のサイズは１
０μｍ程度とする。ここで偏光ビームスプリッタ１５か
ら走査スポット２０までの光路長は、Ｐ偏光レーザビー
ム１５ａとＳ偏光レーザビーム１５ｂとがほぼ同じ長さ
になるように構成されており、これによりレーザビーム
のコヒーレント長があまり長くない場合でも干渉させる
ことができる。また入射角θのＰ偏光レーザビーム１５
ａによる０次回折光方向（出射角θ）には光電検出器２
９が配置されるが、この角度についてはレーザビーム１
５ｂの入射角φに対して、検査面２１上の検出すべき異
物や欠陥以外から発生する散乱光（例えばレチクルの場
合の回路パターンによる回折散乱光）が光電検出器２９
に達する光量がなるべく小さくなる角度を選定する。

【００１６】走査スポット２０はスキャニングミラー１
３の回転に伴って図１の紙面垂直方向に移動することで
検査面２１上を光走査する。また走査ステージ系２２は
スポット２０による光走査方向と垂直な方向（図の矢印
方向）に検査面２１を相対的に移動させる。これによっ
て検査面２１の全面を２次元的に走査するようになって
いる。

【００１７】走査スポット２０から光電検出器２９の方
向に発する光のうち本実施例では、（１）Ｐ偏光レーザ
ビーム１５ａの０次回折光２３（Ｐ偏光）、（２）Ｓ偏
光レーザビーム１５ｂの異物や欠陥によって偏光解消さ
れた後方散乱光２４（Ｐ偏光＋Ｓ偏光）、（３）Ｓ偏光
レーザビーム１５ｂの検査面２１に形成されている回路
パターンによる後方散乱光２５（Ｓ偏光）、の３種類の
光に注目する。ここで異物や欠陥によって偏光解消が起
きる理由は、一般に異物や欠陥部の表面は粗いので乱反
射散乱する時に偏光が乱されて入射偏光面とは異なる偏
光成分が生じるためである。これに対して回路パターン
のように表面が比較的均一で滑らかな物体による散乱光
は偏光解消は僅かである。

【００１８】光電検出器２９方向に生じるＰ偏光の０次
回折光２３（シフト周波数ω）と異物や欠陥による後方
散乱光２４（シフト周波数ω＋Δω）のＰ偏光成分とは
偏光面の一致により光ヘテロダイン干渉を起こし、この
干渉光を光電変換するとビート信号が得られる。すなわ
ち光ヘテロダイン法において、０次回折光２３が参照光
でありこれがＰ偏光であることから、これと干渉してビ
ート信号となるのは後方散乱光の中で偏光解消によりＰ
偏光成分を持つ散乱光２４だけである。これは異物や欠
陥による散乱光のみがビート信号として検出され、仮に
回路パターンからの散乱光が存在してもビート信号には
ならない、あるいはなったとしても非常に微弱であるこ
とを意味している。これにより実施例の装置は非常に高
感度且つ高いＳ／Ｎ比での異物や欠陥検査を可能として
いる。

【００１９】レンズ系２６によって取り込まれた上記散
乱光は、Ｐ偏光成分のみを通過させる特性の偏光フィル
タ２７によってＳ偏光などの不要成分が除去され偏光漏
れ込み等のビート信号ノイズを低減する。その後にスリ
ット状のアパーチャ２８を通過して光電検出器２９に達
する。光電検出器２９で得られた検出信号はビート信号
処理系３０により処理され、ビート信号状態によって異
物や欠陥の有無の判定が行なわれる。

【００２０】なお、本実施例ではＰ偏光の０次回折光２
３を参照光として、これと偏光解消によって発生したＰ
偏光とを光ヘテロダイン干渉させてビート信号を得るよ
うにしているが、Ｐ偏光とＳ偏光の関係が全く入れ替わ
るようにしても同様に検出することができる。これを達
成する構成の一例としては、偏光ビームスプリッタ１５
の特性を変えてレーザビーム１５ａがＳ偏光、レーザビ
ーム１５ｂがＰ偏光になるようにして、偏光フィルタ２
７はＳ偏光成分のみを透過させる特性のものを使用すれ
ば良い。

【００２１】次に本実施例における散乱光の発生とビー
ト信号の検出について更に詳しく述べる。図２は走査ス
ポット位置付近に異物及び回路パターンが存在する場合
の散乱光について説明する図である。同図において２０
１は検査面２１に付着する０．３μｍ程度の大きさの異
物、２０２は回路パターン、２０３は偏光フィルタ等を
含むビート信号検出系である。

【００２２】先の図１で説明したように、シフト周波数
ωで変調されたＰ偏光レーザビーム１５ａとシフト周波
数（ω＋Δω）で変調されたＳ偏光レーザビーム１５ｂ
は、それぞれ入射角θ，φで同一のスポット位置に入射
する。ビート信号検出系２０３はレーザビーム１５ａの
検査面２１による０次回折光が発生する方向に配置さ
れ、Ｓ偏光レーザビーム１５ｂに関してはビート信号検
出系２０３は後方散乱方向に配置されることになる。

【００２３】このとき０次回折光２３は検査対象となる
異物のサイズが０．３μｍ程度であるのに対して走査ス
ポット径は１０μｍ程度と十分に大きいために、異物の
有無に関わらず入射光の偏光状態はほぼ保たれたままビ
ート信号検出系２０３に到達する。このことは光の回折
現象において、高次回折光ほど反射面の高周波成分（空
間周波数）に依存し、０次回折光は反射面の低周波成分
に依存していることから説明できる。すなわち０次回折
光はスポット内の微細な構造にはあまり影響を受けな
い。

【００２４】今、検査面２１に入射されるＰ偏光レーザ
ビーム１５ａとＳ偏光レーザビーム１５ｂの電場をそれ
ぞれＥ₁ ，Ｅ₂ とすると次のように表すことができる。

【００２５】 Ｅ₁ ＝ Ｅp ・exp ｛j （ωt ＋θ₁ ）｝ （１） Ｅ₂ ＝ Ｅs ・exp ［j ｛（ω＋Δω）t ＋θ₂ ｝］ （２） このとき、上記の走査スポット２０からの０次回折光２
３、異物による後方散乱光２４、回路パターンによる後
方散乱光２５をそれぞれＦ₁ ，Ｒ₁ ，Ｒ₂ とすると、そ
れぞれ以下のように表せる。

【００２６】 Ｆ₁ ＝ αＥp ・exp ｛j （ωt ＋θ'₁）｝ （３） 但し α：０次光回折率 Ｒ₁ ＝ ΔＥ₁s・exp ［j ｛（ω＋Δω）t ＋θ'₂｝］ ＋ ΔＥ₁p・exp ［j ｛（ω＋Δω）t ＋θ'₂｝］ （４） Ｒ₂ ＝ ΔＥ₂s・exp ［j ｛（ω＋Δω）t ＋θ'₃｝］ （５） このときビート信号検出系２０３によって検出される合
成されたビート信号の強度Ｉは、偏光面が一致するもの
だけが干渉を起こすこと、及びＳ偏光成分はビート検出
系２０３に含まれる偏光フィルタで除去されることを考
慮すると次のように表せる。

【００２７】 Ｉ ＝ ｜Ｆ₁ ＋Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ｜² ＝ （αＥp )²＋ ΔＥ₁p² ＋２αＥp ΔＥ₁p・cos （Δωt ＋θ'₂−θ'₁） （６） 式（４）で与えられた異物によって偏光解消されて生じ
るＰ偏光成分の振幅ΔＥ₁pは非常に微小であるが、式
（６）の第３項により、Ｅp はΔＥ₁pより遥かに大きい
ので、ビート信号検出系２０３で検出されるビート信号
の出力電圧は異物による後方散乱光２４を直接検出する
よりも良好な感度となる。

【００２８】また、式（６）で得られるビート信号のＤ
Ｃ成分とＡＣ成分（周波数Δω）を適当な方法により選
択的に抽出することにより、迷光等のノイズが除去され
てより一層Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

【００２９】ここで検出されるビート信号について説明
する。図３は検出されるビート信号の波形の例を表す図
である。同図において３０１は時間ｔを表す軸、３０２
は検出される信号の強度Ｉを表す軸、３０６は検出され
るビート信号、３０３はビート信号３０６のＤＣ成分、
３０４はビート信号３０６のＡＣ成分、３０５はビート
信号が検出される時間幅（Δｔ）を表している。

【００３０】先にも述べたように、走査スポット内に異
物や欠陥が存在しなければビート信号は検出されない
が、異物や欠陥が存在する場合には３０６で示されるよ
うな周波数Δωのビート信号が時間幅Δｔの間生じる。
ビート信号が生じる時間幅Δｔ（３０５）は、図４に示
すように走査スポット２０のサイズと、このスポット２
０が検査面上を走査する速度によって決まる。すなわち
図４にて走査速度ｖ（４０２）で移動する走査スポット
２０の端が異物２０１にかかってからスポット２０’の
位置に来るまでの時間が、図３におけるビート信号時間
幅Δｔ（３０５）である。

【００３１】この検出されるビート信号を信号処理する
ためのビート信号処理系３０の具体的な構成例を図５を
用いて説明する。同図において、８０１は光電検出器２
９によって検出されたビート信号を増幅するプリアン
プ、８０２は増幅されたビート信号のＤＣ成分８０８と
ＡＣ成分８０７を個別に検出するための信号処理系、８
０３はＤＣ成分８０８を検出することで０次回折光２３
の強度変化をモニタするための０次回折光モニタ系、８
０９はモニタの結果得られた０次回折光２３の強度変動
を補正するための補正信号、８０４は検出されたＡＣ成
分のうち周波数Δωの信号を抽出して、補正信号８０９
で補正するための周波数フィルタ、８０５は周波数フィ
ルタの出力を閾値等と比較して異物や欠陥かどうかを判
定してカウントするカウンタ、８０６は異物や欠陥の数
や、検査面２１上の異物や欠陥の位置を記憶・表示する
ためのコンピュータである。

【００３２】前記の式（６）から、光電検出器２９にて
検出されるビート信号のＡＣ成分８０７とＤＣ成分８０
８はそれぞれ次のように表される。

【００３３】 （ＡＣ成分）＝２αＥp ΔＥ₁p・cos （Δωt ＋θ'₂−θ'₁） （７） （ＤＣ成分）＝（αＥp ）² ＋ ΔＥ₁p² ≒（αＥp ）² （８） 式（７）によれば、ビート信号のＡＣ成分の振幅は０次
回折光強度と異物や欠陥からの後方散乱光に比例するこ
とが分かる。

【００３４】走査スポット２０によって検査面２１上を
走査する時、回路パターン等の影響により０次回折光の
強度変化が生じる可能性があるが、この変化は式（８）
よりＤＣ成分を検出することで得られる。従ってこの影
響を受けずに高いＳ／Ｎ比で測定を行なうためには、式
（８）で示されるビート信号のＤＣ成分を０次回折光モ
ニタ８０３によりモニタして補正を行なう。０次回折光
２３の強度変化は補正信号８０９によって、例えば周波
数フィルタリングの後の信号の増幅倍率を補正信号によ
って変化させることで補正される。この結果、周波数フ
ィルタ８０４の出力パルスの強度は、異物からの散乱光
強度のみに比例するものが得られる。そしてカウンタ８
０５でノイズレベルに閾値を設けて、出力パルスが検出
すべき異物や欠陥によるものなのか、あるいは回路パタ
ーンなどによるノイズであるのかを判定する。その結果
はコンピュータ８０６に取り込まれ、データの記憶や表
示等の処理がなされる。

【００３５】次に本実施例の検出系の更に具体的な光学
構成を説明する。図６は、図１の検出系を上方から見た
図である。同図において６０１はスキャニングミラーに
よって走査スポット２０が走査される光走査領域、６０
２は図１の偏光フィルタ２７やアパーチャ２８などを含
んだフィルタ系、６０３は光電検出器の検出面、６０４
はレンズ系２６により結像された光走査領域６０１の像
領域、６０５は走査ステージ系によって走査される方向
である。このような構成をとることにより、走査スポッ
ト２０が光走査領域６０１のどの位置にあっても、図１
の０次回折光（２３）及び散乱光（２４，２５）はレン
ズ系２６によって取り込まれ、フィルタ系６０２にて迷
光や不要なＳ偏光成分をカットされた後に光電検出器の
検出面６０３内に入射することになり、スキャニングミ
ラー等を用いた走査光学系にて光ヘテロダイン法による
ビート信号検出を可能とする装置構成を達成した。

【００３６】またこの別法として図７に示すように、検
出面位置にオプチカルファイバ束６５０を配置し、これ
らを束ねて光電検出器６５１の検出面に導いておくこと
でも光走査領域６５０におけるビート信号を検出するこ
とが可能である。

【００３７】以上の本実施例によれば以下のような効果
が得られる。 （１）検出すべき異物や欠陥などによって偏光解消され
た光のみがビート信号となり、回路パターンからの散乱
光は殆どビート信号とならないため、高いＳ／Ｎ比で異
物や欠陥検出が可能である。 （２）ヘテロダイン法を用いているため異物からの微弱
散乱光の強度を直接測定するよりも高いＳ／Ｎ比で検出
可能である。 （３）スキャニングミラーによる光走査でヘテロダイン
検出可能となりスループットが大きく向上する。 （４）従来は検出困難であったレチクル上の０．３μｍ
以下の異物を回路パターンと区別して良好な感度で検出
できる。

【００３８】＜実施例２＞次に本発明の第２実施例を説
明する。図８は本実施例の構成図であり、先の図１と同
一の符号は同一あるいは同等の部材を表す。先の実施例
と異なる箇所を中心に説明することにする。

【００３９】図中、１０２は２本のレーザビームを空間
的に分離された平行光束としてスキャニングミラー１３
へ導入するための直角プリズム、１０４はｆθレンズ
系、１０５は上記平行光束を異なる方向に指向するため
のエッジミラーである。

【００４０】互いに周波数及び偏光方向が異なる２つの
レーザビーム、すなわち音響光学素子９でシフト周波数
ωで変調されたＰ偏光レーザビームと音響光学素子１１
でシフト周波数（ω＋Δω）で変調されたＳ偏光レーザ
ビームとが作成されるまでの構成は先の実施例と同様で
ある。先にも述べたように、変形例として音響光学素子
を１個だけ用いて２本のレーザビームどちらか一方だけ
をシフト周波数Δωで変調する構成としたり、ゼーマン
レーザ光源の使用、あるいは半導体レーザ光源の注入電
流を変調するようにしても良い。

【００４１】本実施例においては、上記変調された２つ
の直線偏光レーザビームを重ね合わせずに、ミラー７及
び直角プリズム１０２を用いて距離Δｘだけ離れた平行
光束１０２ａ，１０２ｂを生成している。このレーザビ
ーム１０２ａ，１０２ｂは互いに直交する偏光面を持ち
且つ相対的にシフト周波数Δωだけ異なる２つの直線偏
光を有するものである。なお、この平行光束の間隔Δｘ
は、直角プリズム１０２を図の矢印１０３の方向に移動
させることで容易に所望の間隔に調整することができ
る。

【００４２】２本のレーザビーム１０２ａ，１０２ｂ
は、スキャニングミラー１３とｆθレンズ系１０４によ
る走査光学系に導かれる。ここでｆθレンズ系１０４は
同一光学作用の２つのｆθレンズを組合せたものであ
る。ｆθレンズ系１０４より射出される平行光束は、一
方は直進し他方はエッジミラー１０５により進行方向を
曲げられて、進行方向が異なるＰ偏光レーザビーム１５
ａ（シフト周波数ω）とＳ偏光レーザビーム１５ｂ（シ
フト周波数ω＋Δω）とに分離される。この後の構成作
用については先の第１実施例と全く同様であるため説明
は省略する。

【００４３】なお、本実施例ではＰ偏光の０次回折光２
３を参照光として、これと偏光解消によって発生したＰ
偏光とを光ヘテロダイン干渉させてビート信号を得るよ
うにしているが、Ｐ偏光とＳ偏光の関係が全く入れ替わ
るようにしても同様に検出することができる。これを達
成する構成の一例としては、偏光ビームスプリッタ５の
特性を変えてレーザビーム１０２ａ（１５ａ）がＳ偏
光、レーザビーム１０２ｂ（１５ｂ）がＰ偏光になるよ
うにして、偏光フィルタ２７はＳ偏光成分のみを透過さ
せる特性のものを使用すれば良い。

【００４４】本実施例のようにエッジミラー１０５を用
いて空間的にＰ偏光レーザビーム１５ａとＳ偏光レーザ
ビーム１５ｂを分離する構成にすることで、長尺の偏光
ビームスプリッタを使用することなく互いに異なるシフ
ト周波数を持つ直線偏光レーザビームを空間的に分離す
ることができる。一般に長尺の偏光ビームスプリッタで
均一な消光比を有する物を作成するのは難しく高価であ
るため、本実施例によれば第１実施例の効果に加えて一
層の低コスト化を進めることができ、走査時の偏光漏れ
込みの影響がなく（すなわち高い消光比で）一層のＳ／
Ｎ比の向上につながる。

【００４５】＜実施例３＞図９は本発明の第３実施例の
構成図である。上記図８と同一の符号は同一あるいは同
等の部材を表す。４０は偏光方向調整手段であり、レー
ザビーム１０２ａの偏光方向を所望の偏光方向に設定す
るためのものである。４１は偏光方向調整手段４０を駆
動するドライバ、４２，４３はミラー、４４はハーフミ
ラー等の合波器である。

【００４６】互いに周波数及び偏光方向が異なる２つの
レーザビーム１０２ａ，１０２ｂの内、ビーム１０２ａ
の偏光方向はＰ偏光状態であるが、偏光方向調整手段４
０によってこの偏光方向を所望の方向に調整することが
できる。参照光となるこのビーム１０２ａの偏光方向
は、後述するように異物からの散乱光と最もよくヘテロ
ダイン干渉するような方向にセットする。偏光方向調整
手段４０の具体例としては、λ／４板を通して円偏光と
した後に偏光フィルタ等の偏光子を所望の方向に回転さ
せる方法や、ファラデーセルなどの光偏光器等の使用が
挙げられる。

【００４７】偏光方向が設定されたレーザビーム１５ａ
はミラー１８，４２，４３によって参照光として合波器
４４に入る。またレーザビーム１５ｂはミラー１９によ
り角度φで検査面２１にスポット２０として入射する。

【００４８】このスポット２０内に存在する異物からの
散乱光や回路パターンからの散乱光は、合波器４４によ
り上記参照光と合波されて、角度θの方向に設置された
レンズ系２６によって、参照光２３と異物欠陥からの散
乱光２４と回路パターンからの散乱光２５を集光する。

【００４９】この時、上記散乱光のうち参照光２３とヘ
テロダイン干渉を起こしてビート信号を生成するのは参
照光２３の偏光方向と一致した異物からの散乱光２４だ
けであり、回路パターンからの散乱光２５はヘテロダイ
ン干渉しない。本実施例では光電検出器２９の前への偏
光フィルタ等の偏光素子は不可欠ではないので配置を省
略している。

【００５０】ここで、回路パターンからの散乱光と参照
光とはヘテロダイン干渉を起こさないことを図１０を用
いて説明する。図１０はスポット２０から生じる異物か
らの散乱光と回路パターンからの散乱光のそれぞれの偏
光方向と、参照光の偏光方向とを模式的に示す図であ
る。同図において、点線矢印１０１１は回路パターンか
らの散乱光の偏光方向、細実線矢印１０１２は異物から
の散乱光の偏光方向、太実線矢印１０１３は偏光方向調
整手段４０によって偏光方向が設定された参照光の偏光
方向を示す。

【００５１】回路パターン部にスポット２０として入射
した場合、レンズ系で集光される回路パターンからの散
乱光は１０１１に示されるように、ほぼ特定方向の偏光
成分を持つ。これに対して異物からの散乱光は偏光解消
によって１０１２に示されるようにあらゆる方向に偏光
成分を持ちその分布も均一ではないが、若干の指向性は
有している。本実施例では偏光調整手段４０の調整によ
って、この指向方向すなわち異物からの散乱光のうち最
も強度成分の大きい偏光方向に、参照光の偏光方向１０
１３を合わせることで、なるべく大きな干渉信号が得ら
れるようにしている。

【００５２】しかし、これだと場合によっては参照光の
偏光方向１０１３と回路パターン散乱光の偏光方向１０
１１とが一致することもあり得る。又、たとえ偏光方向
１０１１と１０１３とが異なっていても、回路パターン
による若干の偏光解消があれば若干の一致成分が存在す
ることになる。

【００５３】だが仮に参照光の偏光方向と一致する回路
パターン散乱光があったとしても、これらはほとんど干
渉しない。この理由を図１１を用いて説明する。図１１
は異物からの散乱光と回路パターンからの散乱光の波面
の違いを模式的に説明する図である。同図において１０
２１は入射する偏光レーザビーム、１０２２は検査面２
１上の回路パターン、１０２３は検査面２１上の異物、
１０２４は回路パターンからの散乱光、１０２５は異物
からの散乱光である。

【００５４】レーザビーム１０２１がスポット２０とし
て検査面２１に平面波で照射されると、回路パターン１
０２２からの散乱光１０２４は、各パターンのエッジ部
で乱反射するので検出される波面の位相が乱れる。これ
に対して、異物１０２３からの散乱光１０２５は、異物
１０２３が例えば０．３μｍ程度と小さいためにほぼ点
光源から発生した球面波に近くなる。

【００５５】従ってこれらの散乱光と参照光を合波した
際、回路パターン１０２２からの散乱光１０２４は光電
検出器の検出面上でワンカラー条件で干渉せずに直流成
分となるのに対して、異物１０２３からの散乱光は参照
光とワンカラー条件で干渉するのでビート信号が発生し
て交流成分が検出される。すなわち、仮に回路パターン
からの散乱光の偏光方向が一致したとしても、回路パタ
ーン散乱光と参照光とはほとんど干渉せず、異物からの
散乱光のみを精度よく検出することができる。なお、こ
の作用効果は本実施例に限らず、先の実施例や後述する
実施例の全てに共通に云えることである。

【００５６】以上の本実施例によれば、偏光調整手段に
よって参照光の偏光方向を異物からの散乱光と最もよく
干渉するように設定することで、高い検出精度が得られ
る。又、光電検出器の前に偏光フィルタ等の偏光素子を
配置しなくても高い検出精度が得られるので構成が簡単
になる。

【００５７】＜実施例４＞次に上記第２実施例の装置を
より発展させた第４実施例を図１２を用いて説明する。
先の実施例と同一の符号は同一あるいは同等の部材を表
す。図中、１Ａ，１Ｂはそれぞれ異なる波長λ₁ ，λ₂
のレーザビームを生成するレーザ光源であり、具体的に
は１Ａは波長λ₁ ＝０．４８８μｍのレーザビームを生
成するＡｒ⁺ レーザ光源、１Ｂは波長λ₂ ＝０．６３２
８μｍのレーザビームを生成するＨｅ−Ｎｅレーザ光源
である。２Ａ，２Ｂは偏光板、３Ａ，３Ｂはフィルタ
系、４Ａ，４Ｂはコリメータ光学系、５Ａ，５Ｂはレー
ザビームを互いに直交する２つの偏光に分波するための
偏光ビームスプリッタ、９Ａ，９Ｂ，１１Ａ，１１Ｂは
レーザビームを適当なシフト周波数で変調するための音
響光学素子、１１１，１１２は波長λ₁ ，λ₂ の光を合
波するためのハーフミラーである。１０６は回折格子等
を用いた分光器、２６Ａ，２６Ｂは走査スポット２０か
らの散乱光を光電検出器に取り込むためのレンズ系、２
７Ａ，２７Ｂは偏光フィルタ、２８Ａ，２８Ｂはスリッ
ト状のアパーチャ、２９Ａ，２９Ｂは光電検出器、３０
はビート信号処理系である。

【００５８】本実施例の光学構成によって得られるレー
ザビーム１０２ａは、波長λ₁ のＰ偏光と波長λ₂ のＰ
偏光がそれぞれシフト周波数ωで変調されたものがハー
フミラー１１１で合成されたものである。また、レーザ
ビーム１０２ｂは波長λ₁ のＳ偏光と波長λ₂ のＳ偏光
がそれぞれシフト周波数（ω＋Δω）で変調されたもの
がハーフミラー１１２で合成されたものである。これら
のレーザビームは走査光学系によって走査された後、エ
ッジミラー１０５によって、Ｐ偏光レーザビーム１５ａ
（波長λ₁ ，λ₂ ）と、Ｓ偏光レーザビーム１５ｂ（波
長λ₁ ，λ₂ ）に分割されて、互いに異なる入射角で同
一スポット２０に収束する。

【００５９】走査スポット２０から検出光学系方向に発
する光の内、本実施例では以下の６種類の光に注目す
る。 （１）Ｐ偏光レーザビーム１５ａの０次回折光２３Ａ （Ｐ偏光、波長λ₁ ） （２） 〃 ２３Ｂ （Ｐ偏光、波長λ₂ ） （３）異物や欠陥による後方散乱光２４Ａ （Ｐ偏光＋Ｓ偏光、波長λ₁ ） （４） 〃 ２４Ｂ （Ｐ偏光＋Ｓ偏光 波長λ₂ ） （５）回路パターンによる後方散乱光２５Ａ （Ｓ偏光、波長λ₁ ） （６） 〃 ２５Ｂ （Ｓ偏光、波長λ₂ ）

【００６０】本実施例ではリレー光学系１０７に取り込
まれた上記光が回折格子から成る分光器１０６によって
波長λ₁ とλ₂ の２つの成分に分離されて、それぞれの
成分が別々に検出される。これによって２波長λ₁ ，λ
₂ のそれぞれについて異物や欠陥によるビート信号が検
出される。ビート信号処理系３０では２つの信号をそれ
ぞれ同様に処理して、少なくともどちらか一方の波長で
異物や欠陥が検出されたら、異物や欠陥ありと判断す
る。

【００６１】ここで、異なる２波長λ₁ ，λ₂ のレーザ
ビームを用いて２波長のそれぞれについてのビート信号
を検出する本実施例の利点について説明する。図１３は
Ｍｉｅ散乱理論から求められる微粒子による光の散乱強
度分布を表す図である。（Ａ）のグラフ図は入射光の波
長が０．４８８μｍ（Ａｒ⁺ レーザ）の場合であり、
（Ｂ）のグラフ図は入射光の波長が０．６３２８μｍ
（Ｈｅ−Ｎｅレーザ）の場合である。グラフ横軸は散乱
光の伝搬する方向を示しており、微粒子に入射する光の
進行方向を０(deg) 、逆方向を１８０(deg) としてい
る。すなわち、０(deg) は前方散乱方向、１８０(deg)
は後方散乱方向を示している。又、グラフ縦軸はある散
乱角における光の相対強度を示す。グラフ中の曲線５０
３，５０４，５０５，５０８，５１０は、それぞれ微粒
子の直径が０．３μｍ，０．４μｍ，０．５μｍ，０．
８μｍ，１．０μｍの場合の散乱分布曲線である。

【００６２】なお、図１３で示す散乱強度分布曲線は、
空間に浮遊している微粒子に平面波を照射した場合に得
られたものであるので、厳密には検査面上に付着する異
物に対してはそのままは適用できないが、本実施例のご
とく入射光が斜入射で後方散乱光を検出する場合は、検
査面からの後方散乱光が少ない分、定性的な説明として
利用することができる。

【００６３】図１３（Ａ）（Ｂ）の両グラフ図より、同
一微粒子に対して入射する光の波長が変われば、ある散
乱角度に対する光強度が変わるという事が分かる。例え
ば後方散乱光で散乱角１５０(deg) について見ると、粒
径が０．３μｍと０．５μｍの微粒子に対しては、波長
０．４８８μｍの方が散乱光強度は大きいが、０．４μ
ｍ粒子に対しては、逆に波長０．６３２８μｍの方が散
乱光強度は大きい。

【００６４】本実施例ではこれらの波長でそれぞれ得ら
れる２つのパラメータで異物や欠陥を検出して多面的な
測定を行なうことにより、一方の波長の感度の弱い粒径
領域を他方の波長で補うことができ、幅広いサイズの異
物に対応することができる。つまり異物の大きさによる
感度ムラが少なく、且つ異物検査で検出可能な異物サイ
ズのダイナミックレンジが広いというメリットが得られ
る。

【００６５】なお本実施例では波長λ₁ ，λ₂ の２つの
異なる波長の光を用いて２つのパラメータを得て多面的
な測定を行なっているが、これを３つ以上のとすれば更
なる高精度測定が可能となる。

【００６６】次に本実施例の検出系の更に具体的な光学
構成を説明する。図１４は、図１２の検出系を上方から
見た図である。同図において６０１はスキャニングミラ
ーによって走査スポット２０が走査される光走査領域、
６０５は走査ステージ系によって走査される方向であ
る。６１０はリレー光学系１０７により結像される分光
器１０６上の像領域である。６２０は縮小光学系で図１
２のレンズ２６Ａ，２６Ｂを示している。６０２は図１
の偏光フィルタ２７Ａ，２７Ｂやアパーチャ２８Ａ，２
８Ｂなどを含んだフィルタ系、６０３は光電検出器の検
出面、６０４はレンズ系２６により結像された光走査領
域６０１の像領域を示している。このような構成をとる
ことにより、走査スポット２０が光走査領域６０１のど
の位置にあっても、図１２の０次回折光（２３Ａ，２３
Ｂ）及び散乱光（２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ）は
リレーレンズ１０７によって取り込まれて分光器１０６
上に結像され、ここで分光された光は縮小光学系６２０
に取り込まれ、フィルタ系６０２にて迷光や不要なＳ偏
光成分をカットされた後に光電検出器の検出面６０３内
に入射することになり、スキャニングミラー等を用いた
走査光学系にて光ヘテロダイン法によるビート信号検出
を可能とする装置構成を達成した。

【００６７】図１５は上記回折格子の分光器の代わりに
ハーフミラーを用いて分光する変形例の構成を示す。同
図において１０８はハーフミラー、２６Ａ，２６Ｂは縮
小光学系、３７Ａ，３７Ｂは、それぞれ波長λ₁ ，λ₂
の光のみを選択的に通過させる波長選択フィルタと不要
なＳ偏光成分を除去する偏光フィルタを含んだフィルタ
系、２８Ａ，２８Ｂはアパーチャ、２９Ａ，２９Ｂは光
電検出器を示している。リレー光学系１０７で取り込ま
れた散乱光はハーフミラー１０８で２分割され、フィル
タ系３７Ａで波長λ₁ が、フィルタ系３７Ｂで波長λ₂
が選択されて、各波長に関する信号が得られる。

【００６８】以上の本実施例によれば、異なる複数波長
によって異物や欠陥を多面的に測定するため、先の第２
実施例の効果に加えて以下の効果が得られる。 （１）異物の大きさによる検出感度ムラが少ない。 （２）異物検査で検出可能な異物サイズのダイナミック
レンジが広い。

【００６９】＜実施例５＞次に本発明の第５実施例の構
成を示す。先の第４実施例では異なる複数波長の光によ
って異物や欠陥を多面的に測定したが、本実施例では異
なる散乱角度成分によって多面的な測定を行なうもので
ある。

【００７０】図１６は本実施例の構成を示すもので、図
１と同一の符号は同一もしくは同等の部材を表す。本実
施例では先の図１の構成に対してハーフミラー３１を付
加して、スポット２０の同一位置に異なる角度θ₁ θ₂
から２本のビーム３２Ａ，３２Ｂを入射させている。ビ
ーム３２Ａの０次回折光方向には第１検出系（２６Ａ，
２７Ａ，２８Ａ，２９Ａ）が配置され、ビーム３２Ｂの
０次回折光方向には第２の検出系（２６Ｂ，２７Ｂ，２
８Ｂ，２９Ｂ）が配置されている。見方を変えれば、第
１検出系と第２検出系はＳ偏光レーザビーム３３に対し
ては異なる後方散乱角度方向に配置されている。ビート
信号処理系３０では第１、第２検出系でそれぞれ得られ
た２つの信号をこれまでの実施例と同様に処理して、少
なくともどちらか一方で異物や欠陥が検出されたら、異
物や欠陥ありと判断する。

【００７１】先の図１３の（Ａ）又は（Ｂ）のグラフ図
から明らかなように、被検位置から発生する散乱光は散
乱角度によって異なる情報が得られる。よって本実施例
のように複数の異なる角度の散乱成分を検出して多面的
に判断すれば検査精度を高めることができる。なお、本
実施例では２方向の散乱成分を検出したが、これを３方
向以上とすればより一層検査精度を高めることができ
る。

【００７２】＜実施例６＞図１７は本発明の第６実施例
を示す図であり、先の図８と同一の符号は同一もしくは
同等の部材を表す。これまでの実施例では異なる直線偏
光状態の光を利用して光ヘテロダイン干渉させたが、本
実施例では直線偏光の代わりに円偏光を利用したことを
特徴とする。本実施例における構成上の特徴は直角ミラ
ー１０２とスキャニングミラー１３の間の光路中に配置
されたλ／４位相差板１１０、及び偏光ビームスプリッ
タ１０７以降の検出光学系である。

【００７３】図１７において、シフト周波数ωのＰ偏光
とシフト周波数ω＋ΔωのＳ偏光の２本のレーザビーム
を平行光束として生成する光学系は図８の実施例と同一
である。これら２つの直線偏光レーザビームはλ／４位
相差板１１０を通過することによって、シフト周波数ω
の円偏光ビームとシフト周波数ω＋Δωの円偏光ビーム
とに変換される。ここで２本の円偏光は互いに逆方向に
回転する関係となる。そしてこの２本の円偏光レーザビ
ームは上記実施例と同様の走査光学系によって検査面上
に走査される。

【００７４】走査スポット２０から検出光学系方向に発
する光のうち、本実施例では以下の３種類の光に注目す
る。 （１）０次回折光１５０ 円偏光
（Ｐ成分＝Ｓ成分） （２）異物や欠陥からの後方散乱光１５１ 楕円偏光
（Ｐ成分＞Ｓ成分） （３）回路パターンからの後方散乱光１５２ 円偏光
（Ｐ成分＝Ｓ成分）

【００７５】これらの散乱光１５０，１５１，１５２は
偏光ビームスプリッタ１０７によってＰ偏光成分とＳ偏
光成分に分離される。Ｐ偏光成分は検出光学系２６Ａに
より取り込まれ、偏光フィルタ２７ＡによりＰ偏光成分
以外を完全に除去して偏光漏れ込み等のビート信号ノイ
ズを低減した後、スリット状のアパーチャ２８Ａを通過
して光電検出器２９Ａにて光電変換する。同様にＳ偏光
成分は検出光学系２６Ｂにより取り込まれ、偏光フィル
タ２７ＢによりＳ偏光成分以外を完全に除去して偏光漏
れ込み等のビート信号ノイズを低減させた後、スリット
状のアパーチャ２８Ｂを通過して光電検出器２９Ｂで光
電変換する。こうして光電検出器２９ＡではＰ偏光成分
によるビート信号が、光電検出器２９ＢではＳ偏光成分
によるビート信号が得られる。

【００７６】本実施例では異物や欠陥による後方散乱光
は、相対的にＰ偏光成分の方がＳ偏光成分よりも大きく
なることを利用して異物や欠陥を検出するものである。
すなわち異物や欠陥が存在する時はＰ偏光成分によるビ
ート信号の方がＳ偏光成分によるビート信号よりも大き
くなるので、ビート信号処理系３０では２つの光電検出
器２９Ａ，２９Ｂのそれぞれの検出信号を基に異物や欠
陥の判定を行なう。例えば２つのビート信号の振幅の大
小を比較して、Ｐ＞Ｓであれば異物や欠陥がある、Ｐ≒
Ｓであれば異物や欠陥はないと判定する。

【００７７】ここで図１８のグラフ図を用いて、異物や
欠陥からの後方散乱光にＰ偏光成分が多くなることを説
明する。図１８はＭｉｅ散乱理論から求められる微粒子
による光の散乱強度分布をＰ，Ｓ偏光別に表したグラフ
図であり、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ微粒子の直径
が０．３μｍ，０．５μｍ，１．０μｍの場合のＰ偏光
散乱，Ｓ偏光散乱の分布曲線を表している。同図におい
てグラフ横軸は散乱光の伝搬する方向を示しており、微
粒子に入射する光の進行方向を０(deg) 、逆方向を１８
０(deg) としている。つまり０(deg) は前方散乱方向、
１８０(deg) は後方散乱方向を示している。２６０ｐ，
２６１ｐ，２６２ｐはそれぞれ微粒子の直径が０．３μ
ｍ，０．５μｍ，１．０μｍの場合のＰ偏光の散乱分布
曲線である。同様に２６０ｓ，２６１ｓ，２６２ｓはそ
れぞれ微粒子の直径が０．３μｍ，０．５μｍ，１．０
μｍの場合のＳ偏光の散乱分布曲線である。

【００７８】今、微粒子からの後方散乱光（１４０〜１
６０deg ）について考える。（Ａ）のグラフより、後方
散乱光側ではＰ偏光成分の方がＳ偏光成分よりも大きい
ことが分かる。（Ｂ）（Ｃ）のグラフにおいても同様に
後方散乱光側ではＰ偏光成分の方がＳ偏光成分よりも大
きいことが分かる。一般に異物や欠陥による偏光解消で
偏光の乱れが生じるが、Ｐ偏光からＳ偏光に変化するの
とＳ偏光からＰ偏光に変化するのはほぼ同程度に起こる
と考えられるから、結果的に、異物や欠陥による偏光解
消があっても、後方散乱光ではＰ偏光成分が大きいこと
には変わりはない。従って異物や欠陥が存在する場合は
後方散乱光のＰ偏光成分は相対的に大きいといえる。

【００７９】本実施例によれば、異物や欠陥による散乱
光が存在すると散乱光成分のうち相対的にＰ偏光が大き
くなることを利用して、Ｐ，Ｓ各偏光成分のビート信号
を検出して比較することで、回路パターンからの散乱光
が存在しても高いＳ／Ｎ比で異物や欠陥の検出を行なう
ことができる。

【００８０】＜実施例７＞次に本発明の第７実施例を図
１９を用いて説明する。本実施例では検査位置に入射す
る一方の光を円偏光、他方の光を直線偏光としたことを
特徴とする。構成は先の図１７のものと類似しており、
同一の符号は同一の部材を示す。本実施例では参照光の
光路にのみλ／４板位相差１１１を配置したことを特徴
とし、これによってミラー１８で反射して検査位置に入
射する光は円偏光ビーム、ミラー１９で反射して検査位
置に入射する光はＳ偏光の直線偏光ビームとなる。な
お、直線偏光の偏光方位はＳ偏光に限らずＰ偏光や４５
°偏光などとしても良く、あるいは円偏光と直線偏光の
関係を入れ替えても良い。

【００８１】この構成において、光電検出器２９Ａ，２
９Ｂでそれぞれ得られる信号波形の例を図２０に示す。
図２０の（Ａ）は光電検出器２９Ａの出力波形、（Ｂ）
は光電検出器２９Ｂの出力波形である。異物が存在した
場合、両者の信号レベルが増大する。ビート信号処理系
３０では、例えばこれらの信号の比をとることで異物を
精度良く認識することができる。

【００８２】＜実施例８＞次に本発明の第８実施例を図
２１を用いて説明する。本実施例は検査面に入射させる
ビームを一本だけにして、参照光は検査面に入射させな
いようにしたことを特徴とする。図中、５０は光源系、
５１は偏光ビームスプリッタ、５２は１／４波長板、５
３は反射ミラー、５４はポリゴンやガルバノ等のスキャ
ニングミラー、５５はｆθレンズ系、５６は偏光フィル
タ、５７は光電検出器を含む検出系、５８はビート信号
処理系である。

【００８３】光源系５０は周波数が僅かに異なる２波長
のレーザビームを互いに直交する偏波面で生成するもの
で、例えばゼーマンレーザ光源を有する。勿論、上記実
施例と同様の構成をとっても良い。この光源系５０から
の光は偏光ビームスプリッタ５１に入射して、周波数ｆ
₁ のＰ偏光レーザビームはビームスプリッタ５１を透過
し、周波数ｆ₂ のＳ偏光レーザビームは偏光ビームスプ
リッタ５１で反射され、２つの周波数成分が分離されて
２光束に分割される。

【００８４】偏光ビームスプリッタ５１を透過したＰ偏
光レーザビーム（Ｐ₁ ）は、１／４波長板５２を通過し
ミラー５３で同一方向に反射される。ミラー５３として
は入射方向と同一方向に光束を反射するキャッツアイリ
フレクターやコーナーキューブを使用することが好まし
い。この反射された光は再び１／４波長板５２を通過し
て偏光ビームスプリッタ５１に入射する。ここで偏光ビ
ームスプリッタ５１を出射してから再び偏光ビームスプ
リッタ５１に入射するまでに、１／４波長板５２を２回
通過することによってＰ偏光レーザビーム（Ｐ₁ ）は偏
波面が９０°回転してＳ偏光レーザビーム（Ｓ₁ ）とな
る。この周波数ｆ₁ のＳ偏光レーザビームが偏光ビーム
スプリッタ５１に入射すると、Ｓ偏光であるために今度
は反射されて、検出系５７の方向に参照光Ｓ₁ として指
向される。

【００８５】一方、光源系５０から偏光ビームスプリッ
タ５１に入射して反射された周波数ｆ₂ のＳ偏光レーザ
ビーム（Ｓ₂ ）は、ポリゴンやガルバノ等のスキャニン
グミラー５４によって反射され、ｆθレンズ５５を通っ
て入射角θで検査面２１上に走査スポット２０として入
射して紙面垂直方向に走査する。入射角θについては散
乱光の検出感度の高い角度が設定されるが、先の実施例
のように２光束を同一点に入射させるものではないため
設定の自由度が高い。走査ステージ２２は前記走査方向
と直交方向（矢印方向）に検査面２１を走査するために
検査面全面が２次元的に走査される。

【００８６】先にも説明したように検査面２１上に異物
や欠陥あるいは回路パターンがあると、このＳ偏光レー
ザビームは様々な方向に散乱され、これが異物や欠陥で
ある場合は偏光解消されてＳ偏光成分にＰ偏光成分も混
ざって散乱される。また回路パターンである場合は偏光
解消はほとんど起きずＳ偏光の偏波面は保存されたまま
散乱される。

【００８７】走査スポット２０の照射レーザビームによ
って散乱された光のうち、入射方向と同一方向に散乱し
た光は、ｆθレンズ５５を通過して再びスキャニングミ
ラー５４によって反射され、偏光ビームスプリッタ５１
に向かう。この光は元々は周波数ｆ₂ のＳ偏光レーザビ
ームであるが、異物や欠陥で散乱されて偏光解消された
光のうちＰ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタ５１を
透過して、測定光Ｐ₂として検出系５７の方向に指向さ
れる。Ｓ偏光成分は偏光ビームスプリッタ５１で反射さ
れるため検出系５７方向には指向されない。

【００８８】なお、偏光ビームスプリッタ５１で分離さ
れた２光束のそれぞれが再び偏光ビームスプリッタ５１
に戻って合成されるまでの２光束の光路長差は、使用す
るレーザビームのコヒーレント長の範囲内に納まるよう
に構成され、光干渉を可能にしている。

【００８９】検出系５７へ向けられる異なる周波数成分
を持つ２光束、すなわち参照光Ｓ₁と測定光Ｐ₂ は互い
に直交する偏波面を有する。偏光フィルタ５６はこれら
両偏波面に対して透過軸が４５°傾けて配置されてお
り、２光束が偏光フィルタ５６を通過する際にはそれぞ
れの光束のうち偏光フィルタの透過軸の成分のみが透過
して２周波数成分の偏波面が揃うことになる。ここで偏
波面が揃った２光束は互いに周波数が僅かに異なるので
光ヘテロダイン干渉を起こし、この干渉光が検出系５７
の光電検出器子で光電変換されてビート信号が得られ
る。検出系５７からの信号はビート信号処理系５８へと
入力され、先の実施例と同様に異物や欠陥が評価され
る。なお、偏光フィルタ５６の手前に遅延軸が紙面に対
して４５°傾いたλ／４波長板を挿入すれば、偏光フィ
ルタ５６の透過軸の方位を任意にすることができる。

【００９０】なお、Ｐ偏光とＳ偏光の関係が全く入れ替
わるようにしても同様に検出することができる。これを
達成する構成の一例としては、光源系５０と、偏光フィ
ルタ５６、検出系５７、ビート信号処理系５８との配置
を入れ替えて、偏光ビームスプリッタ５１に対して光源
系５０からの光の入射方向及び検出系５７への光の出射
方向を変えて、これを偏光ビームスプリッタを反射して
ミラー５３に向かうレーザビームがＳ偏光、透過してス
キャニングミラー５４に向かうレーザビームがＰ偏光に
なるようにすれば良い。

【００９１】本実施例によれば、検査面の表面を走査す
る光束は１本であるので、先の実施例のように２光束の
走査スポットを合わせるための構成は不要であり、更に
は入射角度θの制限が少ない。また異物や欠陥からの散
乱光は走査光学系を逆行するため、散乱光と参照光との
光軸合わせが簡単で余分な光学系は不要である。これら
の特徴によって装置の簡略化・低コスト化を達成してい
る。更に参照光が検査面の表面を走査しないため参照光
の強度には変化がなく、より安定した検出信号が得られ
る。

【００９２】＜実施例９＞図２２を用いて本発明の第９
実施例を説明する。本実施例は先の図２１の実施例の構
成を一部変形したものであり、異なる部分を中心に説明
する。図中、５０は光源系、５９は検出系、６０、６５
は偏光ビームスプリッタ、６１は１／２波長板、６２は
キャッツアイレフレクターやコーナーキューブなどの反
射光学系、６３，６４は偏光フィルタなどのフィルタ系
である。

【００９３】光源系５０は先の図２１のものと同様、周
波数が僅かに異なる２波長のレーザビームを同一光軸で
互いに直交する偏波面で生成する。このレーザビームは
偏光ビームスプリッタ６０に入射して、周波数ｆ１のＰ
偏光レーザビームＰ１は透過、周波数ｆ２のＳ偏光レー
ザビームＳ２は反射する。

【００９４】偏光ビームスプリッタ６０を透過するＰ偏
光レーザビームＰ１は、１／２波長板６１を通過するこ
とで偏光面が９０°回転してＳ偏光となり、反射光学系
６２で入射方向と同一方向に反射する。ここでは１／２
波長板６１を用いたが、反射光学系６２入射前と反射後
に１／４波長板を合計２回通過するように構成しても偏
光面がＰからＳに変化するという同じ作用が得られる。
フィルタ系６３は偏光ビームスプリッタ６０の光分離性
能や取付け誤差等によって僅かに漏れ込む不要光成分を
除去するためのものである。反射光学系６２で反射した
周波数ｆ１のＳ偏光レーザビームＳ１が偏光ビームスプ
リッタ６５に入射すると、Ｓ偏光であるために偏光ビー
ムスプリッタ６５によって反射して検出系５９の方向に
参照光として指向される。

【００９５】一方、偏光ビームスプリッタ６０に入射し
て反射した周波数ｆ２のＳ偏光Ｓ２は検査面２１を二次
元走査する。検査面からの散乱光の内、異物で散乱され
て偏光解消された光の中のＰ偏光成分のみが偏光ビーム
スプリッタ６０を透過する。この透過したＰ偏光成分は
測定光Ｐ２としてフィルタ系６４を通過し、さらに偏光
ビームスプリッタ６５を透過する。フィルタ系６４は偏
光ビームスプリッタ６０の光分離性能や取付け誤差等に
よって僅かに漏れ込む不要光（Ｓ偏光）成分を除去する
ためのものである。

【００９６】なお、偏光ビームスプリッタ６０で分離さ
れた２光束のそれぞれが偏光ビームスプリッタ６５で合
成されるまでの２光束の光路差は、使用するレーザビー
ムの可干渉距離内に納まるように構成され、光干渉を可
能にしている。

【００９７】本実施例の利点を以下説明する。偏光ビー
ムスプリッタを光分割手段として使用する際、実際には
偏光ビームスプリッタの光学性能や配置精度などによっ
て完全に理論通りの光分割作用は得られず若干の光の洩
れ込みは避けられない。同様に偏光ビームスプリッタを
光合成手段として使用する際にも完全に理論通りの合波
作用は得られず、若干の光混入が生じてしまう。すると
これらによるＳ／Ｎの低下が問題となる可能性がある。

【００９８】そこで本実施例では、光源系からのレーザ
ビームを分割する分割手段（偏光ビームスプリッタ６
０）と、参照光と測定光を合成する合成手段（偏光ビー
ムスプリッタ６５）とを独立させ、それらを通過する間
で参照光と信号光の合成直前にフィルタ系６３，６４を
挿入した。フィルタ系６３は参照光に混入した不要光を
低減するものであり、又、フィルタ系６４は測定光に混
入する不要光を低減するものであり、両者によってＳ／
Ｎの大幅な向上が実現できる。

【００９９】＜実施例１０＞次に上記図２２の実施例を
変形した第１０実施例の構成を図２３を用いて説明す
る。光源系５０は２本のレーザビームを重ねずに平行に
出射する。光源系５０からのＰ偏光レーザビームＰ１
は、１／２波長板６１を通過することによって偏光面が
９０°回転してＳ偏光となり、反射光学系６２で同一方
向に反射して偏光ビームスプリッタ６５に入射する。こ
の周波数ｆ１のＳ偏光レーザビームＳ１が偏光ビームス
プリッタ６５に入射すると、Ｓ偏光であるために偏光ビ
ームスプリッタ６５によって反射して、検出系の方向に
参照光として指向される。

【０１００】一方、光源系５０からのＳ偏光レーザビー
ム光束Ｓ２は、偏光ビームスプリッタ６０で反射し、以
降は先の実施例と同様である。

【０１０１】本実施例では光源系の偏光ビームスプリッ
タ５によって光束を２つに分割した後は、それぞれの光
は偏光ビームスプリッタ６５によって合成する以前には
合成されることがないために、参照光光路に周波数ｆ２
の不要成分が混入したり、照射光光路に周波数ｆ１の不
要成分が混入することがなく、異物欠陥を高いＳ／Ｎで
検出できる。

【０１０２】さて、図２４はＰ偏光光とＳ偏光光を干渉
させるための光学系の変形例を示すもので、上記図２
２、図２３の検出系５９に置き換わるものである。光電
検出器５７の手前に１／４波長板７０と偏光板７１を配
置している。ここで１／４波長板７０はその遅延軸をＰ
偏光及びＳ偏光の偏光方向に対して共に４５°傾けて配
置している。偏光フィルタ７１によって任意の傾きを有
する偏光を抽出できる。

【０１０３】図２５は検出系５９の別の変形例を示すも
のである。１／４波長板７２はその遅延軸をＰ偏光及び
Ｓ偏光の偏光方向に対して共に４５°傾けて配置してい
る。偏光ビームスプリッタ７３によって紙面に平行な成
分と紙面に垂直な成分に分割して、それぞれ偏光フィル
タ７４，７５を介して光電検出器５７Ａ，５７Ｂで光電
変換する。２つの光電検出器５７Ａ，５７Ｂで得られる
信号は位相がπずれたビート信号であるが、偏光ビーム
スプリッタ７３から各光電検出器までの距離のによって
位相差を調整することができる。信号処理系５８ではこ
れらの２つの信号を基に異物検査を行なう。

【０１０４】＜実施例１１＞図２６はより一層の簡素化
を目指した第１１実施例の装置構成を示す図であり、こ
れまでの実施例と同一の符号は同一あるいは同等の部材
を表す。図中、４０は反射ミラー、４１はハーフミラ
ー、４２はＰ偏光あるいはＳ偏光のみを選択的に通過さ
せるように配置された偏光フィルタである。

【０１０５】本実施例の構成において、シフト周波数ω
で変調されたＰ偏光レーザビームとシフト周波数（ω＋
Δω）で変調されたＳ偏光レーザビームとが合成された
ビームを生成する光源系についてはこれまでの実施例と
同様であり、ゼーマンレーザ光源の使用や半導体レーザ
光源の注入電流の制御などで置き換えても良い。この生
成されたレーザビームはミラー４０で反射され、ハーフ
ミラー４１を通過した光はスキャニングミラー１３とｆ
θレンズ１４から成る走査光学系によって入射角θで入
射して走査される。すなわち本実施例では周波数差を持
ったＰ偏光とＳ偏光の両方を含んだ１本のビームがスポ
ット２０に照射される。

【０１０６】ここで走査スポット上に異物や欠陥あるい
は回路パターンが存在すると散乱光が生じるが、そのう
ち入射光路と同一光路方向に散乱された成分は、ｆθレ
ンズ１４、スキャニングミラー１３を経てハーフミラー
４１に達する。そしてハーフミラー４１で反射された光
成分は、偏光フィルタ４２により偏光面がＰ偏光あるい
はＳ偏光に揃えられて、光電検出器２９で信号検出され
る。そしてこの信号はビート信号処理系３０でこれまで
の実施例と同様に処理される。

【０１０７】なお、散乱光の検出方向は本実施例ような
方向には限らず、例えば図２７のように検出光学系を配
置すれば、任意の方向で散乱光を検出することができ
る。

【０１０８】ここで本実施例における異物や欠陥の検出
原理について説明する。上記走査スポット２０に照射さ
れるＰ偏光成分（シフト周波数ω）及びＳ偏光成分（シ
フト周波数ω＋Δω）の直線偏光レーザビームは異物や
欠陥による光散乱で偏光解消され、シフト周波数ωのＳ
偏光成分とシフト周波数ω＋ΔωのＰ偏光成分が新たに
生ずる。この偏光解消現象は主に異物や欠陥で起こり回
路パターンでは殆ど起こらないことは先にも説明した。
よって回路パターンによる散乱では上記新たな光成分の
発生は殆どない。

【０１０９】偏光解消が起きると、もともとのＰ偏光成
分（周波数ω）と偏光解消で生じたＰ偏光成分（周波数
ω＋Δω）とが偏光面の一致により光ヘテロダイン干渉
を起こす。同様にもともとのＳ偏光成分（周波数ω＋Δ
ω）と偏光解消で生じたＳ偏光成分（周波数ω）とが偏
光面の一致により光ヘテロダイン干渉を起こす。光検出
器の前に配置された偏光フィルタ４２がＰ偏光のみを選
択的に通過させるものであれば、上記Ｐ偏光成分のヘテ
ロダイン干渉光がのみが光電検出器２９で受光されビー
ト信号が得られる。また偏光フィルタ４２がＳ偏光のみ
を選択するものであれば、上記Ｓ偏光成分のヘテロダイ
ン干渉光のみが光電検出器２９で受光されビート信号が
得られる。

【０１１０】次に異物や欠陥と回路パターンとを区別す
る方法について詳細に説明する。通常スポットの直径は
数１０μｍであり、異物はそれに比べて１０分の１以下
である。従って散乱光が発生する時間はスポットが異物
上を通過する時間とほぼ同じある。例えばスキャニング
ミラー１３が８面体ポリゴンミラーであって２０００ｒ
ｐｍで回転すると、走査スポット２０は異物２０１上を
数百ｎｓｅｃで通過することになる。従って音響光学素
子９、１１の駆動周波数差を例えば２０ＭＨｚにする
と、その数百ｎｓｅｃの間に１０回程度の周期信号がＤ
Ｃ信号の上に乗ることになる。

【０１１１】一方、回路パターンは通常は図２８のよう
に繰り返しパターンで構成する場合が多く、光スポット
２０より大きいのが特徴である。例えば図２８のように
異物と回路パターンの両方が走査領域上に存在していた
とする。その場合の光検出器２９による検出信号は例え
ば図３０のようになる。先にも説明したように、異物や
欠陥による光散乱では偏光解消が起きるため振幅の大き
なビート信号が得られる。ところが回路パターンによる
光散乱では偏光解消は殆ど起きないため、これによるビ
ート信号は非常に微小であるかあるいはビート信号が全
く生成されない。つまり所定のビート周波数の振幅は回
路パターン（振幅ａ_g ）に比べ異物や欠陥（振幅ａ_p ）
のほうが遥かに大きい。従ってこの違いを利用して異物
や欠陥と回路パターンとを区別することができる。

【０１１２】図３１は具体的な信号処理回路を示すブロ
ック図である。又、図３２は図３１の各部での信号波形
を示す。処理回路は大きくは、ビート信号を包絡線に変
換するブロックと、その包絡線の高さから回路パターン
と区別して異物や欠陥の判定を行なうブロックより成っ
ている。

【０１１３】光電検出器２９で得られた検出信号はハイ
パスフィルタ８１０によりＤＣ成分が取り除かれる
（Ａ）。このハイパスフィルタ８１０からの出力電圧か
ら、スライスレベル発生器８１２で与えられる所定の電
圧を減算回路８１１で減算して所定の電圧以下が取り除
かれる（Ｂ）。次にローパスフィルタ８１３においてビ
ート信号の包絡線に整形される（Ｃ）。以上がビート信
号を包絡線に変換する処理である。こうして得られた包
絡線はピークホールド回路８１４でその最大信号レベル
が保持される。比較回路８１５ではピークホールド値
と、閾値発生器８１６で与えられる所定の電圧閾値とを
大小比較する。判断回路８１７では比較の結果に基づい
て回路パターンと区別して異物や欠陥の判別を行ないこ
れを出力する。以上のようにして１つの信号について処
理がなされたら、判別回路８１７はピークホールド回路
８１４にリセット指令を与えてピークホールド値のリセ
ットを行なう。

【０１１４】＜実施例１２＞図３３は本発明の第１２実
施例の装置構成を示す図であり、図２６の実施例と同一
の符号は同一あるいは同等の部材を表す。図中、偏光フ
ィルタ４２はＰ偏光とＳ偏光のそれぞれの偏波面に対し
て透過軸が４５度傾けて配置されている。また４３は透
明ガラス平板、４４はガラス平板４３の上面に形成され
た散乱部材、４５はガラス平板４３の下面に形成された
偏光ビームスプリッタである。

【０１１５】本実施例の構成上の特徴は、上面の一部に
散乱部材４４が形成され下面に偏光ビームスプリッタ４
５が形成された透明ガラス板４３を、検査面２１の手前
に配置したことである。この散乱部材４４は光散乱を引
き起こす構造で、例えば回路パターンと同様のクローム
でエッチングされたパターンのエッジなどであり、走査
線上に沿ってエッジが形成されている。又、偏光ビーム
スプリッタ４５はＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射
する性質を有し、ｆθレンズ１４からの走査光は偏光ビ
ームスプリッタ４５によってＰ偏光レーザビーム１５ａ
（シフト周波数ω）とＳ偏光レーザビーム１５ｂ（シフ
ト周波数ω＋Δω）とに分割される。透過分割されたＰ
偏光レーザビーム１５ａは検査面２１の表面上に集束さ
れ走査スポットを形成する。又、反射分割されたＳ偏光
レーザビーム１５ｂは散乱部材４４のエッジ部に集光・
走査される。

【０１１６】Ｐ偏光レーザビーム１５ａの照射された部
位に異物や欠陥あるいは回路パターンが存在すると散乱
光が発生する。一方、散乱部材４４に集束したＳ偏光レ
ーザビーム１５ｂによっても散乱光が発生する。これら
の散乱光のうち入射光路と同一光路方向に散乱された成
分は、偏光ビームスプリッタ４５、ｆθレンズ１４、ス
キャニングミラー１３を経てハーフミラー４１に達す
る。そしてハーフミラー４１で反射されたＰ偏光成分と
Ｓ偏光成分は、偏光フィルタ４２により偏光方位が揃え
れられて、光ヘテロダイン干渉により光強度のビートを
起こす。これを光電検出器２９で光電変換してビート信
号を得る。

【０１１７】ここで本実施例における異物や欠陥による
散乱光と回路パターンからの散乱光との区別の方法につ
いて説明する。図３４は先の図２９と同一の条件の際に
本実施例の装置で得られる検出信号波形の例である。こ
こで異物によるビート信号の信号時間幅をΔＴg 、回路
パターンによるビート信号の信号時間幅をΔＴp とする
と、以下のような関係となる。

【０１１８】ΔＴg ＜ΔＴp 本実施例ではこの時間差を利用して異物や欠陥と回路パ
ターンとを区別するもので、ビート周波数の波数をカウ
ントすることによって時間幅を認識する。すなわちこれ
までの実施例では異物や欠陥ゴミによる偏光解消を利用
して回路パターンとの識別を行なっていたのに対し、本
実施例では信号処理によって両者の区別を行なうもので
ある。

【０１１９】図３５は本実施例の具体的な信号処理回路
のブロック図である。又、図３６は図３５の回路の各部
での信号の波形を示す。信号処理回路は大きくは、ビー
ト信号をパルスに変換するためのブロックと、そのパル
ス数から回路パターンと区別して異物や欠陥の判定を行
なうためのブロックより成っている。

【０１２０】光電検出器２９で得られた検出信号はハイ
パスフィルタ８２０によってＤＣ成分が取り除かれる
（Ａ）。このハイパスフィルタ８２０からの出力電圧か
ら、スライスレベル発生器８２２で与えられる所定の電
圧（Ｂ）を減算回路８２１で減算して所定の電圧以下を
取り除く（Ｃ）。これを２値化回路８２３によって矩形
波に整形する（Ｄ）。エッジパルス整形回路８２４は矩
形波の立上り又は立下りを基にパルス信号を発生させる
（Ｅ）。以上がビート信号をパルスに変換する処理であ
る。こうして得られたパルス信号をパルスカウント回路
８２５でカウントし、比較回路８２６ではパルスのカウ
ント値（ビート信号の時間幅を表す）と閾値発生器８２
７から与えられる閾値とを大小比較する。判断回路８２
８では比較の結果に基づいて回路パターンと区別して異
物や欠陥の判別を行ないこれを出力する。以上のように
して１つの信号について処理がなされたら、判別回路８
２８はパルスカウント回路８２５にリセット指令を与え
てカウントのリセットを行なう。

【０１２１】＜実施例１３＞図３７を用いて本発明の第
１３実施例を説明する。図中、８０は円偏光ビームを出
射するレーザ光源、８１はハーフミラー、８２，８３は
音響光学変調器、８４，８７，８５，８６，８７は反射
ミラー、８９，９４はレンズ系、９０は検査面、９１は
ステージである。又、８８，９２，９５は偏光フィルタ
などのフィルタ系であり、各々偏光フィルタを回転させ
ることで透過軸の方向を調整するための調整機構を含ん
でおり、９９は各調整機構を制御するドライバである。
９６は光電検出器、９７は信号処理系である。

【０１２２】本実施例ではステージ９１は回転と一軸移
動の組み合わせ、もしくは二軸移動のステージとして、
ステージによる検査面の二次元走査を行なうようにした
が、これに限らずミラー８５，８７をガルバノミラーや
ポリゴンミラーなどのスキャニングミラー、レンズ系８
９を走査用のｆθレンズに置き換えてビームを偏向走査
し、これと交差する方向にステージを一次元移動させる
ようにしても良い。

【０１２３】レーザ光源８０から出射した円偏光レーザ
光をハーフミラー８１によって２光束に分離する。これ
らの２光束はそれぞれ音響光学変調器８２，８３によっ
て周波数変調して、互いに周波数が僅かに異なる光束Ｌ
１とＬ３を生成する。光束Ｌ３はミラー８５，８６を介
して偏光フィルタ８８に入射させ、所定の偏光方向の直
線偏光成分のみを透過させる。そしてレンズ系８９によ
って照射光束Ｌ４として検査面９０上に入射させてスポ
ットＳに集光する。

【０１２４】もう一方の光束Ｌ１は、ミラー８７で反射
して偏光フィルタ９２によって所定の偏光方向の直線偏
光のみを透過し、参照光束Ｌ２としてハーフミラー９３
に向ける。ハーフミラー９３では光束Ｌ２と検査面９０
からの散乱光の測定光Ｌ５とを合成して光束Ｌ６とな
る。

【０１２５】検査面からの散乱光Ｌ５は、散乱体が異物
であるか、あるいは回路パターンなどの微細構造である
かによって、その主な偏光方向が異なる。又、回路パタ
ーンの種類が異なると偏光方向も若干変化する場合があ
る。

【０１２６】本実施例では、最初に、ドライバ９９の指
令によって偏光フィルタ８８の透過軸方向を、検査する
回路パターンの種類に合わせて最適な方向に設定し、照
射光束Ｌ４の偏光方向を決定する。次いで、参照光束Ｌ
２の偏光方向が回路パターンによる散乱光Ｌ５の主な偏
光方向と直交するように、偏光フィルタ９２の透過軸方
向をドライバ９９の指令によって調整する。これと共
に、偏光フィルタ９５の透過軸方向が参照光束Ｌ２の偏
光方向と同一方向になるようドライバ９９の指令によっ
て調整する。これらの各偏光フィルタの調整について
は、検査するレチクルの種類とこれに対応した各偏光フ
ィルタの設定値とをデータテーブルとして予め用意して
おくと好ましい。

【０１２７】偏光方向が直交する２つの直線偏光同士は
干渉しないため、上記のように調整すれば回路パターン
による散乱光が検出系に指向されても光干渉はせず、ノ
イズ成分とはならない。一方、検出すべき異物からの散
乱光については、参照光の偏光方向と同一成分が参照光
と干渉して干渉信号となる。この時、２光束は周波数が
僅かに異なるので光ヘテロダイン干渉を起こし干渉信号
はビート信号となる。

【０１２８】なお、異物による散乱光と回路パターンに
よる散乱光のそれぞれの主たる偏光方向のなす角度は９
０°に近いほど好ましい。よって、これになるべく近く
なるように、照射光束Ｌ４の偏光方向や照射角度、光電
検出器９６の配置方向を決定する。

【０１２９】＜実施例１４＞図３８は本発明の第１４実
施例の構成図であり、先の図３７と同一の符号は同一の
部材を示す。図３７の実施例では参照光束Ｌ２は検査面
に照射しなかったが、本実施例では参照光束も検査面に
入射させる。

【０１３０】光束Ｌ１は偏光フィルタ９２によって所定
の直線偏光となり、参照光束Ｌ２として検査面９０上で
照射光束Ｌ４の照射位置を同一位置に入射する。この光
束Ｌ２が検査面９０によって正反射される方向に光電検
出器９６が配置してある。これにより、光束Ｌ２の検査
面９０での反射光束（０次光）と、照射光束Ｌ４の照射
によって散乱されるに散乱光の内の光電検出器９６方向
に散乱される散乱光とが合わさって、光束Ｌ６としてレ
ンズ系９４とフィルタ系９５を通過し光電検出器９６に
達する。

【０１３１】本実施例でも先の実施例と同様、最初に、
ドライバ９９の指令によって偏光フィルタ８８の透過軸
方向を、検査する回路パターンの種類に合わせて最適な
方向に設定し、照射光束Ｌ４の偏光方向を決定する。次
いで、参照光束Ｌ２の偏光方向が回路パターンによる散
乱光Ｌ５の主な偏光方向と直交するように、偏光フィル
タ９２の透過軸方向をドライバ９９の指令によって調整
する。これと共に、偏光フィルタ９５の透過軸方向が参
照光束Ｌ２の偏光方向と同一方向になるようドライバ９
９の指令によって調整する。

【０１３２】＜実施例１５＞図３９は本発明の第１５実
施例の構成図である。同図において、７０１は光源部で
あり、それぞれ偏光方向が直交する２周波数成分を含ん
だレーザビームを生成する。７０２はミラー、７０３は
レーザビームを適当なビーム径に変換するためのコリメ
ータ光学系、７０４はフィルタ系、７０５は互いに異な
る周波数を持つ直交偏光レーザを２つの直線偏光レーザ
に分割するための分波器（例えば偏光ビームスプリッ
タ）、７０９はレーザビーム強度を減衰して異物や欠陥
検査に適したものとするためのＮＤフィルタを含むフィ
ルタ系である。７０７ａ，７０７ｂはポリゴンミラー、
７０８ａ，７０８ｂはｆθレンズ系である。７１９は２
つのポリゴンミラー７０７ａ，７０７ｂの回転を完全に
同期させるための同期回路である。７１０はレーザビー
ムの偏光方向を制御する偏光素子（例えばλ／２板）、
７１１は散乱光と参照光を合波するための合波器（例え
ば偏光ビームスプリッタ）、７１２は偏光方向を揃える
ための偏光素子、７１３は光電検出器（例えばフォトマ
ルチプライヤ）、７１４は信号処理系、７２１は検査面
であり、検査するレチクルやマスク等の原版の表面であ
る。７２２は原版を載置して移動させる走査ステージ系
である。

【０１３３】光源部７０１で生成されるレーザビーム
は、Ｓ偏光の周波数がω１とＰ偏光の周波数がω２（＝
ω１＋Δω）の互いに直交する直線偏光である。これは
ゼーマンレーザを用いたり、半導体レーザの注入電流を
変調することで得ることが可能である。あるいは１つ又
は２つの音響光学素子を用いて２本の単波長レーザビー
ムを相対シフト周波数Δωで変調することでも構成が可
能である。

【０１３４】光源部７０１で生成されたレーザは、ミラ
ー７０２を介して、コリメータ光学系７０３及びフィル
タ系７０４によりコリメートされる。そして分波器５に
よりＳ偏光レーザ（反射側、周波数ω２）とＰ偏光レー
ザ（透過側、周波数ω１）に分けられる。

【０１３５】分波器７０５を透過したＰ偏光レーザは、
フィルタ系７０９により減衰され適当な強度に設定され
た後に、偏光素子７１０によって偏光方向を９０°回転
されて周波数ω２のＳ偏光レーザとなり、参照光７２５
として合波器７１１に導入される。

【０１３６】一方、分波器７０５で反射したＳ偏光レー
ザは、フィルタ系７０６により減衰され異物や欠陥検査
に最適な強度に設定される。そしてポリゴンミラー７０
７ａとｆθレンズ系７０８ａとからなる走査照射光学系
に導入され、入射光７１５として入射角φで検査面７２
１に入射し走査スポット７２０を形成する。この走査ス
ポット７２０はポリゴンミラー７０７ａの回転に伴い、
図３９の紙面に対して垂直な方向に移動することで検査
面７２１を光走査する。又、走査ステージ系７２２はス
ポット７２０による光走査方向と垂直な方向（図中、矢
印方向）に検査面７２１を移動させる。これにより検査
面７２１が二次元に走査されることになる。

【０１３７】検査面７２１に走査スポット７２０が照射
されたとき、ここに異物や欠陥あるいは回路パターンが
存在した場合、Ｓ偏光レーザ１５が異物や欠陥により偏
光解消された散乱光７２３（Ｐ偏光＋Ｓ偏光）、回路パ
ターンによる散乱光７２４（Ｓ偏光が支配的）が生じ
る。ここで異物や欠陥によって偏光解消が起きる理由
は、一般に異物や欠陥部の表面は粗いので乱反射散乱す
る時に偏光が乱されて入射偏光面とは異なる偏光成分が
生じるためである。これに対して回路パターンのように
表面が比較的均一で滑らかな物体による散乱光は偏光解
消は僅かである。

【０１３８】検査面７２１からの各散乱光の内、入射光
７１５の入射方向とは異なる後方散乱方向（検査面から
の角度θ）の後方散乱成分７２３、７２４は、ポリゴン
ミラー７０７ｂ及びｆθレンズ７０８ｂからなる走査集
光光学系により集光される。この時、ポリゴンミラー７
０７ａと７０７ｂは同期回路７１９によって完全に同期
して回転することで、常に検査面７２１上の同一点を走
査するように構成されている。そして集光された散乱光
光束７２６（周波数ω１）は合波器７１１に導入され
る。なお、本実施例の光学系は、光走査に拘らず集光さ
れる散乱光光束７２６の主光線軸は常に一定で変動しな
いようになっている。

【０１３９】参照光７２５と散乱光光束７２６は合波器
７１１によって合波される。このとき光束７２６はＳ成
分・Ｐ成分の各偏光成分を有しているが、合波器７１１
を通過できるのは、異物や欠陥によって偏光解消された
結果生じたＰ偏光成分のみである。従って合波された光
は、周波数ω１のＰ偏光成分（異物や欠陥による偏光解
消成分）と周波数ω２のＳ偏光成分（参照光）からな
る。

【０１４０】合波器７１１で合波された光は、偏光素子
７１２によって偏光方向を揃えられて光電検出器７１３
に到達し、光電検出器７１３の光電変換面で光ヘテロダ
イン干渉することにより、周波数Δω（＝｜ω１−ω２
｜）のビート信号が観測される。なお偏光素子７１２と
しては、例えばＰ・Ｓ両偏光方向に対して透過軸が４５
°傾いた偏光子として、透過軸方向に偏光方向を揃えて
も良いし、あるいは別法としてλ／４板と直線偏光子と
を組み合せて偏光方向を揃えるようにしても良い。

【０１４１】本実施例での異物欠陥検出は、散乱光の
内、光ヘテロダイン干渉によってビート信号となるのは
偏光解消によるＰ偏光成分だけで、回路パターンからの
散乱光が混じっていたとしてもＳ偏光成分が支配的であ
り、これは合波器７１１により合波されないので光電検
出器７１３で光ヘテロダイン干渉せず、ビート信号にな
らないことを利用する。これは異物や欠陥による散乱光
のみがビート信号として検出され、仮に回路パターンか
らの散乱光が存在してもビート信号にはならない、ある
いはなったとしても非常に微弱であることを意味してい
る。これにより実施例の装置は非常に高感度且つ高いＳ
／Ｎ比での異物や欠陥検査を可能としている。信号処理
系７１４ではこのビート信号を認識することにより異物
や欠陥の判定を行なう。

【０１４２】なお、上記実施例のＳ偏光とＰ偏光の関係
が全く入れ替わるような光学構成にしても同様に異物や
欠陥を検出することが可能である。

【０１４３】以上の本実施例によれば、走査照射光学系
による照射角度とは異なる方向に走査集光光学系を設け
たことによって、回路パターンからの回折光を避けた検
出感度が高い方向で散乱光を集光することができ、高い
Ｓ／Ｎで高感度な異物や欠陥検査が可能となる。

【０１４４】＜実施例１６＞図４０は本発明の第１６実
施例の構成図であり、先の図３９と同一の符号は同一の
部材を表わす。同図において、７３１はレーザ源、７３
２はレーザビームを互いに直交する２つの直線偏光に分
波するための偏光ビームスプリッタ、７３３はミラー、
７３４ａ，７３４ｂはレーザを適当な周波数で変調する
ための音響光学素子、７３５ａ，７３５ｂはそれぞれの
音響光学素子を駆動するためのドライバ、７３６ａ，７
３６ｂは光強度を設定するためのＮＤフィルタを含むフ
ィルタ系、７３７，７３８，７３９はミラー、７４０，
７４１は補正光学系、７４２は透過率が高いハーフミラ
ー、７４３はビームトラップ、７４４は偏光素子であ
る。

【０１４５】本実施例の異物欠陥検出の基本原理は先の
第１５実施例と同様である。レーザ源７３１からのレー
ザビームはコリメータ系７０３及びフィルタ系７０４を
通って偏光ビームスプリッタ７３２によりＳ偏光レーザ
とＰ偏光レーザに分割され、音響光学素子７３４ａ，７
３４ｂによってそれぞれ周波数ω１，ω２（｜ω１−ω
２｜＝Δω）に変調される。これらの部材によって光源
ユニットを構成している。なお音響光学素子を用いる代
わりにゼーマンレーザや半導体レーザを用いた同等機能
の光源ユニットとしても良い。

【０１４６】周波数ω１に変調されたＳ偏光はミラー７
３７で反射して、ポリゴンミラー７０７及びｆθレンズ
系７０８からなる走査光学系によって検査面７２１上に
入射角φで照射され、走査スポット７２０を形成する。
なおｆθレンズ系７０８はオフアクシスで使用してい
る。

【０１４７】スポット７２０において、異物や欠陥ある
いは回路パターンから生じる散乱光の性質は先の第１５
実施例で述べた通りであり、異物や欠陥による偏光解消
によって生じた散乱光のＰ成分が後にビート信号となっ
て検出される。この散乱光を集光角θで集光するため
に、走査領域に対応した長尺ミラー７３８，７３９を用
いて散乱光の進行光路を変えて、ｆθレンズ系７０８に
オフアクシスで再び入射する。ｆθレンズ系７０８で集
光された散乱光はポリゴンミラー７の反射面に入射光と
平行な光束となる。そしてアパーチャ７４０とレンズ系
７４１からなる補正光学系を通ってハーフミラー７４２
に導入される。ここで補正光学系はｆθレンズ系７０８
と検査面７２１との間の入射光路と集光光路の違いによ
るフォーカスずれを補正するためのものである。先の実
施例では同期回転する２つのポリゴンミラーを用いた
が、本実施例では１つのポリゴンミラーで共用してい
る。すなわちポリゴンミラー７０７とｆθレンズ７０８
からなる走査系は、走査照射光学系と走査集光光学系の
両方の機能を兼ね備えている。

【０１４８】集光された散乱光（異物や欠陥での偏光解
消による周波数ω１のＰ偏光成分を含む）と、音響光学
素子７３４ｂで周波数ω２で変調されたＰ偏光レーザ
（参照光）は、ハーフミラー７４２で合波される。なお
合波の際の不要光はビームトラップ７４３でトラップさ
れる。このハーフミラー７４２の透過率としては例えば
９０％程度に設定する。透過率を高くする理由は、異物
や欠陥からの微弱な散乱光をできるだけ多く光電検出器
７１３へ導入させるためである。合波された光はＳ偏光
成分をカットする直線偏光子７４４を通過して、異物や
欠陥での偏光解消成分であるＰ偏光成分のみが光ヘテロ
ダイン干渉し、光電検出器７１３でビート信号が得ら
れ、先の実施例と同様の信号処理によって異物や欠陥検
査がなされる。

【０１４９】本実施例によれば先の第１５実施例に比べ
て、ポリゴンミラーとｆθレンズ系が一組で良いため
に、信頼性の向上とコストダウンに寄与する。

【０１５０】＜実施例１７＞図４１は上記図４０の第１
６実施例を変形した本発明の第１７実施例であり、図４
０と同一の符号は同一の部材を表わす。図４０の構成か
らミラー７３８、７３９を取り除いた構成となってい
る。本実施例の構成は、入射角φと集光角θの違いを僅
かにしたい時に有効である。

【０１５１】＜実施例１８＞図４２は本発明の第１８実
施例であり、これまでの実施例と同一の符号は同一の部
材を表わす。図中、７５１乃至７５７は全てミラーであ
る。本実施例の構成の特徴は、２つのｆθレンズ系７０
８ａ，７０８ｂと、兼用の１つのポリゴンミラー７０７
によって、走査照射光学系と走査集光光学系を構成した
ことである。

【０１５２】＜実施例１９＞図４３及び図４４は本発明
の第１９実施例の検査装置の構成を示す図であり、図４
３は側面図、図４４は平面図を示す。図中、２００１は
周波数及び偏光方向が互いに異なる２本の平行レーザビ
ームを生成する光源部である。２００２はポリゴンミラ
ー、２００３はｆθレンズ系であり、これらで構成され
る走査光学系によって、光源部２００１からの２光束を
偏向走査する。２００４はミラー、２００５は回折格
子、２００６は検査面からの散乱光と回折格子２００５
からの参照光を合波させるハーフミラーであり、これら
部材２００４乃至２００６は走査領域に応じた長尺形状
を有している。２００７は検査面であり半導体デバイス
の回路パターンが形成された原版（レチクルやマスク
等）である。２００８は原版を載置して所定方向（図
中、矢印方向）に移動させるためのステージである。
又、２００９は散乱光を集める集光レンズ、２０１０は
所定の偏光成分（Ｐ偏光成分）のみを透過させる偏光
板、２０１１は干渉光を検出する光電検出器（フォトマ
ルチプライヤ）であり、これらによって検出光学系が構
成されている。２０１２は光電検出器２０１１の出力を
基に検査面の状態を判断する信号処理系である。

【０１５３】光源部２００１はＰ偏光で周波数ω₁ のレ
ーザビームと、Ｓ偏光で周波数ω₂のレーザビームを平
行に出射するもので、具体的には２周波ゼーマンレーザ
光源で生成される偏光方位が直交する所定の周波数差を
もつ２周波レーザビームを、偏光ビームスプリッタ等で
Ｐ偏光レーザとＳ偏光レーザに分離して生成する。別法
としては、１つ又は２つの音響光学素子を用いて２本の
レーザビームを周波数変調する形態、あるいは半導体レ
ーザの注入電流の制御によって２周波レーザビームを生
成する形態などが考えられる。

【０１５４】光源部２００１で生成された２本の平行レ
ーザビームは、ポリゴンミラー２００２とｆθレンズ系
２００３による走査光学系に導かれる。このうち、一方
の光束２０１３ａ（Ｓ偏光、周波数ω₂ ）は検査面２０
０７上の点Ａに入射して一次元方向に走査する。同時に
ステージ２００８によってこの走査方向に垂直な方向に
検査面２００７が移動することにより、検査面７の二次
元走査がなされる。

【０１５５】検査面２００７に光束２０１３ａが照射さ
れたとき、ここに異物や欠陥あるいは回路パターンが存
在した場合、Ｓ偏光の光束２０１３ａが異物や欠陥によ
り偏光解消された散乱光（Ｐ偏光＋Ｓ偏光）、及び回路
パターンによる散乱光（Ｓ偏光が支配的）が生じる。こ
こで異物や欠陥によって偏光解消が起きる理由は、一般
に異物や欠陥部の表面は粗いので乱反射散乱する時に偏
光が乱されて入射偏光面とは異なる偏光成分が生じるた
めである。これに対して回路パターンのように表面が比
較的均一で滑らかな物体による散乱光は偏光解消は僅か
である。

【０１５６】図４５は走査スポット部分に回路パターン
と異物が存在する場合の拡大図であり、２０１は検査面
７に付着する０．３μｍ程度の大きさの異物、２０２は
回路パターンである。Ｓ偏光光束２０１３ａが入射角φ
で入射されると、異物２０１によって偏光解消されてＰ
・Ｓ両偏光成分を有する散乱光が等方的に生じる。又、
回路パターン２０２からも偏光解消されない（あるいは
偏光解消されたにしてもほんの僅かの）Ｓ偏光の散乱回
折光が生じる。光束２０１３ａの入射方向に対して散乱
光の検出方向を、なるべく回路パターン２０２からの回
折光が含まれない方向に設定することでＳ／Ｎを高める
ことができる。この散乱光の検出方向は、ミラー２００
４、回折格子２００５、ハーフミラー２００６の配置位
置関係、並びに以下に示す回折格子２００５のピッチに
よって任意に設定することができる。本実施例では、入
射光束２０１３ａに対して後側方方向に散乱する散乱光
を検出する構成としているが、これに限らず前側方や９
０度側方など、回路パターンからの回折光が少ない側方
方向への散乱光を検出するようにしても良い。

【０１５７】図４３、図４４に戻って、走査光学系で走
査される他方の光束２０１３ｂ（Ｐ偏光、周波数ω₁ ）
はミラー２００４上の点Ｂで反射して回折格子２００５
の点Ａ′に指向される。すると点Ａ′からは所定の回折
角度で回折光が生じる。この回折角度θは以下の式によ
って決まる。

【０１５８】Ｐｓｉｎθ＝±ｍλ （Ｐ：回折格子のピッチ、θ：回折角、λ：波長、ｍ：
回折次数）

【０１５９】本実施例では回折格子５から回折角θで出
射する回折光の内、＋１次回折光２０１４（周波数ω
₁ ）を参照光として利用する。この＋１次回折光２０１
４はハーフミラー２００６上の点Ｃで反射して検出光学
系の方向に向かう。ここで回折格子２００５上の入射点
Ａ′と検査面７上の入射点Ａとはハーフミラー６に対し
光学的に共役関係にある。よって回折格子２００５から
の参照光である＋１次回折光２０１４と、検査面２００
７からの散乱光の両方が集光レンズ２００９で集光され
る。そして偏光板２０１０によりＰ偏光成分のみが選択
され、散乱光のうち異物や欠陥によって偏光解消された
光波（Ｐ偏光、周波数ω₂ ）と参照光（Ｐ偏光、周波数
ω₁ ）とのヘテロダイン干渉によって、周波数Δω（＝
｜ω₂ −ω₁ ｜）のビートを発生する。このビートは光
電検出器１１でビート信号として検出され、これを基に
信号処理系２０１２で回路パターンとは区別されて異物
や欠陥の識別がなされる。

【０１６０】本実施例での異物欠陥検出は、散乱光の
内、光ヘテロダイン干渉によってビート信号となるのは
偏光解消によるＰ偏光成分だけで、回路パターンからの
散乱光が混じっていたとしてもＳ偏光成分が支配的であ
り、光電検出器２０１１で光ヘテロダイン干渉せずビー
ト信号にならないことを利用する。これは異物や欠陥に
よる散乱光のみがビート信号として検出され、仮に回路
パターンからの散乱光が存在してもビート信号にはなら
ない、あるいはなったとしても非常に微弱であることを
意味している。これにより実施例の装置は非常に高感度
且つ高いＳ／Ｎ比での異物や欠陥検査を可能としてい
る。

【０１６１】なお、Ｓ偏光とＰ偏光の関係が全く入れ替
わるような光学構成にしても同様に異物や欠陥を検出す
ることが可能である。

【０１６２】＜実施例２０＞図４６、図４７、図４８、
図４９は本発明の第２０実施例の構成を示す図である。
図４６は装置全体の斜視図を示し、図４７、図４８、図
４９はそれぞれ正面図、側面図、平面図を示す。

【０１６３】図中、２１０１は光源部であり、先の第１
９実施例の光源部１と同様、Ｐ偏光で周波数ω₁ のレー
ザビームとＳ偏光で周波数ω₂ のレーザビームを同一光
軸上に重ねて出射するものである。２１０２はポリゴン
ミラー、２１０３はｆθレンズ系であり、これらによっ
て走査光学系を構成している。２１０４は偏光ビームス
プリッタ、２１０５，２１０６，２１０７，２１０８は
それぞれミラーであり、走査領域に応じて長方形状を有
している。２１０９は走査光の走査幅を変更するための
アフォーカルコンバータである。２１１０は検査面で走
査光の走査方向に対して交差する方向に移動する。２１
１１は集光レンズであって、ミラー２１０８を経て検査
面２１１０で走査された光束２１３０ａによる検査面か
らの散乱光と、アフォーカルコンバータ２１０９を経て
検査面で反射散乱する参照光との合波光を集光する。２
１１２はヘテロダイン信号を検出するために偏光面をそ
ろえる偏光板、２１１３はそのヘテロダイン信号のＤＣ
成分を抑えるための走査領域に対応した長方形の開口を
有するアパーチャ、２１１４は光電検出器（フォトマル
チプライヤ）、２１１５は信号処理系である。

【０１６４】光源部２１０１からのレーザビームは、ポ
リゴンミラー２１０２とｆθレンズ系２１０３からなる
走査光学系によって偏向走査する。そして偏光ビームス
プリッタ２１０４において、Ｐ偏光（周波数ω₁ ）成分
を透過、Ｓ偏光（周波数ω₂）成分を反射して２光束に
分離する。この内、反射した光束２１３０ａは２枚のミ
ラー２１０５、２１０８によって進行方向が折り曲げら
れ、所定の方向から検査面２１１０上に入射して一次元
方向に走査する。

【０１６５】一方、走査光学系によって走査して偏光ビ
ームスプリッタ２１０４を透過した光束２１３０ｂ（Ｐ
偏光、周波数ω₁ ）は、２枚のミラー２１０６、２１０
７によって進行方向が折り曲げられ、アフォーカルコン
バータ２１０９に導かれる。アフォーカルコンバータ２
１０９では光束２１３０ｂの走査範囲を縮小し且つ走査
方向を反転させる。そしてこの光は前記光束１３０ａの
入射方向とは異なる方向（上方から見て直交する方向）
から検査面２１１０に入射する。ここでアフォーカルコ
ンバータ２１０９の作用により、検査面２１１０上で光
束２１３０ａと２１３０ｂとが一致して、これら２光束
は常に検査面２１１０上の同一点を走査するようにな
る。

【０１６６】検査面２１１０に光束２１３０ａ（Ｓ偏
光、周波数ω₂ ）が照射されたとき、ここに異物や欠陥
あるいは回路パターンが存在した場合、Ｓ偏光（周波数
ω₂ ）光束２１３０ａが異物や欠陥により偏光解消され
た散乱光（Ｐ偏光＋Ｓ偏光）、及び回路パターンによる
散乱光（Ｓ偏光が支配的）が生じる。ここで異物や欠陥
によって偏光解消が起きる理由は、一般に異物や欠陥の
表面は粗いので乱反射散乱する時に偏光が乱されて入射
偏光面とは異なる偏光成分が生じるためである。これに
対して回路パターンのように表面が比較的均一で滑らか
な物体による散乱は偏光解消は僅かである。

【０１６７】集光レンズ２１１１を含む検出光学系は、
検査面２１１０に照射された光束２１３０ｂ（Ｐ偏光、
周波数ω₁ ）による０次光の方向に配置されている。
又、光束２１３０ａ（Ｓ偏光、周波数ω₂ ）は光束２１
３０ｂとは異なる方向（９０度方向）から検査面２１１
０の同一点に入射する。よって光束２１３０ｂによる０
次光を含む参照光（ほぼＰ偏光）と、光束２１３０ａに
よる側方（９０度）散乱光（Ｓ偏光＋Ｐ偏光）の両方が
検査面２１１０の同一地点から発生して集光レンズ２１
１１に入る。偏光板２１１２ではＰ偏光成分のみを選択
し、光束２１３０ａによる散乱光の内、異物や欠陥によ
って偏光解消された光波（Ｐ偏光、周波数ω₂ ）と参照
光（Ｐ偏光、周波数ω₁ ）とのヘテロダイン干渉によっ
て周波数Δω（＝｜ω₂ −ω₁ ｜）のビートを発生す
る。このビートは光電検出器２１１４でビート信号とし
て検出され、先の実施例と同様に信号処理系２１１５で
回路パターンとは区別して異物や欠陥を識別する。

【０１６８】図５０、図５１は集光レンズ２１１１と光
電検出器２１１４の間に配置するアパーチャ２１１３の
役割を説明する図である。図５０は側方方向から見た
図、図５１は光軸方向から見た図である。光束２１３０
ａが検査面上の異物や欠陥を照射して側方に広く発生す
る散乱光は集光レンズ２１１１の口径全体に２１３０
ａ′のように入る。一方、光束２１３０ｂは検査面上で
反射散乱するため、余り広がらず集光レンズ２１１１の
口径の一部に２１３０ｂ′のように入る。従って両者は
ＮＡが異なるため、集光点である光電検出器２１１４の
検出面（光電面）では両者の集光スポット径が異なる。
すると集光スポットの重なり部分（干渉領域）以外の部
分では光干渉せず、ビート信号のＡＣ成分が低下するお
それがある。そこで本実施例では走査領域に沿ってアパ
ーチャ２１１３を配置し、参照光束２１３０ｂ′の不用
部分の一部を遮光してＳ／Ｎ比を向上させている。

【０１６９】なお、本実施例では９０度側方散乱光を検
出する構成としたが、前側方方向や後側方方向などでも
良く、回路パターンからの回折光が少ない側方方向で散
乱光を検出する。

【０１７０】＜実施例２１＞図５２は上記第２０実施例
を一部変形した第２１実施例の構成図であり、検出の基
本原理は第２０実施例と同様である。図５２は図４６で
示した光学系に対してミラー２１０７の位置を変更し
て、アフォーカルコンバータ２１９１の配置に余裕を持
たせた構成としている。なお、本実施例のアフォーカル
コンバータの２１９１は、走査方向を反転させる必要が
ないため、図４６のような凸レンズの２枚系でなく、凸
レンズと凹レンズを組み合わせた系としている。

【０１７１】＜実施例２２＞図５３は上記第２１実施例
を一部変形した第２２実施例の構成図であり、図５２の
アフォーカルコンバータ２１９１の代わりにホログラム
２１９２としたことを特徴とする。ホログラムはこれに
入射する光の入射波面を所定の波面に変換する物理光学
素子であり、検査面２１１０の走査軌跡上に常に集光す
るようにホログラム２１９２を配置する。これにより上
記第３実施例と同様の作用が得られる。

【０１７２】＜実施例２３＞図５４は第２３実施例の構
成図であり、先の図４６と同一の符号は同一の部材を表
わす。本実施例では光束２１３０ｂを検査面には入射さ
せずに散乱光と合波するようにしたものである。図中、
２１２０はλ／２板、２１２１は散乱構造体、２１２２
はミラー、２１２３はハーフミラーである。アフォーカ
ルコンバータ２１０９を経た光束２１３０ｂはλ／２板
２１２０に通過することで偏光方位が変化する。この偏
光方位は偏光板２１１２の偏光方位に合わせたものであ
る。λ／２板２１２０を経た光束はミラー２１２２で反
射して散乱構造体２１２１に入射する。散乱構造体２１
２１は、例えば図５５に示すようにガラス基板上にＣｒ
などの複数のパターンを、走査方向にエッジが現れるよ
うパターニングしたもので、所定方向に広く散乱光が発
生するようになっている。散乱構造体２１２１のパター
ンで散乱された光は参照光としてハーフミラー２１２３
に入射する。一方、光束２１３０ａの照射による異物か
らの側方散乱光もハーフミラー２１２３に入射して、ハ
ーフミラー２１２３によって両者を合波する。ここで光
束２１３０ａによる検査面上の集光点と、光束２１３０
ｂによる散乱構造体２１２１上の照射点は、ハーフミラ
ー２１２３に関し光学的に共役関係となっている。

【０１７３】本実施例では散乱構造体２１２１によって
参照光となる散乱光が広く散乱されるため、先の図５
０、５１で説明したような２つの光束の集光スポット径
の違いが少なく、アパーチャ２１１３を省略しても良質
なビート信号が得られる。

【０１７４】＜実施例２４＞図５６は上記第２３実施例
を一部変形した第２４実施例の構成図である。これまで
の実施例とは異なり、光源部２１３１はＰ偏光で周波数
ω₁ のレーザビームとＳ偏光で周波数ω₂ のレーザビー
ムを、同一光束ではなく異なる光束として平行に出射す
るものである。この２本の平行光束は共に走査光学系で
走査され、これらの内の一方（Ｓ偏光、周波数ω₂ ）だ
けが反射ミラー２１４１によって反射される。これ以降
BR>の構成及び作用は上記図５４のものと同様である。
本実施例によれば、一般に高価な長尺の偏光ビームスプ
リッタが不用であるため、装置の低コスト化が達成でき
る。

【０１７５】＜実施例２５＞図５７は第２５実施例の構
成を示す。図中、２１０１は２周波レーザ光源（ゼーマ
ンレーザや半導体レーザ、あるいは音響光学素子を用い
た光学系など）、２１０３はスキャニングミラー、２１
０４はｆθレンズ、２１０５，２１０６は反射ミラー、
２１０７は偏光ビームスプリッタ、２１０８は回折格
子、２１０９はハーフミラー、２１１０は検査面、２１
１１は走査ステージ、２１１２は集光レンズ、２１１３
は光電検出器、２１１４はビート信号処理系である。

【０１７６】２周波レーザ光源２１０１からのレーザビ
ームは、スキャニングミラー２１０３とｆθレンズ２１
０４による走査光学系に導かれて偏光走査され、ミラー
２１０５，２１０６を経て、偏光ビームスプリッタ２１
０７によってＳ偏光レーザビーム（シフト周波数ω）２
０２０と、Ｐ偏光レーザビーム２１２１（シフト周波数
ω＋Δω）に分離される。分離されたＳ偏光レーザビー
ム２１２０は検査面２１１０の表面にスポットとして収
束する。スポット内の異物や欠陥あるいは回路パターン
による散乱光は、Ｓ偏光レーザビーム２１２０の入射方
向に対してほぼ９０度側方方向に配置した集光レンズ２
１１２によって、側方散乱光２１２２としてハーフミラ
ー２１０９を通して集光される。一方、Ｐ偏光レーザビ
ーム２１２１が回折格子２１０８上に収束されると回折
光を生成し、この内、一次回折光２１２３がハーフミラ
ー２１０９側に回折されるようになっている。ハーフミ
ラー２１０９においては一次回折光２１２３と側方散乱
光２１２２とを合波する。この回折格子２１０８は、入
射光束に対してほぼ９０度側方方向に一次回折光を生成
し、走査光学系によって移動するスポット光の位置に応
じて常に側方散乱光２１２２とハーフミラー２１０９に
て合波されるように設計されている。ハーフミラー２１
０９で合波された側方散乱光２１２２に含まれるＰ偏光
成分（異物や欠陥で偏光解消されたもの）と回折格子２
１０８からの一次回折光（Ｐ偏光成分）は、集光光学系
２１１２を介して光電検出器２１１３のセンサ面上に結
像して光ヘテロダイン干渉し、ビート信号処理系２１１
４で処理される。

【０１７７】なお、本例では光電検出器２１１３のセン
サ面は検査面２１１０上のスポットの共役面としている
が、これを瞳面に配置するようにしても良い。又、Ｐ偏
光とＳ偏光の関係を逆にしても良い。

【０１７８】なお、以上説明した第１９実施例〜第２５
実施例は、入射光線に対して側方方向に発する散乱光を
検出する構成であるが、本発明者らは０．３μｍ程度の
サイズの異物について好ましい検出角度を検討した。そ
の結果、入射光線と光電検出器へ入射する光束とをそれ
ぞれ検査面へ投影した正射影線同士がなす角βが、９０
゜から１８０゜の範囲に光電検出器を配置すると検出感
度が高く好ましいことが分かった。すなわち、図５８に
おける斜線部分の範囲内に光電検出器を配置すると好ま
しい。

【０１７９】＜実施例２６＞次に以上の実施例における
ビート信号処理系の信号処理の変形例を図５９を用いて
説明する。図中、４０１は光電検出器で得られるビート
信号を増幅するためのプリアンプ、４０２はビート信号
のＤＣ成分とＡＣ成分を分離するＡＣ／ＤＣ分離器、４
０３は位相比較器(Phase Comparator)、４０４，４０９
は低域フィルタ(Low Pass Filter) 、４０５はループゲ
インを上げるためのアンプ、４０６は電圧制御発振器(V
oltage Controlled Oscillator) 、４０７は電圧制御発
振器４０６の出力信号の９０°位相ずれを補正するため
の９０°移相器、４０８はビート信号と電圧制御発振器
の出力信号とを掛け算処理するためのマルチプライヤ、
４１０は低域フィルタ出力信号パルスの波高を補正し
て、０次回折光の強度変化の影響を除去するためのピー
ク補正回路、４１１はビート信号のＤＣ成分の変動から
０次回折光の強度変動をモニタするための０次回折光モ
ニタ回路、４１２はピーク補正回路からの出力パルスを
評価して異物や欠陥かどうかを判定するカウンタ、４１
３は異物や欠陥の数や位置を記憶、表示するためのコン
ピュータである。

【０１８０】この信号処理系の信号処理の手順は以下の
通りである。図６０に示すように光電検出器によって検
出されるビート信号はＤＣ成分３０３とＡＣ成分３０４
を持っている。このビート信号を図５９のプリアンプ４
０１で適当に増幅した後、ＡＣ／ＤＣ分離器４０２によ
ってＤＣ成分とＡＣ成分を分離して検出する。ＡＣ／Ｄ
Ｃ分離器４０２は例えば低域フィルタと狭帯域アンプや
コンデンサ等を組み合わせることにより構成される。こ
こでＤＣ成分は０次回折光の強度変化に比例したもの
で、ＡＣ成分は異物や欠陥によって発生するビート信号
成分である。こうして分離されたビート信号のＡＣ成分
は、図６０（ａ）の５０１に示すごとくであり、これが
位相比較器４０３に入力される。

【０１８１】ここで本実施例の特徴である、位相比較器
４０３、低域フィルタ４０４、アンプ４０５、電圧制御
発振器４０６により構成される位相同期ループ回路（Ｐ
ＬＬ回路）について説明する。これは位相比較器４０
３，低域フィルタ４０４，電圧制御発振器４０６からな
るフィードバックループで、一種の自動制御回路となっ
ている。

【０１８２】被検面上に異物や欠陥が存在しない場合は
ビート信号は発生しないのでＡＣ成分はゼロであり、位
相比較器４０３に入力信号が供給されず、出力される誤
差電圧４２０はゼロに等しくなる。この時、電圧制御発
振器４０６はセットされた周波数ω₀ で発振する。この
周波数は通常フリーランニング周波数と呼ばれる。検出
すべきビート信号の周波数は、光ヘテロダイン干渉させ
る２つの光の波長差Δωであるので、これに非常に近い
周波数かあるいは同一周波数にフリーランニング周波数
ω₀ を設定しておく。

【０１８３】異物や欠陥が被検面上に存在する場合はビ
ート信号が発生し、これが入力信号として供給されれ
ば、位相比較器４０３は入力されるビート信号（周波数
Δω）の立ち上り部分と電圧制御発振器４０６の発振周
波数の位相と周波数を比較して、この２つの信号の位相
差、周波数差に比例した誤差電圧４２０を発生させる。
この誤差電圧の高周波成分は低域フィルタ４０４により
除去され、低周波成分だけがループゲインを上げるため
にアンプ４０５により増幅されて電圧制御発振器４０６
の制御電圧４２１となり、電圧制御発振器４０６の発振
周波数を入力信号の周波数Δωとの差を減少させる方向
に供給される。このようにして入力信号と電圧制御発振
器４０６からの出力信号の周波数が等しくなった時、こ
の状態をＰＬＬがロックしたという。ＰＬＬがビート信
号にロックすれば、電圧制御発振器４０６はビート信号
周波数Δωと同一周波数を出力する。一度ロックすれ
ば、Δωとω₀ の位相差が生じない限り、ω₀ ＝Δωの
状態を継続するが、もし、このロック状態においてΔω
とω₀ の位相差が生じた場合でもこの差を位相比較器４
０３にて検出し、電圧制御発振器４０６制御電圧が変化
しΔω＝ω₀ になるように電圧制御発振器４０６を制御
しロック状態を保つことになる。

【０１８４】この電圧制御発振器４０６からの出力信号
はＰＬＬ回路による９０°の位相ずれがあるため、その
補正のために９０°移相器４０７を設け、これを通して
電圧制御発振器４０６信号とビート信号の位相を一致さ
せる。そしてこれら２信号をマルチプライヤ４０８に与
えて乗算することによって両波整流された検波出力が得
られる。この検波出力の高周波成分はビート周波数Δω
の倍になっているため、低域フィルタ４０９でこれを除
去すれば、図６０（ｂ）で示すようなビート信号の包絡
線であるパルス信号５０２が得られる。

【０１８５】ＰＬＬは電圧制御発振器４０６のフリーラ
ンニング周波数にごく近い周波数にしか応答しないため
非常に優れた周波数選択性を持っている。したがって光
電検出器のショットノイズの影響を除去して、高いＳ／
Ｎ比で周波数Δωのビート信号成分のみを検出すること
が可能である。

【０１８６】得られたパルス信号５０２はピーク補正回
路４１０に入力される。ビート信号のＡＣ成分は被検査
面からの０次回折光（参照光）の強度変化に比例して変
動するので、これに対応して図６０（ｂ）のパルス信号
５０２の波高５０３も０次回折光強度変化に比例する。
この影響を補正するためにＤＣ成分３０３を０次回折光
モニタ４１１でモニタし、補正信号４２２をピーク補正
回路４１０へ入力する。ピーク補正回路４１０ではこの
補正信号４２２を基に、例えば周波数フィルタ後の信号
の増幅倍率を可変することでパルス高さが補正して、０
次回折光の強度変動の影響が除去される。この結果、ピ
ーク補正回路４１０の出力パルスの強度は、異物からの
散乱光強度にのみ比例するものが得られる。そしてカウ
ンタ４１２でノイズレベルに適当な閾値５０４を設け
て、出力パルスが異物や欠陥によるものかノイズである
かを評価してカウントする。その結果はコンピュータ４
１３により取り込まれ、データ記憶、異物サイズの評
価、マッピング、表示等の処理がなされる。

【０１８７】本実施例によれば、優れた周波数選択性を
持った位相同期ループ（ＰＬＬ）回路を有する信号処理
系によってビート信号を処理するため、ショットノイズ
の影響を除去して高いＳ／Ｎ比で異物や欠陥を検出でき
る。

【０１８８】＜実施例２７＞次に以上の実施例の信号処
理系をより改良した実施例を説明する。以上の各実施例
の構成においては、検出すべき異物や欠陥のサイズが非
常に小さくなると光電検出器で得られる信号強度も非常
に微弱になり、更にはビート信号が発生する時間幅も短
くなる。そこで本実施例では信号処理系に工夫を加えて
一種のダブルヘテロダイン検出系を構成することで、微
小なサイズの異物や欠陥でも良好に検出できるようにし
た。

【０１８９】具体的な構成を説明する。図６１は光源系
２００と検出光学系２０１はこれまで説明したいずれか
の実施例と同一の構成であり、異物や欠陥によって光ヘ
テロダイン干渉が起きて光電検出器２０２でビート信号
が得られる。２０３は発振器、２０４は乗算回路、２０
５は周波数フィルタ、２０６は閾値回路、２０７はコン
ピュータである。

【０１９０】光電検出器で検出されるビート信号の周波
数は高いほど好ましい。ビート信号の周波数はヘテロダ
イン干渉する２つの光束の周波数の差に等しいので、周
波数の差を大きくすることによってビート信号の周波数
を高めることができる。今、ビート信号を構成する２周
波数ｆ₁ ，ｆ₂ に例えば｜ｆ₁ −ｆ₂ ｜＝Δω／２π＝
１０ＧＨｚの差があるとする。

【０１９１】先にも説明したように、検出光学系２０１
から出射する光の電場Ｅ₁ ，Ｅ₂ は次のようになる。

【０１９２】 Ｅ₁ ＝Ａ₁ ・exp ［j ｛ωｔ＋θ₁ ｝］ （１１） Ｅ₂ ＝Ａ₂ ・exp ［j ｛（ω＋Δω）ｔ＋θ₂ ｝］ （１２） この時、光電検出器２０２で光電変換後の信号強度Ｉ_PD
は次のようになる。

【０１９３】 Ｉ_PD＝｜Ｅ₁ ＋ Ｅ₂ ｜² ＝Ａ₁ ² ＋Ａ₂ ² ＋２Ａ₁ Ａ₂ cos（Δωｔ＋θ₂ −θ₁ ） （１３） 従ってビート信号の周波数は（１３）式の第３項より、
Δω／２π＝１０ＧＨｚである。よってパルスの時間幅
を例えば約２００ｎｓとすると、１０ＧＨｚのビート信
号はこのパルス内に約２０００周期が含まれることにな
る。

【０１９４】発振器２０３はΔω／２π＝１０ＧＨｚよ
り僅かに異なる周波数の正弦波を発するもので、ここで
はその周波数はｆ_FG＝（Δω＋δω）／２π＝１０．１
ＧＨｚとする。光電検出器２０２で検出したビート信号
と発振器２０３からの信号とを乗算回路２０４に入力し
て乗算を行なう。ここで発振器２０３からの信号の強度
Ｉ_FGは、 Ｉ_FG＝Ｄ_FG＋Ａ_FG cos｛（Δω＋δω）ｔ＋θ_FG｝ （１４） （１３）式の係数を簡単にするため、Ａ₁ ² ＋Ａ₂ ² ＝
Ｄ_PD, ２Ａ₁ Ａ₂ ＝Ａ_PDとして Ｉ_PD＝Ｄ_PD＋Ａ_PD・cos （Δωｔ＋θ₂ −θ₁ ） とすると乗算回路２０４からの信号Ｉ_MCは、 Ｉ_MC＝Ｄ_PD・Ｄ_FG ＋Ｄ_PDＡ_FG・cos ｛（Δω＋δω）ｔ＋θ_FG｝ ＋Ｄ_FGＡ_PD・cos （Δωｔ＋θ₂ −θ₁ ） ＋（Ａ_PDＡ_FG／２）・ cos（δωｔ＋θ_FG−θ₂ ＋θ₁ ） ＋（Ａ_PDＡ_FG／２）・ cos｛（２Δω＋δω）ｔ＋θ_FG＋θ₂ −θ₁ ｝ （１５） である。Δω／２π＝１０ＧＨｚ，ｆ_FG＝（Δω＋δ
ω）／２π＝１０．１ＧＨｚとしたので、（１５）式の
第２項、第３項の周波数は約１０ＧＨｚ，第５項は約２
０ＧＨｚとなり、それに対して第４項はδω／２π＝１
００ＭＨｚとなる。（１５）式で表された乗算回路２０
４からの出力信号を基に、周波数フィルタ２０５によっ
て１００ＭＨｚの周波数成分を取り出す。この信号Ｉ_FF
は、Ｉ_FF＝（Ａ_PDＡ_FG／２）・cos （δωｔ＋θ_FG−θ
₂ ＋θ₁ ） （１６）となり、この信号が閾値回路２
０６に送られて所定の閾値との比較が行なわれ、閾値を
越えたら異物や欠陥が有り判断される。これはコンピュ
ータ２０７によってカウントされて処理される。なお周
波数フィルタ２０５からの信号の振幅は（１６）式より
Ａ_FGに比例することが分かるので、発振器２０３の振幅
を大きくすることによって検出感度を更に上げることが
できる。

【０１９５】図６２は図６１の光源系２００の具体的な
構成例を示す。同図において２１０と２１１は互いに直
交する偏波面で発振する半導体レーザであり、僅かに周
波数が異なるｆ₁ とｆ₂ のレーザビームをそれぞれ出力
する。これら２つの半導体レーザからの光はハーフミラ
ー２１２で合成されて２方向に進む。一方の光束は先の
検出光学系に指向され異物検査用の光束となる。他方は
光電検出器２１４方向へ指向される。光電検出器２１４
の手前には２周波数成分がヘテロダイン干渉を起こすよ
うに偏光方位を４５°傾けた偏光フィルタ２１３が挿入
されている。

【０１９６】発振器２１５は例えば周波数１０．１ＧＨ
ｚの高周波電気信号Ｉ_FGを発生する。この発振器２１５
は前述の検出系の発振器２０３と共通化しても構わな
い。光電検出器２１４からの信号Ｉ_PD2 と電気信号Ｉ_FG
を乗算回路２１６に入力し、その出力信号Ｉ_MC2 を周波
数フィルタ２１７に入力する。この周波数フィルタ２１
７は約１００ＭＨｚの周波数成分を選択的に抽出するも
のである。抽出された信号Ｉ_FF2 は周波数測定器２１８
へ入力される。電流制御回路２１９は、まずレーザ２１
０にある一定電流Ｉ_LD1 を注入する。そしてレーザ２１
１の注入電流Ｉ_LD2 をＩ_LD1 に近い値で掃引すると、光
電検出器２１４からの信号Ｉ_PD2 と発振器２１５からの
信号Ｉ_FGの周波数差が１００ＭＨｚに近付いた時、即ち
ビート信号Ｉ_PD2 が１０．０ＧＨｚもしくは１０．２Ｇ
Ｈｚの時にのみ、周波数測定器２１８に信号Ｉ_FF2 が入
力される。周波数が１０．０ＧＨｚか１０．２ＧＨｚか
はＩ_LD2 の最初の掃引方向による。周波数測定器２１８
ではＩ_FF2 を検出したことを電流制御回路２１９に伝達
して、電流制御回路２１９ではレーザ２１１の注入電流
Ｉ_LD2 をその値でほぼ一定に保つように制御する。以
後、周波数測定器２１８はＩ_FF2 の周波数を測定し、１
００ＭＨｚからのずれ量を電流制御回路２１９にフィー
ドバックし、電流制御回路２１９はその値に応じてレー
ザ２１１の注入電流Ｉ_LD2 を制御する。このようなフィ
ードバック系を構成することで２周波数光源のビート周
波数を高周波数で一定に保つことが可能となる。

【０１９７】以上のように本実施例では、光ヘテロダイ
ン信号とその周波数と僅かに異なる周波数の高周波電気
信号を発振する発振器からの信号とを乗算回路によって
乗算し、その出力から周波数フィルタによって所望の周
波数の信号を選択抽出することで、光ヘテロダイン信号
の周波数を高く設定できる。つまり一種のダブルヘテロ
ダイン検出を行なっている。これにより１つの異物や粒
子を検出する際に光電検出器が光電変換する光ヘテロダ
イン信号の周期の数が多くなり、光ヘテロダイン干渉を
起こしていることをより正確に確認できる。また、電気
信号の振幅を大きくすることで検出信号の振幅を大きく
できる。これにより微弱な光ヘテロダイン信号から大き
な検出信号を作ることが可能となる。また、特定の周波
数を選択抽出する周波数フィルタによって問題点として
挙げた検出信号のＤＣ成分を除去できるため検出がより
確実になる。すなわち本実施例によれば、 （１）微弱な強度のヘテロダイン干渉でも、発振器から
の信号強度を大きくすることによって検出信号を増幅で
き、検出感度を上げることができる。 （２）ビート周波数を高くすることが可能なので、検出
対象である異物等が小さくてビート信号の発生時間が短
くてもビートの発生を検出できる。 （３）光ヘテロダイン周波数と発振器からの信号の周波
数の調整によって、周波数フィルタで抽出しやすい周波
数を設定でき、ＤＣ成分やノイズと検出信号の分離がよ
り高いＳ／Ｎ比で可能となる。

【０１９８】＜実施例２８＞次に本発明の第２８実施例
を説明する。上記第２７実施例は電気的な発振器によっ
て高周波信号を生成してダブルヘテロダイン検出を行な
うものであったが、本実施例では光学的に同様の高周波
信号を生成することによってダブルヘテロダイン検出を
行なうものである。

【０１９９】図６３は本実施例の構成を示す図であり、
先の第２７実施例と基本的な考え方は同一である。図６
３において先の図６１、図６２と同一の符号は同一もし
くは同等の部材を表す。本実施例の構成上の特徴は、半
導体レーザ２２０、ハーフミラー２２１、偏光ビームス
プリッタ２２２、偏光フィルタ２２３、光電検出器２２
４、偏光フィルタ２２５、光電検出器２２６である。こ
れらの部材によって先の第２７実施例の電気的な発振器
と同等の機能を持たせている。半導体レーザ２２０は半
導体レーザ２１０のｆ₁ 及び半導体レーザ２１１のｆ₂
とは僅かに異なる周波数ｆ₃ のレーザビームを出力す
る。なお、図示はしていないが各半導体レーザの出口部
付近にはλ／４位相差板が配置されており、直線偏光か
ら円偏光に変換されたレーザビームを出力する。本実施
例では半導体レーザ２１０と２１１の周波数差は１０．
０ＧＨｚとする。すると異物やや欠陥によって光電検出
器２０２で得られるビート信号は１０．０ＧＨｚとな
る。又、半導体レーザ２１１と２２０の周波数差は１
０．１ＧＨｚとする。すると光電検出器２２４、光電検
出器２２６では１０．１ＧＨｚのビート信号、すなわち
先の第２７実施例の発振器で発振される高周波信号と同
等の信号が得られる。

【０２００】なお、本実施例では高周波信号を生成する
ための２光束の一方を、光源２１１からの光束をハーフ
ミラー２２１で分割して得ているが、これを別の第４の
半導体レーザに置き換えることもできる。

【０２０１】検出光学系２０１はこれまでに説明したい
ずれかの実施例と同じ構成を有し、ここで得られたヘテ
ロダイン干渉光を検出する光電検出器２０２の出力（１
０．０ＭＨｚ）と、上記光学的に生成された高周波信号
を検出する光電検出器２２４の出力（１０．１ＭＨｚ）
とは乗算回路２０４で乗算され、先の図６１と同様の信
号処理によるダブルヘテロダイン検出によって異物や欠
陥が精度良く検出される。一方、光電検出器２１４の出
力（１０．０ＭＨ）と光電検出器２２６の出力（１０．
１ＭＨｚ）とは乗算回路２１６で乗算され、先の図６２
と同様の信号処理によって光源の周波数が安定化がはか
られる。

【０２０２】＜実施例２９＞図６４はシリコンウエハ上
にレチクルやフォトマスク等の原版の回路パターンを焼
付けて半導体デバイスを製造する製造システムの実施例
を示す図である。システムは大まかに、露光装置、原版
収納装置、原版検査装置、コントローラを有し、これら
はクリーンルーム内に配置される。

【０２０３】９０１はエキシマレーザのような遠紫外光
源であり、９０２は照明系ユニットであって、露光位置
Ｅ．Ｐ．にセットされた原版を上部から同時（一括）に
所定のＮＡ（開口数）で照明する働きを持つ。９０９は
原版上に形成された回路パターンをシリコンのウエハ９
１０上に転写するための超高解像度レンズ系（もしくは
ミラー系）であり、焼付時にはウエハは移動ステージ９
１１のステップ送りに従って１ショット毎ずらしながら
露光を繰り返す。９００は露光動作に先立って原版とウ
エハを位置合わせするためのアライメント光学系であ
り、少なくとも１つの原版観察用顕微鏡系を有してい
る。以上の部材によって露光装置が構成されている。

【０２０４】一方、９１４は原版収納装置であり、内部
に複数の原版を収納する。９１３は原版検査装置であ
り、先の各実施例のいずれかの構成を含んでいる。この
原版検査装置９１３は、選択された原版が原版収納装置
９１４から引き出されて露光位置Ｅ．Ｐ．にセットされ
る前に原版上の異物検査を行なうもので、異物検査の原
理及び動作については前述のいずれかの実施例と同一で
ある。コントローラ９１８はシステム全体のシーケンス
を制御するためのもので、原版収納装置９１４、原版検
査装置９１３の動作指令、並びに露光装置の基本動作で
あるアライメント・露光・ウエハのステップ送り等のシ
ーケンス等を制御する。

【０２０５】以下、本実施例のシステムを用いた半導体
デバイスの製造工程を示す。まず、原版収納装置９１４
から使用する原版を取り出し原版検査装置９１３にセッ
トする。次に、原版検査装置９１３で原版上の異物検査
を行なう。検査の結果、異物が無いことが確認されたら
この原版を露光装置の露光位置Ｅ．Ｐ．にセットする。
次に、移動ステージ９１１上に被露光体であるシリコン
ウエハ９１０をセットする。そしてステップ＆リピート
方式によって移動ステージ９１１のステップ送りに従っ
て１ショット毎ずらしながらシリコンウエハの各領域に
原版パターンを縮小投影して露光を繰り返す。１枚のシ
リコンウエハ上に露光が済んだら、これを収容して新た
なシリコンウエハを供給し、同様にステップ＆リピート
方式で原版パターンの露光を繰り返す。

【０２０６】露光の済んだ露光済シリコンウエハは本シ
ステムとは別に設けられた装置で現像やエッチングなど
の処理がなされる。この後に、ダイシング、ワイヤボン
ディング、パッケージング等のアッセンブリ工程を経
て、半導体デバイスが製造される。

【０２０７】本実施例によれば、従来は製造が難しかっ
た非常に微細な回路パターンを有する高集積度半導体デ
バイスを製造することができる。

【０２０８】＜実施例３０＞図６５は半導体デバイスを
製造するための原版の洗浄検査システムの実施例を示す
図である。システムは大まかに、原版収納装置、洗浄装
置、乾燥装置、検査装置、コントローラを有し、これら
はクリーンチャンバ内に配置される。

【０２０９】９２０は原版収納装置であり、内部に複数
の原版を収納し洗浄すべき原版を供給する。９２１は洗
浄装置であり、純水によって原版の洗浄を行なう。９２
２は乾燥装置であり、洗浄された原版を乾燥させる。９
２３は原版検査装置であり、先の各実施例のいずれかの
構成を含んでおり、前記実施例のいずれかの方法を用い
て洗浄された原版上の異物検査を行なう。９２４はコン
トローラでシステム全体のシーケンス制御を行なう。

【０２１０】以下、動作について説明する。まず、原版
収納装置９２０から洗浄すべき原版を取り出し、これを
洗浄装置９２１に供給する。洗浄装置９２１で洗浄され
た原版は乾燥装置９２２に送られて乾燥させる。乾燥が
済んだら検査装置９２３に送られ、検査装置９２３にお
いては先の実施例のいずれかの方法を用いて原版上の異
物を検査する。検査の結果、異物が確認されなければ、
原版を原版収納装置９２０に戻す。又、異物が確認され
た場合は、この原版を洗浄装置９２１に戻して洗浄・乾
燥動作を行なった後に再度検査を行ない、異物が完全に
除去されるまでこれを繰り返す。そして完全に洗浄がな
された原版を原版収納装置９２０に戻す。

【０２１１】この後に、この洗浄された原版を露光装置
にセットして、シリコンウエハ上に原版の回路パターン
を焼付けて半導体デバイスを製造する。これによって従
来は製造が難しかった非常に微細な回路パターンを有す
る高集積度半導体デバイスを製造することができる。

【０２１２】

【発明の効果】本発明によれば、従来は検出が難しかっ
た微小な異物や欠陥などを、高いＳ／Ｎ比で検出するこ
とができる。又、本発明を半導体製造に応用すれば、従
来は製造が難しかった高集積度半導体デバイスを製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の構成図である。

【図２】散乱光の発生とビート信号の検出についての説
明図である。

【図３】検出されるビート信号についての説明図であ
る。

【図４】検出されるビート信号の時間幅についての説明
図である。

【図５】ビート信号検出系の構成の説明図である。

【図６】実施例の検出光学系の構成図である。

【図７】検出光学系の他の実施例の説明図である。

【図８】第２実施例の構成図である。

【図９】第３実施例の構成図である。

【図１０】参照光と散乱光の偏光方向を説明するための
図である。

【図１１】異物と回路パターンによる散乱光の波面の違
いを説明するための図である。

【図１２】第４実施例の構成図である。

【図１３】異なる粒子サイズにおける散乱角度と相対散
乱強度の関係を示すグラフ図である。

【図１４】検出光学系の構成図である。

【図１５】第４実施例の検出系の変形例を示す図であ
る。

【図１６】第５実施例の構成図である。

【図１７】第６実施例の構成図である。

【図１８】Ｐ偏光成分とＳ偏光成分における散乱角度と
相対散乱強度の関係を示すグラフ図である。

【図１９】第７実施例の構成図である。

【図２０】第７実施例で検出される信号波形の例を示す
図である。

【図２１】第８実施例の構成図である。

【図２２】第９実施例の構成図である。

【図２３】第１０実施例の構成図である。

【図２４】検出系の変形例を示す図である。

【図２５】検出系の別の変形例を示す図である。

【図２６】第１１実施例の構成図である。

【図２７】第１１実施例の斜視図である。

【図２８】回路パターンと光スポットとの関係を示す図
である。

【図２９】検査面上を光スポットが走査している様子を
示す図である。

【図３０】第１１実施例の装置で得られる検出信号波形
の例を示す図である。

【図３１】信号処理回路のブロック図である。

【図３２】信号処理回路の各部での信号波形を示す図で
ある。

【図３３】第１２実施例の構成図である。

【図３４】第１２実施例の装置で得られる検出信号波形
の例を示す図である。

【図３５】信号処理回路のブロック図である。

【図３６】信号処理回路の各部での信号波形を示す図で
ある。

【図３７】第１３実施例の構成図である。

【図３８】第１４実施例の構成図である。

【図３９】第１５実施例の構成図である。

【図４０】第１６実施例の構成図である。

【図４１】第１７実施例の構成図である。

【図４２】第１８実施例の構成図である。

【図４３】第１９実施例の構成図である。

【図４４】第１９実施例の構成図である。

【図４５】散乱光の発生とビート信号の検出についての
説明図である。

【図４６】第２０実施例の構成図である。

【図４７】第２０実施例の構成図である。

【図４８】第２０実施例の構成図である。

【図４９】第２０実施例の構成図である。

【図５０】アパーチャの役割を説明するための図であ
る。

【図５１】アパーチャの役割を説明するための図であ
る。

【図５２】第２１実施例の構成図である。

【図５３】第２２実施例の構成図である。

【図５４】第２３実施例の構成図である。

【図５５】散乱構造体の例を示す図である。

【図５６】第２４実施例の構成図である。

【図５７】第２５実施例の構成図である。

【図５８】散乱光の好適な検出方向を説明するための図
である。

【図５９】第２６実施例の構成図である。

【図６０】検出されるビート信号についての説明図であ
る。

【図６１】第２７実施例の構成図である。

【図６２】第２７実施例の光源系の構成例である。

【図６３】第２８実施例の構成図である。

【図６４】第２９実施例の半導体製造システムのシステ
ム構成図である。

【図６５】第３０実施例の原版の洗浄検査システムのシ
ステム構成図である。

【図６６】従来の検査装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ レーザ光源 ２ 偏光板 ３ フィルタ系 ４ コリメータ光学系 ５，１２ 偏光ビームスプリッタ ８，１０ ドライバ ９，１１ 音響光学素子 １３ スキャニングミラー １４ ｆθレンズ系 １５ 偏光ビームスプリッタ ２０ 走査スポット ２１ 検査面 ２２ 走査ステージ系 ２６ レンズ系 ２９ 光電検出器 ３０ ビート信号処理系

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平4−305433 (32)優先日 平成４年11月16日(1992．11．16) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平4−305422 (32)優先日 平成４年11月16日(1992．11．16) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−22675 (32)優先日 平成５年２月10日(1993．2．10) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平5−48064 (32)優先日 平成５年３月９日(1993．3．9) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 吉井 実 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 野瀬 哲志 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 森 哲三 東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤ ノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−50903（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−307046（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−148086（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−201601（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−87527（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−87528（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 21/84 - 21/956 G01B 11/00 - 11/30

Claims (30)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の偏光状態及び第１の波長を有する
   第１光束と、該第１光束とは異なる第２の偏光状態及び
   第２の波長を有する第２光束を生成する生成手段と、 少なくとも前記第１光束を検査位置に照射する照射手段
   と、 該検査位置で散乱されて偏光状態が前記第１の偏光状態
   から変化した光と、前記第２光束とのヘテロダイン干渉
   光を検出する検出手段と、を有することを特徴とする検
   査装置。
2. 【請求項２】 第１の波長を有する第１光束と、該第１
   光束とは異なる第２の波長を有する第２光束を生成する
   生成手段と、 少なくとも前記第１光束を偏向して検査面を光走査する
   ための走査手段と、 前記１光束によって該検査面の走査位置から散乱された
   光と、前記第２光束とのヘテロダイン干渉光を検出する
   検出手段と、を有することを特徴とする検査装置。
3. 【請求項３】 第１の偏光状態を有する第１光束と、該
   第１光束とは異なる第２の偏光状態を有する第２光束を
   生成する生成手段と、 少なくとも前記第１光束を偏向して検査面を光走査する
   ための走査手段と、 前記第１光束によって検査面の走査位置から散乱されて
   偏光状態が前記第１の偏光状態から変化した光と、前記
   第２光束との干渉光を検出する検出手段と、を有するこ
   とを特徴とする検査装置。
4. 【請求項４】 前記検査面上の走査領域を前記検出手段
   の検出面に結像するためのレンズ系を有する請求項２又
   は３の検査装置。
5. 【請求項５】 前記第２光束を前記第１光束が照射され
   る同一位置に照射する請求項１乃至３のいずれかの検査
   装置。
6. 【請求項６】 前記第２光束を前記第１光束が照射され
   る同一位置に該第１光束とは異なる方向から照射して、
   該第２光束の０次回折光と前記第１光束の散乱光とを干
   渉させる請求項５の検査装置。
7. 【請求項７】 前記第１光束と前記第２光束を同一光束
   として同一位置に照射する請求項５の検査装置。
8. 【請求項８】 前記第２光束は検査位置に照射せず、該
   第２光束と前記第１光束による散乱光とを干渉させる請
   求項１乃至３のいずれかの検査装置。
9. 【請求項９】 前記第１光束が検査位置に照射されて入
   射方向と同一方向に散乱された光と前記第２光束とを干
   渉させる請求項７又は８の検査装置。
10. 【請求項１０】 前記生成手段は前記第１光束と第２光
    束を１つの光束に重ね合わせて生成する請求項１乃至３
    のいずれかの検査装置。
11. 【請求項１１】 前記生成手段は前記第１光束と第２光
    束を重ね合わせずに別々に生成する請求項１乃至３のい
    ずれかの検査装置。
12. 【請求項１２】 前記第１光束は所定方向の直線偏光光
    であり、前記第２光束は該第１光束とは異なる方向の直
    線偏光光である請求項１乃至３のいずれかの検査装置。
13. 【請求項１３】 前記第１光束と前記第２光束の少なく
    とも一方は円偏光光である請求項１乃至３のいずれかの
    検査装置。
14. 【請求項１４】 前記検出手段は、前記第１光束の入射
    方向に対して側方方向に発する光と、前記第２光束とを
    干渉させた干渉光を検出する請求項１乃至３のいずれか
    の検査装置。
15. 【請求項１５】 前記側方方向は、９０度から１８０度
    の範囲内である請求項１４の検査装置。
16. 【請求項１６】 前記第１光束の偏光状態を設定する設
    定機構を有する請求項１乃至３のいずれかの検査装置。
17. 【請求項１７】 前記第２光束の偏光状態を設定する設
    定機構を有する請求項１乃至３のいずれかの検査装置。
18. 【請求項１８】 検査対象に応じた偏光状態となるよ
    う、検査対象に応じて前記設定機構を制御する手段を有
    する請求項１６又は１７の検査装置。
19. 【請求項１９】 第１の波長を有する第１光束と、該第
    １光束とは異なる第２の波長を有する第２光束を生成す
    る第１の生成手段と、 第３の波長を有する第３光束と、該第３光束とは異なる
    第４の波長を有する第４光束を生成する第２の生成手段
    と、 少なくとも前記第１光束と第３光束を検査位置に照射す
    る照射手段と、 前記第１光束によって該検査位置で散乱された光と、前
    記第２光束とのヘテロダイン干渉光を検出する第１の検
    出手段と、 前記第３光束によって該検査位置で散乱された光と、前
    記第４光束とのヘテロダイン干渉光を検出する第２の検
    出手段と、を有することを特徴とする検査装置。
20. 【請求項２０】 前記第１光束と第２光束とは異なる偏
    光状態を有し、前記第３光束と第４光束は異なる偏光状
    態を有する請求項１９の検査装置。
21. 【請求項２１】 第１の波長を有する第１光束と、該第
    １光束とは異なる第２の波長を有する第２光束を生成す
    る生成手段と、 少なくとも前記第１光束を検査位置に照射する照射手段
    と、 前記第１光束の照射によって該検査位置から第１の方向
    に散乱された光と、前記第２光束とのヘテロダイン干渉
    光を検出する第１の検出手段と、 前記第１光束の照射によって該検査位置から前記第１の
    方向とは異なる第２の方向に散乱された光と、前記第２
    光束とのヘテロダイン干渉光を検出する第２の検出手段
    と、を有することを特徴とする検査装置。
22. 【請求項２２】 前記第１光束と第２光束とは異なる偏
    光状態を有する請求項２１の検査装置。
23. 【請求項２３】 前記検出した干渉光のビート信号を位
    相同期ループ回路を含む信号処理手段によって信号処理
    することで検査位置の状態を検査する手段を有する請求
    項１又は２の検査装置。
24. 【請求項２４】 前記検出した干渉光のビート信号と異
    なる周波数の高周波信号を生成する発振手段と、該２つ
    の信号の乗算を行なう乗算手段とを有し、該乗算手段の
    結果を基に検査位置の状態を検査する手段を有する請求
    項１又は２の検査装置。
25. 【請求項２５】 パターンが形成された原版を検査する
    ための請求項１乃至２４のいずれかの検査装置と、該検
    査装置で検査された原版のパターンを被転写体に転写す
    るための転写装置とを有することを特徴とする転写シス
    テム。
26. 【請求項２６】 前記原版には回路パターンが形成さ
    れ、前記被転写体はウエハである請求項２５の転写シス
    テム。
27. 【請求項２７】 原版を洗浄するための洗浄装置と、該
    洗浄装置で洗浄した原版を検査する請求項１乃至２４の
    いずれかの検査装置とを有することを特徴とする原版洗
    浄検査システム。
28. 【請求項２８】 第１の偏光状態及び第１の波長を有す
    る第１光束と、前記第１光束とは異なる第２の偏光状態
    及び第２の波長を有する第２光束を生成して、少なくと
    も前記第１光束を検査位置に照射し、該検査位置で散乱
    されて偏光状態が前記第１の偏光状態から変化した光と
    前記第２光束とのヘテロダイン干渉光を検出して得られ
    たビート信号状態によって検査位置の状態を検査するこ
    とを特徴とする検査方法。
29. 【請求項２９】 請求項２８の検査方法で転写パターン
    が形成された原版を検査する工程と、該検査された原版
    の転写パターンを被転写体に転写する工程を有すること
    を特徴とするデバイス製造方法。
30. 【請求項３０】 請求項２９の製造方法を含む工程で製
    造されたことを特徴とするデバイス。