JP5406677B2 - 暗視野欠陥検査方法及び暗視野欠陥検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造や磁気ヘッド製造ラインにて用いられる暗視野欠陥検査装置の装置状態モニタリング機能とモニタリング結果に基づいた装置状態の較正機能、特にモニタリング結果に基づいた装置状態の較正機能並びに異常状態の予測機能を備えた装置およびその予測方法に関する。

暗視野欠陥検査装置とは観察試料による散乱光を観察することにより、高コントラスト・超微細構造の観察を行い、欠陥検査を行うことを目的とした検査装置のことである。

半導体製造装置では、ＥＥＳ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる装置の安定化、装置間の性能差低減、突発的故障の予知を目的とした取り組みが行われている。ＥＥＳでは、プロセス中のあらゆるデータを大量に収集・保存し、処理することで、上記目的を達成することを目指している。

半導体製造や磁気ヘッド製造ラインにおいては、検査対象物の微細化に伴い、検出すべき欠陥信号の微弱化が進んでいる。特に暗視野欠陥検査装置においては、欠陥検出のために散乱光を用いており、微弱光の安定検出に対する要求は強い。微弱光を安定検出するには、装置状態を高い水準で一定に保つことが求められる。

特開２００７−２７３５１３号公報（特許文献１）には、暗視検査装置に搭載されている空間フィルタの自動較正技術が開示されている。これは、被検ウェハ上の周期パターンからの回折光を瞳上で観察し、透過光量が最小となるように空間フィルタを自動的に設置するものである。

また、特開２００７−２４８０８６号公報（特許文献２）には、検査装置内の温度、気圧の変化による結像レンズの結像位置変化を補正する機構を備えた装置について記述がある。

特開２００７−２７３５１３号公報 特開２００７−２４８０８６号公報

しかし、上記各文献の半導体検査装置においても装置全体の管理ではなく、一部の機能を管理し補正するにとどまっている。製造ラインには複数台の検査装置が配置されることが多く、装置間の検出感度を一致させることも重要な課題となっている。さらに、製造ラインの安定運用のため、検査装置の故障予知も求められる。

本発明の目的は、照明光学系と検出光学系、温度・気圧と言った環境をモニタリングする情報収集機能、モニタリング結果と設計値、理論計算値もしくはシミュレーション結果により導出した理想値を比較しモニタリング結果と理想値を近づけるように装置を較正するフィードバック機能を有する装置状態管理機能、を含むことで、装置状態及び装置感度を一定に保つ手段を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次の通りである。

本発明の代表的な実施の形態に関わる暗視野欠陥検査方法は、被検査物の表面を照明する照明光により被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、この第１のセンサが取得した信号に基づき被検査物上の異物や欠陥を検出するものであって、照明光の強度分布と偏光状態分布いずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリングステップと、これらの照明光モニタリングステップと検出系モニタリングステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの検出結果と理想値との差分が許容値以下となるよう照明光と検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする。

この暗視野欠陥検査方法において、照明光モニタリングステップは正反射光を利用して照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査方法において、照明光モニタリングステップは被検査物の検査面となるステージ上で照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査方法において、さきの照明光はレーザを光源とした照明系によって生成され、照明光モニタリングステップにて照明光生成過程の光線の計測結果から検査面上での照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を推定することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査方法において、検出系モニタリングステップは被検査物の検査面となるステージ上に置かれた特性が既知の反射型光学素子にスポット光を斜方照明し得られた散乱光を第２のセンサにより検出することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査方法において、照明光モニタリングステップ及び検出系モニタリングステップの検出結果の経時変化を記録し、統計処理により装置の異常を判断する装置異常確認ステップを更に含むことを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査方法において、更に、照明光モニタリングステップ及び検出系モニタリングステップの検出結果と理想値を同時に表示する検出結果出力ステップと、を含むことを特徴としても良い。

本発明の代表的な実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査方法は、被検査物の表面を照明する照明光により被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、第１のセンサが取得した信号に基づき被検査物上の異物や欠陥を検出するものであって、照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、検出系に入力された散乱光を第２のセンサにより検出する検出系モニタリングステップと、照明光モニタリングステップ及び検出系モニタリングステップ実行時の温度及び気圧の双方またはいずれか一方を測定する環境測定ステップと、照明光モニタリングステップ、検出系モニタリングステップ及び環境測定ステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの検出結果と理想値との差分が許容値以下となるよう照明光と検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする。

この暗視野欠陥検査方法において、更に、照明光モニタリングステップ及び検出系モニタリングステップの検出結果と理想値を表示する検出結果出力ステップと、を含むことを特徴としても良い。

本発明の代表的な実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置は、照明光を出力する照明系と、被検査物に照射された照明光の散乱光を検出する検出系と、制御部と、を有し、被検査物の表面を照明する照明光により被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、取得した信号に基づき被検査物上の異物や欠陥を検出するものであって、照明系は照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリング手段を有し、検出系は検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリング手段を有し、制御部は照明光モニタリング手段と検出系モニタリング手段の検出結果と理想値とを比較し、それぞれの検出結果と理想値との差分が許容値以下となるよう照明光と検出系のいずれか又は双方を調整することを特徴とする。

この暗視野欠陥検査装置において、照明光モニタリング手段は正反射光を利用して照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査装置において、照明光モニタリング手段は被検査物の検査面となるステージ上で照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査装置において、照明光は照明系内部のレーザを光源とし、照明光モニタリング手段は照明光生成過程の光線の計測結果から検査面上での照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を推定することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査装置において、検出系モニタリング手段は被検査物の検査面となるステージ上に置かれた特性が既知の反射型光学素子にスポット光を斜方照明し得られた散乱光を第２のセンサにより検出することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査装置において、検出系モニタリング手段は被検査物の検査面となるステージ上に置かれた点光源と特性が既知の透過型光学素子を用いることで得られる所定の光を第２のセンサにより検出することを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査装置において、照明光モニタリング手段及び検出系モニタリング手段の検出結果の経時変化を記録し、統計処理により装置の異常を判断する装置異常確認手段を更に含むことを特徴としても良い。

この暗視野欠陥検査装置において、更に、照明光モニタリング手段及び検出系モニタリング手段の検出結果と理想値を同時に表示する検出結果出力手段と、を含むことを特徴としても良い。

本発明の代表的な実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査装置は、照明光を出力する照明系と、被検査物に照射された照明光の散乱光を検出する検出系と、制御部と、を有し、被検査物の表面を照明する照明光により被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、取得した信号に基づき被検査物上の異物や欠陥を検出するものであって、照明系は照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリング手段を有し、検出系は検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリング手段を有し、制御部は照明光モニタリング手段と検出系モニタリング手段の検出結果と理想値とを比較する比較部と、照明光モニタリング手段及び検出系モニタリング手段実行時の温度及び気圧の双方またはいずれか一方を測定する環境測定手段と、照明光モニタリング手段、検出系モニタリング手段及び環境測定手段の検出結果と予め算出しておいた理想値とを比較し、それぞれの検出結果と理想値との差分が許容値以下となるよう照明光と検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック手段と、を有することを特徴とする。

この暗視野欠陥検査装置において、更に、照明光モニタリング手段、検出系モニタリング手段及び環境測定手段の検出結果とそれぞれの理想値を表示する検出結果出力手段と、を含むことを特徴としても良い。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。

本発明の代表的な実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置の較正方法により、暗視野欠陥検査装置の装置性能が安定化する。また、装置間にて同一の調整仕様を用いることで装置間感度差が低減される。また、装置故障の予兆を検知することで、装置稼働率が向上する。

一般的な暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる制御部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置におけるモニタリング処理手順を表すフローチャートである。 照明系モニタリング部によるモニタリング処理の概念を表す概念図である。 照明系と検出系のモニタリングに使用するモニタリング用チップを表す図である。 装置較正手順の一例を示す概念図である。 閾値による装置パラメータの較正処理に関するグラフである。 本発明の第１の実施の形態に関わる複数台の暗視野欠陥検査装置の性能均一化の処理手順を表すフローチャートである。 暗視野欠陥検査装置の予測感度μの挙動により、どのような障害が考えられるかを表す概念図である。 本発明の第１の実施の形態での警告を伝える画面である。 本発明の第１の実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。 点光源発生部の構成を表す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。 本発明の第１の実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査装置の照明系モニタリングの構成を表す図である。 本発明の第２の実施の形態に関わる制御部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に関わる制御部によるモニタリング及び較正の処理手順を表すフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に関わる制御部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第３の実施の形態に関わる制御部によるモニタリングの処理手順を表すフローチャートである。 装置較正の処理手順を表すフローチャートである。 本発明の第４の実施の形態に関わる制御部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の第４の実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置におけるモニタリング処理手順を表すフローチャートである。 本発明の第５の実施の形態に関わる制御部８００−５の内部構成を表すブロック図である。 本発明の第５の実施の形態に関わる検出レンズの収差同定の手順を表すフローチャートである。 本発明の第６の実施の形態に関わる検出レンズの収差同定の手順を表すフローチャートである。 本発明の第７の実施の形態に関わる検出レンズの収差同定の手順を表すフローチャートである。

（従来の実施の形態）
図１は一般的な暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。暗視野欠陥検査装置の事項について、この図を用いて説明する。

一般的な暗視野欠陥検査装置は、対物レンズ２０、空間フィルタ２１、結像レンズ２２、センサ２３、レーザ１０１、エキスパンダ１０２、アッテネータ１０３、偏光制御素子１０４、ミラー１０５Ａ、１０５Ｂ、レンズ１０６、ＸＹステージ３００、Ｚステージ４００、被検査物高さ計測部４０１、信号処理部５００、モニタ５０１を含んで構成される。

対物レンズ２０は照明光１００の照射により被検査物上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光を、被検査物１の法線方向に垂直な方向（上方）から集光する対物レンズである。

被検査物１は、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。被検査物１はＸＹステージ３００上に載置される。

対物レンズ２０は被検査物１からの散乱光を集光するためのレンズである。

被検査物１に形成されたパターンが繰り返し形状の場合、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズ２０の射出瞳に規則的な間隔で集光する。空間フィルタ２１は瞳面上でこの繰り返しパターンの遮光を行うフィルタである。

結像レンズ２２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フィルタ２１を通過したものをセンサ２３上に結像するためのレンズである。

センサ２３は結像レンズ２２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５００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。

以下、対物レンズ２０、空間フィルタ２１、結像レンズ２２、センサ２３を総称して「検出系」と呼ぶ。

レーザ１０１は、被検査物１上に所望のビームを形成するための照明光１００を照射する。この照明光１００により被検査物の法線方向に対して角度を有す方向から被検査物１の表面を照明し、被検査物１上に所望のビームを形成する。

エキスパンダ１０２は、照明光１００を一定の倍率の平行光束に広げるレーザビームエキスパンダーのことである。

アッテネータ１０３は、エキスパンダ１０２通過後の照明光１００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１０４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のことである。

ミラー１０５Ａ、１０５Ｂは偏光制御（電場の位相と振幅制御）後の照明光１００を被検査物１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。

レンズ１０６は、被検査物１に照射する直前に照射箇所に照明光１００を収束させるためのレンズである。

以下、これらのレーザ１０１、エキスパンダ１０２、アッテネータ１０３、偏光制御素子１０４、ミラー１０５Ａ、１０５Ｂを総括して「照明系」と呼ぶ。

ＸＹステージ３００は被検査物１を載置するためのステージである。ＸＹステージ３００を平面方向に移動することで、被検査物１を走査する。

Ｚステージ４００は、ＸＹステージ３００の検査基準面（被検査物１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。

被検査物高さ計測部４０１は、このＸＹステージ３００の検査基準面、及び被検査物１の高さを測定するための計測器である。Ｚステージ４００と被検査物高さ計測部４０１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する。

信号処理部５００は、センサ２３より受け取った画像データをモニタ５０１で表示可能な状態に変換するための回路である。

次に全体の動作について説明する。

まず、レーザ１０１からの照明光１００により、被検査物の法線方向に対して角度を有す方向から被検査物１の表面を照明し、被検査物１上に所望のビームを形成する。

該ビームにより被検査物上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光は、被検査物の法線方向に垂直な方向（上方）から、対物レンズ２０により集光される。

被検査物１に形成されたパターンが繰り返し形状の場合、該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、瞳面上に置かれた空間フィルタ２１により遮光される。

一方、繰り返しパターン以外からの散乱光、回折光は空間フィルタ２１を通過し、結像レンズ２２へと導かれ、センサ２３上に結像される。

被検査物１はＸＹステージ３００上に載置され、このＸＹステージ３００により走査することにより、被検査物１からの散乱光の２次元画像を得る。このとき、被検査物１と対物レンズ２０との距離は被検査物高さ計測部４０１により測定されＺステージ４００により調整される。

センサ２３により取得された２次元画像は、信号処理部５００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５０１に表示される。

上記の暗視野欠陥検査装置の構成においては、装置状態をモニタリングする専用の機能はなく、較正用ウェハからの散乱光を用いて装置較正を行う。しかしながら、装置構成が複雑であり、調整箇所も多いなか、数学的記述が困難な散乱現象を用いて、装置較正を行うのは、非常に困難である。

（第１の実施の形態）
上記の従来の実施の形態と対比する形で、本発明の第１の実施の形態について説明する。

図２は本発明の第１の実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。本実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置では、図１の暗視野欠陥検査装置の構成に加え、照明系モニタリング部１５０と、検出系モニタリング部２５０及び制御部８００と、を有する。なお、図１で記載された事項については本図においても同一の処理である。個々の構成部材の説明、全体の動作については省略する。

照明系モニタリング部１５０とは、照明光の状態を計測するセンサ回路である。暗視野欠陥検査装置においては、照明光を被検査物に当て、その散乱光を検出する。この際、照明光の強度分布と偏光状態分布に被検査物より生じる散乱光が依存している。そのため、照明光状態をモニタリングする必要がある。照明系モニタリング部１５０は、光の偏光状態および強度の空間２次元分布を計測する２次元偏光計測機能を持つ。２次元偏光計測機能は、偏光板や波長板などの偏光素子と検出器から構成され、照明光の正反射光である被測定光の所望の偏光成分を偏光素子により抽出し、その抽出した偏光成分を検出器にて検出した信号から被測定光の強度分布および偏光状態分布を決定する。

検出系モニタリング部２５０とは、検出系の状態を計測するセンサ回路である。検出系モニタリング部２５０にはハーフミラー２４とセンサ２５１が含まれる。

制御部８００は、照明系モニタリング部１５０と検出系モニタリング部２５０とで得られた値を比較し、フィードバック制御を行う制御回路である。

図３は本発明の第１の実施の形態に関わる制御部８００の内部構成を示すブロック図である。

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を含んで構成される。

記録部８０１は、モニタリングした照明系モニタリング部１５０及び検出系モニタリング部２５０のデータを記録する回路である。

比較部８０２は、記録部８０１で記録したデータをデータベース８０５内の理想値と比較する回路である。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・予測する回路である。

フィードバック制御部８０４は、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回路である。

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る。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、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２２の焦点距離、センサ２３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。

図４は本発明の第１の実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置におけるモニタリング処理手順を表すフローチャートである。

まず、照明系モニタリング部１５０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２５０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と大小判定を行う（ステップＳ１３）。

予測感度が閾値以下の場合には、光学系の較正を行う（ステップＳ１４）。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く。

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）。

これらの処理を行った後、再びステップＳ１０に戻る。

以下、照明系モニタリング部１５０のモニタリング処理を詳細に説明する。図５は照明系モニタリング部１５０によるモニタリング処理の概念を表す概念図である。

まず、被検査物１に対する照射に先立ち、照明光１００をＸＹステージ３００上に載置された参照ミラー６１に照射する。参照ミラー６１は検査対象である被検査物１上に存在すると想定される異物、被検査物１の欠陥に比べ表面の凹凸が少ない反射鏡である。この参照ミラー６１の大きさは、照明光の広がり以上である。

参照ミラー６１に照射し、反射した正反射光６００の二次元偏光状態分布（強度分布）を照明系モニタリング部１５０にて計測する。参照ミラー６１の材質及び照明仰角が既知であるものを用いることで、反射による振幅と位相の変化を与えるフレネル係数を制御部８００ないしは照明系モニタリング部１５０が計算し、正反射光６００の強度分布と偏光状態分布から照明光１００の強度分布と偏光状態分布を算出する。

上記のように計測と理論計算を用いて、照明光の二次元偏光分布（強度分布を含む）をモニタリングすることで後述する予測感度μを高精度に求めることが可能となる。

照明光１００の強度分布を較正するには照明系である、レーザ１０１、エキスパンダ１０２、アッテネータ１０３、偏光制御素子１０４、ミラー１０５Ａ、１０５Ｂなどを調整し、偏光分布を較正するには偏光制御素子１０４などを調整する。

以上のように、照明系のモニタリングを行う際、正反射光６００を用いて較正に用いるパラメータを取得する。

次に、検出系モニタリング部２５０のモニタリング処理を詳細に説明する。検出系モニタリング部２５０では点光源や任意の回折光がいかに検出されるかをハーフミラー２４とセンサ２５１で計測し、状態を把握する。

はじめに点光源による検出系のモニタリングについて説明する。

点光源から出射される光を検出系に導入し、対物レンズ２０と結像レンズ２２にてセンサ２３上に結像した点光源の像を観察することで、レンズの結像特性である分解能、レンズ透過後による波面収差の変化などをモニタリングする。また、ステージ高さを上下させながら点像を測定することで、Zステージ４００が適切に働いているかを確認できる。さらに、ＸＹステージ３００を移動させながら、任意の位置にてＺステージ４００を上下させる。この状態で被検査物高さ計測部４０１の信号を検出することで、ＸＹステージ３００の移動による高さ方向の変動を計測できる。レンズとＸＹステージ３００とＺステージ４００の調整後、点像をセンサ２３に入射し、ゲインを較正する。

ここで点光源は、拡散板上でスポットとなるよう光束を集光することで、拡散板上から点光源を得て使用する。ここで利用する拡散板は散乱光量の仰角、方位依存性が小さい（理想的にはゼロ）ことが望ましい。なお、本実施の形態では拡散板を利用しているが、拡散板の代わりに波長に比べ直径の小さい微小球体を用いて、これに照明光を照射することで得てもよい。

次に、回折光を用いた検出系のモニタリングについて説明する。

特定の方向に回折する回折光は、拡散板や微小球体の代わりに任意の回折格子により生成する。射出瞳上では、回折光の方向に依存した方向に点像が規則的に配列する。この点像の規則的な配列を遮光するよう空間フィルタの駆動部と実際の移動距離をモニタリングし較正することで、被検査物の持つ特定の周期構造を精密に除去する。

回折格子に関しては、複数の異なる方向、周期の溝があるものを用意することで、より詳細に空間フィルタの動作をモニタリングする。

点光源生成のための拡散板、回折光生成のための回折格子共にＸＹステージ３００上に設置し、被検査物の載置前もしくは後にモニタリング用素子として利用する。

図６は照明系と検出系のモニタリングに使用するモニタリング用チップ６０を表す図である。

このモニタリング用チップ６０には、照明系モニタリングで用いる参照ミラー６１、検出系モニタリングの点光源生成で用いる拡散板６２、検出系モニタリングの回折光生成で用いられる回折格子６３Ａ、６３Ｂが含まれる。これらを一つにまとめることで、ステージ移動量が減少し、効率的に装置のモニタリングを実施することができる。

次に、装置状態のモニタリング結果を利用した装置感度予測と装置較正について説明する。

検査装置の検査感度は、半導体ウェハ上の検出可能な異物や欠陥の大きさ、もしくは異物や欠陥からの散乱光強度そのものを指す。装置状態が理想からずれていると、検査感度は低下する。そこで、モニタリングした装置状態を表す物理量と、その物理量の理想状態との差から検査感度を表す指標を算出し、検査感度を一定以上に保つように装置較正を行う。

ここで「装置状態を表す物理量」とは、照明光学系の強度分布、偏光状態分布、検出レンズ焦点距離、検出感度などを示す。また各物理量のモニタリングは、被検査物計測の合間または常時行う。

このときモニタリングする物理量の理想値は、設計値、理論計算値、光学シミュレーションから算出した値の全て若しくはいずれかを用いる。

図７は、装置較正手順の一例を示す概念図である。

照明系と検出系のモニタリングした物理量をＦｉとし、これを比較部８０２に送信する（ステップＳ５０）。物理量Ｆｉと理想値Ｇｉの差の二乗をＡｉで重み付けした
Ｅｉ＝Ａｉ（Ｆｉ−Ｇｉ）^２ …（式１）
により、理想値データベースと比較を行う（ステップＳ５１）。

全てのモニタリング値の理想からのずれを
Ｅ＝ΣＥｉ …（式２）
と表す。（式２）で求めたＥにより表される感度に関する指標、
μ＝１／（１−Ｅ） …（式３）
を用いて感度予測部８０３は感度を予測する（ステップＳ５２）。

この指標をモニタ５０１を経由して外部出力することで、操作者が視覚的に装置状態を判断する目安にすることも可能である（ステップＳ５３）。また、μについて所定の閾値を設定しておき、μが閾値以下になったときに装置パラメータを較正する処置をとってもよい（ステップＳ５４）。

図８は閾値による装置パラメータの較正処理に関するグラフである。この図では閾値８３を基準とする。ここで閾値８３は装置性能に関するパラメータであり、安定検査など装置の使用目的によりその値が決定される。高感度検査マイクロの値が閾値８３以下となると、μの値が１に近づくように較正を行う。較正後は再度モニタリングを実施、較正の効果の有効性を確認する。

この感度予測部８０３により予測された感度（予測感度）μは、装置間の性能均一化に用いることができる。すなわち、検出感度を表す全ての指標において、複数台の暗視野欠陥検査装置の性能を完全に一致させることは現実的でない。そこで、予測感度の統計値を目標値として性能の均一化を図る。図９は本実施の形態における複数台の暗視野欠陥検査装置の性能均一化の処理手順を表すフローチャートである。

まず、複数台の暗視野欠陥検査装置それぞれについて予測感度μを導出する（ステップＳ１０２０）。複数台の暗視野欠陥検査装置それぞれの予測感度μから統計量μ´を感度の目安とする（ステップＳ１０２１）。そして、各装置のμがμ´となるように、各装置のフィードバック制御部８０４が装置較正を施す（ステップＳ１０２２）。

また、照明光や検出系などの装置較正に関するパラメータのほか、装置内の環境を表すパラメータである温度、気圧、湿度のパラメータも同時にモニタリングする。一般に光学素子の特性は、使用環境により変動する。たとえば、レンズを構成するガラスの屈折率は温度依存性を持ち、レンズ周辺の温度によって焦点距離、波面収差などが変動する。従って、光学素子調整の際には、上記の装置環境に関するパラメータを考慮する必要がある。

全てのもしくは一部のモニタリングした物理量、予測感度μの経時変化、被検査物の測定時間を記録し、装置の状態把握と故障の予知に活用する。なお、各物理量のモニタリングは、被検査物計測の合間、常時、１週間に一回など定期的に、もしくは装置の電源投入時に行う。

図１０は暗視野欠陥検査装置の予測感度μの挙動により、どのような障害が考えられるかを表す概念図である。

たとえば図１０（ａ）のように、較正を繰り返してもモニタリング値がすぐに低下する場合、または同図（ｂ）のように、較正してもモニタリング値が改善しない場合などは、装置自体に何らかの問題を含んでいると想定される。従って、操作者（もしくは装置管理者）は部品交換等の必要性を感じ取ることができる。また、図１０（ｃ）のように時間的に周期的にモニタリング値が変化する場合、装置内外のいずれかにモニタリング値の変動要因があると考えられる。

予測感度μが短期間に所定の回数閾値以下になった場合にはモニタ５０１に警告を出してもよい。図１１は本実施の形態での警告を伝える画面である。

このように個々の暗視野欠陥検査装置それぞれについて予測感度μを導出し較正を行うだけでなく、複数の暗視野欠陥検査装置の予測感度μから統計量μ´を求め、統計量μ´に近づくように個々の暗視野欠陥検査装置の較正を行うことで、装置間感度差の軽減を図ることが可能となる。

また統計量μ´の代わりに、光学シミュレーションにより導出した装置状態を表す物理量を導出し、その物理量より推定した検出感度を装置較正の目安として用いても良い。

以下、本実施の形態の変形例を述べる。

図１２は本発明の第１の実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。この図の暗視野欠陥検査装置の構成では、検出系のモニタリングに用いる点光源発生部１５５をＸＹステージ３００側部に有する。この点光源発生部１５５を用いて検出系のモニタリングを行う点が図２の暗視野欠陥検査装置と相違する。

図１３はこの点光源発生部１５５の構成を表す図である。

点光源発生部１５５には光源７０と透過型空間フィルタ７１を含む。この光源７０の出力する光を、透過型空間フィルタ７１を介して検出系に入射する。

また図１４は本発明の第１の実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査装置の構成を表す図である。この図の暗視野欠陥検査装置では、ＸＹステージ３００上において直接、照明光の２次元偏光分布を計測している。すなわち、ＸＹステージ３００側部に照明系モニタリング部１５０を有し、これを用いて測定の合間に照明光の２次元偏光分布をモニタリングする。正反射光６００を用いる手法と比べ、より正確に照明光の状態をモニタリングすることができる。なお、このような場合、モニタリング用チップ６０には検出系モニタリングの点光源生成で用いる拡散板６２、検出系モニタリングの回折光生成で用いられる回折格子６３Ａ、６３Ｂがあればよく、参照ミラー６１は不要となる。

図１５は本発明の第１の実施の形態に関わる別の暗視野欠陥検査装置の照明系モニタリングの構成を表す図である。本図の照明系モニタリングにおいては、照明系が被検査面に到達する前に、高度分布と偏光状態分布をモニタリングし、検査面での状態を理論計算にて導く。照明系の途中にて、ハーフミラー１０７などを用いて一方を照明光１００とし、他方をモニタリング用の光として照明系モニタリング部１５１にて検出する。

光学素子群１０８と１０９は、それぞれエキスパンダ１０２、アッテネータ１０３、偏光制御素子１０４、ミラー１０５、レンズ１０６のいずれかからなる。

照明系モニタリング部１５１では、２次元の偏光状態分布を計測し、ハーフミラー１０７透過後の素子である偏光素子やミラー等の光学特性より、被検査面での照明光１００の状態を算出する。ここで、光の偏光状態（強度分布を含む）は、１×４のベクトルを用いて表示することができ、これをストークスベクトルという。また、光学素子はストークスベクトルを結ぶ４×４の行列として記述することができ、これをミューラー行列という。制御部８００または照明系モニタリング部１５１は、このストークスベクトル、ミューラー行列を用いて照明光の偏光状態を計算する。

この形態の最も大きなメリットは、光路中にて光を分岐し検出しているため、リアルタイムのモニタリングが可能な点である。なお、本図の暗視野欠陥検査装置においても、モニタリング用チップ６０には参照ミラー６１は必要ない。

（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。

この第２の実施の形態の構成は図２に表す暗視野欠陥検査装置の構成と同じである。第１の実施の形態との相違点は、制御部８００での処理である。

本実施の形態において制御部８００は、照明光１００の強度・偏光状態をモニタリングする照明系モニタリング部１５０、検出系の結像性能、空間フィルタ２１の駆動情報、ＸＹステージ３００、Ｚステージ４００と、被検査物高さ計測部４０１からなるオートフォーカス等のモニタリングを行う検出系モニタリング部２５０を制御する。

図１６は、本実施の形態に関わる制御部８００−２の内部構成を示すブロック図である。

この制御部８００−２は記録部８０１、比較部８０２、フィードバック制御部８０４を含む。

記録部８０１はモニタリングしたデータを記録する回路である。

比較部８０２は記録部８０１が記録した記録データを予め理論計算や光学シミュレーションなどにより算出しておいた装置状態とモニタリング結果を対応付けるデータベース８０５と比較する回路である。

フィードバック制御部８０４は、実測値との差が小さくなるデータベース８０５の値を求め、そのデータベースの値を計算したときに仮定した装置状態を実際の装置の状態とし、理想の装置状態となるよう装置の各部にフィードバック制御をかける回路である。

すなわち、第１の実施の形態では、現実の測定結果と理想値を対比し、装置の現状を推定・予測する感度予測部８０３が存在したが、本実施の形態ではそのような推定は行わない点が相違する。

図１７は、この制御部８００−２によるモニタリング及び較正の処理手順を表すフローチャートである。

まず、照明系モニタリング部１５０が照明系のモニタリングを行う（ステップＳ１０３０）。また検出系モニタリング部２５０が検出系の状態をモニタリングする（ステップＳ１０３１）。ステップＳ１０３０及びステップＳ１０３１のモニタリング結果は、比較部８０２に送られる。比較部８０２はデータベース８０５と対比して、現在の暗視野欠陥検査装置の装置状態を決定する（ステップＳ１０３２）。比較部８０２はデータベース８０５と対比して求めた装置状態と任意に設定した装置基準を比較する（ステップＳ１０３３）。

基準以下の場合には、光学系の調整を行い（ステップＳ１０３４）、その後再び照明系のモニタリング（ステップＳ１０３０）に戻る。このとき、較正箇所は、あらかじめ理論計算もしくは光学シミュレーションにて決定しておく。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した結果を用いて、構成箇所を決定してもよい。

一方、基準以上であれば、操作者に警報等を出すなどにより暗視野欠陥検査装置の検査を行う（ステップＳ１０３５）。

（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。

本発明に関わる暗視野欠陥検査装置は、被検査物１の表面を照明光１００により被検査物１の法線方向に対して角度を有する方向から照明し、被検査物１上に所望のビームを形成する。該ビームにより被検査物１上の異物、欠陥、パターンから散乱、回折された光は、被検査物１の法線方向に垂直な方向（上方）から対物レンズ２０により集光される。

被検査物１に形成されたパターンが繰り返し形状の場合、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズ２０の射出瞳に規則的な間隔で集光するため、瞳面上に置かれた空間フィルタ２１により遮光される。一方、繰り返しパターン以外からの散乱光、回折光は空間フィルタ２１を通過し、結像レンズ２２へ導かれる。その後、これらの散乱光、回折光はセンサ２３上に結像される。被検査物１はＸＹステージ３００上に載置され、ＸＹステージ３００により、Ｘ方向、Ｙ方向に走査することにより、該被検査物１の散乱光の二次元画像を得る。このとき、被検査物とレンズとの距離は被検査物高さ計測部４０１により測定される。この被検査物高さ計測部４０１により測定された情報は、Ｚステージ４００により調整される。センサ２３により取得された二次元画像を元に、信号処理部５００にて異物と欠陥の有無が判定される。このとき、信号処理部５００にて異物種と欠陥種ごとに分類し、大きさを求め、その結果をモニタ５０１に表示する。

照明光１００が複数の光学素子、レーザ１０１、エキスパンダ１０２、アッテネータ１０３、偏光制御素子１０４、ミラー１０５Ａ、１０５Ｂ、レンズ１０６による「照明系」によって生成されるのは第１の実施の形態と同様である。また、照明光１００の強度、偏光状態をモニタリングするための照明系モニタリング部１５０、検出系モニタリング部２５０、検出系のモニタリング用光源を生成するモニタリング用チップ６０を制御する制御部８００−３を有する点も同じである。

図１８は本発明の第３の実施の形態に関わる制御部８００−３の内部構成を示すブロック図である。この制御部８００−３は記録部８０１、比較部８０２、感度予測部８０３を含んで構成される。

記録部８０１は、モニタリングしたデータを記録する回路である。

比較部８０２は、記録部８０１が記録した記録データと理想値のデータベース８０５とを比較する回路である。

感度予測部８０３は、記録データと理想値との違いから装置感度を予測する回路である。

データベース８０５は予めモニタリング時の光源や素子の特性を算出しておき、それらを用いて理論計算や光学シミュレーションなどによって作成された理論値のデータベースである。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した結果をデータベースとして用いても良い。

すなわち第１の実施の形態及び第２の実施の形態と相違し、本実施の形態では、フィードバック制御部８０４が存在しない。これにより、装置に対する自動補正を行わない環境では、軽量な回路構成を実現することが可能となる。

図１９は本発明の第３の実施の形態に関わる制御部８００−３によるモニタリングの処理手順を表すフローチャートである。

まず照明系モニタリング部１５０が照明系の状態をモニタリングする（ステップＳ１０６０）。また、検出系モニタリング部が検出系の状態を計測する（ステップＳ１０６１）。これらの検出値は比較部８０２に送信される。

比較部８０２は、これらの計測結果を収集し、データベース８０５の理論値と比較する。そして、データベース８０５の理想値とモニタリング値のずれから検出感度を予測する（ステップＳ１０６２）。

なお、照明系モニタリング部１５０のモニタリング処理、検出系モニタリング部２５０のモニタリング処理は第１の実施の形態のそれと同じなので省略する。図５及び図６、それらの説明を確認されたい。

次に、装置状態のモニタリング結果を利用した装置感度予測について説明する。検査装置の検査感度は、半導体ウェハ（被検査物１）上の検出可能な異物・欠陥の大きさ、もしくは異物や欠陥からの散乱光強度そのものを指す。装置状態が理想的な条件からずれていると、検査感度は低下する。そこで、モニタリングした装置状態を表す物理量と、その物理量の理想状態との差から検査感度を表す指標を算出し、検査感度を一定以上に保つよう装置較正を行う。

ここで、装置状態を表す物理量とは、照明系の強度分布、偏光状態分布、検出レンズ焦点距離、検出器感度などを示す。また、各物理量のモニタリングは被検査物１の計測の合間または常時行う。このとき、モニタリングする物理量の理想値は設計値、理論計算で求めた値、光学シミュレーションから算出した値の全てもしくはいずれかを用いる。また、照明系、検出系等のパラメータのほか、装置内の環境を表すパラメータである温度、気圧、湿度のパラメータも同時にモニタリングする。一般的に、光学素子の特性は、使用環境により変動する。たとえば、レンズを構成するガラスの屈折率は温度依存性を持ち、レンズ周辺の温度によって焦点距離、波面収差などが変動する。従って、光学素子調整の際には、上記の装置環境に関するパラメータを考慮しておく必要がある。

図２０は装置較正の処理手順を表すフローチャートである。この図を用いて装置較正の処理手順を説明する。

まず、照明系及び検出系それぞれの物理量を照明系モニタリング部１５０及び検出系モニタリング部２５０より受け取る（ステップＳ７０）。この実際の検出値をＦｉと定義する。

Ｆｉと理想値Ｇｉの差を二乗しＡｉで重み付けした（式１）により、データベース８０５に格納された各理想値との対比を行う（ステップＳ７１）。全てのモニタリング値の理想からのずれを表す（式２）を用いた（式３）を指標として感度を予測する（ステップＳ７２）。この指標をモニタ５０１を経由して外部出力することで、操作者が視覚的に装置状態を判断する目安にすることを可能にする（ステップＳ７３）。

（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態においても、暗視野欠陥検査装置の構成は図２と同様である。

被検査物１の表面を、レーザ１０１から発光される照明光１００により被検査物１の法線方向に対して角度を有する方向から照明し、被検査物１上に所望のビームを形成する。該ビームにより被検査物１上の異物、欠陥、パターンから散乱・回折された光は、被検査物１の法線方向に対して垂直な方向（上方）から、対物レンズ２０により集光される。被検査物１に形成されたパターンが繰り返し形状の場合に、該繰り返しパターンから発生する回折光は、対物レンズ２０の射出瞳に規則的な間隔で集光されるため、瞳面上に置かれた空間フィルタ２１により遮光される。一方、繰り返しパターン以外からの散乱光、回折光は空間フィルタ２１を通過し、結像レンズ２２へ導かれ、センサ２３上に結像する。

照明光１００が照明系によって生成されるのは、第１の実施の形態同様である。

被検査物１はＸＹステージ３００上に載置され、ＸＹステージ３００によりＸ、Ｙ方向（平面方向）に走査される。これにより、センサ２３が被検査物１の散乱光の二次元画像を得ることができる。

被検査物１と対物レンズ２０との距離は被検査物高さ計測部４０１により測定され、Ｚステージ４００により調整される。この調整により、オートフォーカス機能を実現することが可能である。

センサ２３が取得した二次元画像を元に、信号処理部５００は異物・欠陥の有無を判定する。信号処理部５００は異物と欠陥種ごとに分類し、大きさを求め、その結果をモニタ５０１に表示する。

制御部８００−４は照明系モニタリング部１５０、検出系モニタリング部２５０、モニタリング用の光源を生成するモニタリング用チップ６０を制御する。なお、照明系モニタリング部１５０と検出系モニタリング部２５０の構成・挙動及びモニタリング用チップ６０の構成は第１の実施の形態と同様であるので省略する。

図２１は本実施の形態の制御部８００−４の内部構成を示すブロック図である。第１の実施の形態がフィードバックまで考慮しているのに対し、本実施の形態では、各モニタリング部の検出結果をモニタ５０１に出力するのみである。従って、制御部８００−４には記録部８０１のみ含まれる。記録部８０１はモニタ５０１に各モニタリング部の検出結果を出力するための出力制御回路である。なお、必要があれば、データベース８０５から各種条件に応じた理想的な値を読み出せるようにしてもよい。

図２２は本実施の形態に関わる暗視野欠陥検査装置におけるモニタリング処理手順を表すフローチャートである。これを用いて制御部８００−４の動作について説明する。

まず、照明系モニタリング部１５０がモニタリング結果を記録部８０１に送信する（ステップＳ１０８０）。また検出系モニタリング部２５０もモニタリング結果を記録部８０１に送信する（ステップＳ１０８１）。記録部８０１は必要があればデータベース８０５から各種条件に応じた理想的な値を読み出し、各モニタリング部の検出結果と合わせてモニタ５０１に出力する（ステップＳ１０８２）。

以上の構成を取ることで、モニタリングした値をモニタ５０１から暗視野欠陥検査装置の操作者に開示することが可能となる。これにより、操作者は適宜暗視野欠陥検査装置の装置状態を確認することができ、結果暗視野欠陥検査装置の調整の契機とすることが可能となる。

（第５の実施の形態）
以下、第５の実施の形態について図を用いて説明する。本実施の形態と第１の実施の形態との相違点は、検出レンズの波面収差のモニタリング方法について詳細のものとした点にある。

本実施の形態における暗視野欠陥検査装置の構成は第１の実施の形態に関わる図２と同様である。したがって図２を参考にしながら、装置構成を説明する。

レーザ１０１から発光される照明光１００により被検査物１の表面を、法線方向に対して角度を有する方向から照明することで、被検査物１上に所望のビームを形成する。

該ビームにより被検査物１上の異物、欠陥、パターンから散乱・回折された光は、被検査物１の法線方向に対して垂直な方向（図では上方）から、対物レンズ２０により集光される。被検査物１に形成されたパターンが繰り返し形状の場合には、該繰り返しパターンから発生する回折光は対物レンズ２０の出射瞳に規則的な間隔で集光される。このため、この回折光は瞳面上に置かれた空間フィルタ２１により遮光される。

一方、繰り返しパターン以外からの散乱光、回折光は空間フィルタ２１を通過し、結像レンズ２２に導かれ、センサ２３上に結像する。また、空間フィルタ２１の位置において、図示しないハーフミラーにて光を分岐し、瞳面を観察する検出器を本実施の形態では備える。

照明光１００が照明系によって生成されるのは、第１の実施の形態同様である。

被検査物１はＸＹステージ３００上に載置される。また被検査物１はＸＹステージ３００によりＸＹ方向（平面方向）に走査される。これにより、センサ２３は被検査物１の散乱光の結像画像を得ることができる。

被検査物１と対物レンズ２０との距離は被検査物高さ計測部４０１により測定される。そしてこの測定結果によりＺステージ４００によって、被検査物１と対物レンズ２０との距離が調整される。この被検査物１と対物レンズ２０との距離の調整により、オートフォーカス機能を実現することが可能となる。

センサ２３が取得した結像画像を元に、信号処理部５００は異物・欠陥の有無を判定する。信号処理部５００は、異物と欠陥種毎に分類し、大きさを求め、その結果をモニタ５０１に表示する。

本実施の形態においても、制御部８００−５は、照明系モニタリング部１５０と検出系モニタリング部２５０とで得られた値を比較し、フィードバック制御を行う制御回路である。図２３は本実施の形態に関わる制御部８００−５の内部構成を表すブロック図である。

本実施の形態に関わる制御部８００−５は、記録部８０１、比較部８０２、収差同定部８１０、感度予測部８０３、フィードバック制御部８０４を含んで構成される。

記録部８０１は、モニタリングした照明系モニタリング部１５０及び検出系モニタリング部２５０のデータを記録する回路である。

比較部８０２は、記録部８０１で記録したデータをデータベース８０５内の理想値と比較する回路である。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に依存したモニタリング値を予め算出しておく。

収差同定部８１０は、検出レンズの波面収差を同定するために用いる回路である。

感度予測部８０３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・予測する回路である。

フィードバック制御部８０４は、感度予測部８０３が予測した予測感度に応じて装置の各可動部にフィードバックをかける回路である。

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る。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求められた理想値を入力しておく。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２２の焦点距離、対物レンズと結像レンズの波面収差により劣化した像、センサ２３の感度などの情報を含む。これらをパラメータとし、事前に多くの理論計算を行い、データベースを作成する。

以下、照明系のモニタリング、検出系のモニタリングの手法について説明する。ここでは、第１の実施の形態との相違点である検出レンズの結像特性を表す波面収差のモニタリング方法に注力して説明する。なお、光学系の構成は図２と同様である。

対物レンズ２０と結像レンズ２２からなる検出レンズの波面収差の影響により、センサ２３に結像される像は広がる。

ここで波面収差は、空間２次元の位相分布で表され、この位相分布はゼルニケ（Ｚｅｒｎｉｋｅ）多項式にて分解することができる。このゼルニケ多項式の各項が球面収差、コマ収差、非点収差などの、異なる収差成分を示している。ゼルニケ係数とは、このゼルニケ多項式の各項の収差成分の大きさを表す重み付け係数のことを言う。

本実施の形態では、装置上にて得られる像と、収差を表すゼルニケ係数をパラメータとして、理論的に算出した収差に依存する像の分布関数とを比較し、検出レンズの収差を表すゼルニケ係数を解析する。

このゼルニケ係数の解析時に使用する光としては、被検査対象物からの散乱光を用いても良いし、検出系モニタリング時に用いる回折格子からの回折光、もしくは点光源を用いても良い。いずれの場合も、波面収差による像の変化から、波面収差の大きさを逆算する。なお、以下では点像を用いた場合について述べることとする。

図２４は本実施の形態に関わる検出レンズの収差同定の手順を表すフローチャートである。これを用いて検出レンズの収差同定フローを説明する。

点光源から出射された光を結像レンズ２２へ導き、センサ２３上で結像させ、信号処理部５００は結像した点像を制御部８００−５内の記録部に８０１に記録する（ステップＳ２００１）。また、予め収差を表すゼルニケ係数をパラメータとして、検出レンズの波面収差が様々な場合の点像を理論的に計算し、データベース８０５に記録しておく（ステップＳ２００２）。

次に、制御部８００−５内の比較部８０２により、ステップＳ２００１で取得した点像とステップＳ２００２にて計算した多数の点像のそれぞれの差分を求め、画像の一部もしくは全体で残留強度を計算する（ステップＳ２００３）。そして、制御部８００−５内の収差同定部８１０にて、差分画像の残留強度が最も低かった点像を類似点像とし、類似点像を計算したときの収差を、結像レンズ収差と同定する（ステップＳ２００４）。

また差分画像を用いる代わりに、各画像の強度分布のプロファイルを、画像内の複数の軸にて差分を基準として、類似点像を探索しても良い。

ここで、点光源は、拡散板上でスポットとなるように光束を集光することで、拡散板上から点光源を得て使用する。この際利用する拡散板は散乱光量の仰角、方位への依存性が小さいこと（理想的には０）であることが望ましい。なお、本実施の形態では拡散板を使用する旨記したが、拡散板の代わりに波長に比べ直径の小さい微小球体を用いて、照明光をこれに照射することで得ても良い。また、ＸＹステージ３００の端に点光源そのものを設置してもよい。

なお、収差以外の照明系と検出系のモニタリング、結果の装置へのフィードバックは第１の実施の形態同様であるので、説明を省略する。

以上のように、本実施の形態によって、データベースから近似する波面収差のデータを抽出することでモニタリングによる結像レンズ２２の自動較正を高速に実行する手段を提供することが可能となる。

（第６の実施の形態）
以下、第６の実施の形態について図を用いて説明する。

本実施の形態は第５の実施の形態の処理フローの一部を変更することで、より高精度な自動較正手段を提供することを目的とする。

図２５は本実施の形態に関わる検出レンズの収差同定の手順を表すフローチャートである。これを用いて、第６の実施の形態に関する検出レンズの収差同定フローを説明する。なお、この実施の形態でも点像を用いた場合について述べることとする。

点光源から出射された光を結像レンズ２２へと導き、センサ２３上で結像させ、信号処理部５００は結像した点像を制御部８００−５内の記録部に８０１に記録する（ステップＳ２１０１）。また予め収差を表すゼルニケ係数をパラメータとして検出レンズの波面収差が様々な場合の点像を理論的に計算し、データベース８０５に記録しておく（ステップＳ２１０２）。

次に、制御部８００−５内の比較部８０２によりステップＳ２１０１にて取得した点像とステップＳ２１０２にて計算した多数の点像のそれぞれの差分を求める。そして、比較部８０２は差分画像の一部または全部にて残留強度を算出し、その残留強度の最小値と任意に決めた閾値を比較する（ステップＳ２１０３）。

このとき、最小の残留強度が閾値以上であれば（ステップＳ２１０３：Ｎｏ）、収差パラメータを変えて、閾値以下になるまで多数の点像を理論計算し、類似点像を探索する。

一方、最小の残留強度が閾値以下であれば（ステップＳ２１０３：Ｙｅｓ）、制御部８００−５中の収差同定部８１０にて、差分画像の残留強度が最も低かった点像を類似点像とする（ステップＳ２１０４）。この類似点像を計算したときの収差を、結像レンズ収差と同定することで結像レンズ２２の自動較正が完了する。

以上のように、本実施の形態によって、データベースから近似する波面収差のデータを抽出することでモニタリングによる結像レンズ２２の自動較正を高速かつ高精度に実行する手段を提供することが可能となる。

なお、収差同定に用いるのは点像でなくとも、被検査物からの散乱光を用いても良いし、検出器モニタリング時に用いる回折格子からの回折光を用いても良い。

また、差分画像を用いる代わりに、各画像の強度分布のプロファイルを、画像内の複数の軸にて差分を基準として、類似点像を探索しても良い。

（第７の実施の形態）
以下、第７の実施の形態について図を用いて説明する。

本実施の形態と本実施の形態の相違点は、結像レンズ２２の収差同定フローのみであるため、その他の説明は省略する。

図２６は本実施の形態に関わる検出レンズの収差同定の手順を表すフローチャートである。これを用いて、第７の実施の形態に関する検出レンズの収差同定フローを説明する。

点光源から出射された光を検出レンズに導き、センサ２３上に結像させる。この結像した点像から求められた画像データは制御部８００−５中の記録部に記録される（ステップＳ２２０１）。

また、予め収差を表すゼルニケ係数をパラメータとし、検出レンズの波面収差が様々な場合の点像を理論的に計算する。そして、この計算結果をデータベース８０５に記録しておく（ステップＳ２２０２）。

次に、制御部８００−５内の比較部８０２により、ステップＳ２２０１にて取得した点像の画像データと、ステップＳ２２０２でデータベース８０５中に格納した多数の点像の計算結果との間でそれぞれ差分を求める。そして、差分画像の一部又は全部で残留強度を算出し、その残留強度の最小値となる画像を選択する。ここで収差の変化が小さいときには、点像の強度分布の変化は収差に対する変化を近似することができる（ステップＳ２２０４）。

このステップＳ２２０４で求めた強度分布の変化を線形変化もしくは非線形変化とし、数式を仮定する。この仮定が成り立つ範囲で最適化手法を用いて、残留強度が最小となる収差パラメータを探索する（ステップＳ２２０５）。この最適化手法としては、ベンバーグ・マーカート法や最急降下法などを用いることが考えられるが、これらには拘らない。

探索した残留強度の最小値と任意に設定した閾値とを比較し（ステップＳ２２０６）、この最小値が閾値以下の場合には（ステップＳ２２０６：Ｙｅｓ）、差分画像の残留強度が最も低かった点像を類似点像と推定する。そしてこの類似点像と推定された点像の収差を、結像レンズ収差と同定する（ステップＳ２２０７）。

一方このステップＳ２２０６で求めた最小値が閾値より大きい場合（ステップＳ２２０６：Ｎｏ）、ローカルミニマム（局所的な最小値）である可能性が高い。そこで、最適化手法の各収差パラメータ間の相関関係などによる制約条件を再考し、再び最適化を行う。

この際、差分画像を用いる代わりに、各画像の強度分布のプロファイルを、画像内の複数の軸にて差分を基準として、類似点像を探索しても良い。

また、第５の実施の形態同様に、収差同定を用いるのは点像でなくとも、被検査物からの散乱光を用いても良いし、検出器モニタリング時に用いる回折格子からの回折光を用いても良い。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記の実施の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が可能であることは言うまでもない。

本発明は、半導体製造、磁気ヘッド製造における暗視野欠陥検査装置での適用を想定して説明した。しかし、必ずしもこの用途に拘るものでなく、電子顕微鏡でなければ確認できないような微生物等の検査などの技術分野に適用することも可能である。

２０…対物レンズ、２１…空間フィルタ、２２…結像レンズ、２３…センサ、
２４…ハーフミラー、６０…モニタリング用チップ、
１００…照明光、１０１…レーザ、１０２…エキスパンダ、
１０３…アッテネータ、１０４…偏光制御素子、１０５Ａ、１０５Ｂ…ミラー、
１０６…レンズ、１５０…照明系モニタリング部、
２５０…検出系モニタリング部、２５１…センサ、３００…ＸＹステージ、
４００…Ｚステージ、４０１…被検査物高さ計測部、
５００…信号処理部、５０１…モニタ、
８００、８００−２、８００−３、８００−４、８００−５…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、８１０…収差同定部。

Claims (6)

1. 被検査物の表面を照明する照明光により前記被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、前記第１のセンサが取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査方法であって、
   前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、
   前記検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリングステップと、
   前記照明光モニタリングステップと前記検出系モニタリングステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
2. 請求項１に記載の暗視野欠陥検査方法において、前記照明光モニタリングステップは正反射光を利用して前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
3. 被検査物の表面を照明する照明光により前記被検査物表面から生じる散乱光の信号を検出系の第１のセンサで取得し、前記第１のセンサが取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査方法であって、
   前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリングステップと、
   前記検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリングステップと、
   前記照明光モニタリングステップ及び前記検出系モニタリングステップ実行時の温度及び気圧の双方またはいずれか一方を測定する環境測定ステップと、
   前記照明光モニタリングステップ、前記検出系モニタリングステップ及び前記環境測定ステップの検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック制御ステップと、を含むことを特徴とする暗視野欠陥検査方法。
4. 照明光を出力する照明系と、被検査物に照射された前記照明光の散乱光を検出する検出系と、制御部と、を有し、前記被検査物の表面を照明する前記照明光により前記被検査物表面から生じる前記散乱光の信号を前記検出系の第１のセンサで取得し、取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査装置であって、
   前記照明系は前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリング手段を有し、
   前記検出系は前記検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリング手段を有し、
   前記制御部は前記照明光モニタリング手段と前記検出系モニタリング手段の検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整することを特徴とする暗視野欠陥検査装置。
5. 請求項４に記載の暗視野欠陥検査装置において、前記照明光モニタリング手段は正反射光を利用して前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測することを特徴とする暗視野欠陥検査装置。
6. 照明光を出力する照明系と、被検査物に照射された前記照明光の散乱光を検出する検出系と、制御部と、を有し、前記被検査物の表面を照明する前記照明光により前記被検査物表面から生じる散乱光の信号を前記検出系の第１のセンサで取得し、取得した信号に基づき前記被検査物上の異物や欠陥を検出する暗視野欠陥検査装置であって、
   前記照明系は前記照明光の強度分布と偏光状態分布のいずれか又は双方を計測する照明光モニタリング手段を有し、
   前記検出系は前記検出系に入力された光を第２のセンサにより検出することで検出レンズの結像特性及び前記被検査物を載置するステージ動作状態を検出する検出系モニタリング手段を有し、
   前記制御部は前記照明光モニタリング手段と前記検出系モニタリング手段の検出結果と理想値とを比較する比較部と、
   前記照明光モニタリング手段及び前記検出系モニタリング手段実行時の温度及び気圧の双方またはいずれか一方を測定する環境測定手段と、
   前記照明光モニタリング手段、前記検出系モニタリング手段及び前記環境測定手段の検出結果と理想値とを比較し、それぞれの前記検出結果と前記理想値との差分が許容値以下となるよう前記照明光と前記検出系のいずれか又は双方を調整するフィードバック手段と、を有することを特徴とする暗視野欠陥検査装置。

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