JP5882072B2

JP5882072B2 - 欠陥観察方法及びその装置

Info

Publication number: JP5882072B2
Application number: JP2012022941A
Authority: JP
Inventors: 祐子大谷; 本田　敏文; 敏文本田; 松本　俊一; 俊一松本
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2016-03-09
Anticipated expiration: 2032-02-06
Also published as: KR20140063889A; WO2013118351A1; KR101624433B1; US20150003722A1; JP2013160636A; US9436990B2

Description

本発明は，他の欠陥検査装置で検出した試料表面、または表面近傍に存在する欠陥等を観察する欠陥観察方法及びその装置に関するものである。

例えば、半導体デバイスの製造工程では、半導体基板（ウェハ）上に異物又はショートや断線などのパターン欠陥（以下、これらを総称して欠陥と記述する）が存在すると、配線の絶縁不良や短絡などの不良原因になる。また、ウェハ上に形成する回路パターンの微細化に伴い、より微細な欠陥がキャパシタの絶縁不良やゲート酸化膜などの破壊原因にもなる。これらの欠陥は、搬送装置の可動部から発生するものや、人体から発生するもの、プロセスガスによる処理装置の内部で反応生成されたもの、薬品や材料に混入していたものなど、種々の原因により種々の状態で混入される。このため、製造工程中で発生した欠陥を検出し、欠陥の発生源をいち早く突き止め、不良の作り込みを食い止めることが半導体デバイスを量産する上で重要になる。

従来、欠陥の発生原因を追究する方法には、まず、欠陥検査装置で欠陥位置を特定し、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査型電子顕微鏡）を用いたレビュー装置で該欠陥を詳細に観察及び分類し、製造の各工程で取得した検査結果を保存したデータベースと比較して欠陥の発生原因を推定する方法があった。

ここで、欠陥検査装置とは、半導体基板の表面をレーザで照明し、欠陥からの散乱光を暗視野観察して欠陥の位置を特定する光学式欠陥検査装置や、ランプ又はレーザ、または電子線を照射して、半導体基板の明視野光学像を検出して、これを参照情報と比較することにより半導体基板上の欠陥位置を特定する光学式外観検査装置やＳＥＭ式検査装置である。この様な観察方法に関しては、特許文献１又は特許文献２に開示されている。

また、ＳＥＭで欠陥を詳細に観察する装置に関しては、特許文献３に他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を用いてＳＥＭ式欠陥観察装置に装着された光学顕微鏡で試料上の位置を検出して他の検査装置で検出して得た欠陥の位置情報を修正した上でＳＥＭ式の欠陥観察装置で欠陥を詳細に観察（レビュー）する方法およびその装置について記載されている。

また、特許文献４には、定在波照明による超解像技術を用いた光学式高解像度検出について記載されている。

また、特許文献５には、検出光学系の瞳面上もしくはその近傍に空間的に分布を持ったフィルタを配置することによる暗視野式光学顕微鏡の高感度化について記載されている。

通常の光学式顕微鏡は，光がもつ波動性のために、光の波長に比例した回折限界による解像限界が存在する。例えば，波長５３２ｎｍの光をＮＡ０．５の無収差レンズで集光した場合解像限界は６４９ｎｍになる。この波長に依存する解像限界を超えた高い空間分解能を得る方法として，超解像技術がある。

超解像度技術には、光を照射した際、試料表面近傍にのみ局在するエバネッセント波からの散乱光を検出する近接場顕微法や、蛍光分子を発光させるための励起用レーザと、励起用レーザを取り囲むようドーナツ状に励起用レーザとは異なる波長のレーザを照射する、誘導放出抑制顕微法などがある。しかし、近接場光学顕微法は、技術的に難しく、さらにスループットも遅い。誘導抑制顕微法は蛍光発光を捉える顕微法であることから、高スループットを要求される場合、蛍光分子を観察しない場合には行われていないのが現状である。

また、空間的に強度変調された構造化照明を用いた超解像度顕微鏡（ＳＩＭ: Structured illumination Microscopy）が近年注目されており、ＳＩＭによる蛍光顕微鏡が(株)Carl Zeissや(株)Nikonから発売されている。さらに、暗視野式ＳＩＭに関して特許文献４に開示されている。ＳＩＭは、近接場光学顕微鏡に比べ広い面積を照射できるため、比較的スループットがよい。

特開２０００−３５２６９７号公報特開２００８−１５７６３８号公報米国特許第６４０７３７３号公報特開２００７−２２５５６３号公報特開２０１１−１０６９７４号公報

近年のＬＳＩ製造においては、高集積化のニーズに対応した回路パターンの微細化により、対象となる欠陥も微細化している。これに対応して、光学式欠陥検査装置の検出すべき欠陥寸法も微細化が求められている。このような中、光学式欠陥検査装置では、照明波長の短波長化や超解像や検出レンズの高ＮＡ化（ＮＡ: Numerical Aperture）などが行われている。装置的に照明波長の短波長化には限界がある。検出レンズの高ＮＡ化方法としては，液浸や屈折率が負のメタマテリアルなどがある。しかし，液浸は半導体検査において使用は難しく、またメタマテリアルは、まだ技術的に実用化は困難である。構造化照明を用いた超解像技術は、照明を位相変調し、強度位相の異なる信号を複数取得し、取得した信号の変化から、解像度を向上させることができる。しかし、検出対象がより微細になるに連れ、超解像による高解像度化は困難になる。検出対象からの信号が，背景ノイズに埋もれている場合、検出対象からの信号の変化を捉えることができないためである。

特許文献１及び２及び３及び５には、欠陥を超解像技術を用いた光学顕微鏡で観察することについては記載されていない。一方、特許文献４には、試料面上で２光束を干渉させて定在波照明を行い散乱光を検出することによりナノメータオーダの散乱光変化を検出する超解像技術について記載されている。しかし、半導体基板上の微細な欠陥を検出する場合のように、微細な欠陥からの散乱光を試料表面のナノメータオーダの微細な凹凸により発生する背景ノイズから分離して検出することについては記載されていない。

そこで、本発明では、従来技術の課題を解決して、そのままでは背景ノイズに埋もれてしまうような微小な欠陥信号を背景ノイズから分離して検出できるようにして、試料上のより微細な欠陥の観察を可能にする欠陥観察方法及びその装置を提供する。

本発明では、上記した従来技術の課題を解決するために、試料を構造化照明すると共に、検出光学系の瞳面上もしくはその近傍に空間的に分布を持った空間分布光学素子（特許文献５）を配置して構造化照明された試料からの散乱光のうち背景ノイズとなる散乱光を遮光するように構成することで高感度の超解像顕微方法を可能にして、欠陥検査装置で検出した試料表面もしくは表面近傍に存在する欠陥等を観察できるようにした。

すなわち、本発明では、定在波を用いて試料上を照明し、定在波を変調することにより、複数の照明条件で試料上を照明し、照明によって散乱された光もしくは励起された蛍光を、瞳面上に空間分布光学素子を持つ検出光学系を通して検出器で検出し、得た信号を周波数空間で合成し、合成した信号を逆変換することで高解像度の信号を得ることを特徴とする。これによって、対象の高感度検出を可能にする。

即ち、上記課題を解決するために、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥
をこの欠陥の位置情報に基づいて光学顕微鏡を備えた検出装置で検出し、この光学顕微鏡
を備えた検出装置で検出した欠陥の位置情報に基づいて他の検査装置で検出した試料上の
欠陥の位置情報を修正し、他の検査装置で検出した欠陥を修正した位置情報に基づいて走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する欠陥の観察方法において、他の検査装置で検
出した試料上の欠陥を光学顕微鏡を備えた検出装置で検出することを、試料に対して同じ
入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて
二つの照明光を干渉させることにより試料上に定在波を形成し、この定在波が形成された
試料からの散乱光のうち試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を空間フィルタ
で除去し、空間フィルタで除去されなかった試料からの散乱光による像を検出し、この検
出した散乱光による像を処理して他の検査装置で検出した試料上の欠陥を検出することに
より行い試料に対して同じ入射面上で互いに対向する同じ波長の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて二つの照明光を干渉させることにより試料上に定在波を形成することを、互いに交わる二つの入射面上で行うようにした。

また、上記課題を解決するために、本発明では、他の検査装置で検出した試料上の欠陥
をこの欠陥の位置情報に基づいて光学顕微鏡を備えた検出装置で検出するステップと、こ
の光学顕微鏡を備えた検出装置で検出した欠陥の位置情報に基づいて他の検査装置で検出
した試料上の欠陥の位置情報を修正するステップと、他の検査装置で検出した欠陥を修正
した位置情報に基づいて走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察するステップとを備え
た欠陥の観察方法において、他の検査装置で検出した試料上の欠陥を光学顕微鏡を備えた
検出装置で検出するステップで、試料に対して第１の入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の第１の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて第１の二つの照明光を干渉させることにより試料上に第１の定在波を形成して、この第１の定在波が形成された試料からの散乱光のうち試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を空間フィルタで除去し、この空間フィルタで除去されなかった試料からの散乱光による像を検出することと、試料に対して第１の入射面と交わる第２の入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の第２の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて前記第２の二つの照明光を干渉させることにより試料上に第２の定在波を形成してこの第２の定在波が形成された試料からの散乱光のうち試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を空間フィルタで除去してこの空間フィルタで除去されなかった試料からの散乱光による像を検出することとを試料上に形成する第１の定在波の位相と第２の定在波の位相とを順次変えて複数回繰り返し行い、この複数回繰り返して検出した位相を変えた定在波により照明された試料からの散乱光による複数の像を合成して合成像を作成し、この作成した合成像を処理して他の検査装置で検出した試料上の欠陥を検出するようにした。

更に、上記課題を解決するために、本発明では、欠陥観察装置を、光学顕微鏡を備えた
検出手段と、他の検査装置で検出した試料上の欠陥をこの欠陥の位置情報に基づいて検出
手段で検出した結果に基づいて他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正す
る処理手段と、この処理手段で修正した試料上の欠陥の位置情報に基づいて他の検査装置
で検出した試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する欠陥観察手段と
、試料を載置して検出手段と欠陥観察手段との間を移動するテーブル手段と、検出手段と
処理手段と観察手段とテーブル手段とを制御する制御手段とを備えて構成し、検出手段は
、試料に対して第１の入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の第１の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて第１の二つの照明光を干渉させる第１の照明系と、試料に対して第１の入射面と直交する第２の入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の第２の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて第２の二つの照明光を干渉させる第２の照明系とを備えて、テーブル手段に載置された試料に対して同じ入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて二つの照明光を干渉させることにより試料表面に定在波を形成してこの定在波により試料表面を照明する照明部と、この照明部により形成された定在波で照明された試料表面からの散乱光のうち試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を除去する空間フィルタを備えて、この空間フィルタで除去されなかった試料表面からの散乱光による像を形成する検出光学系部と、この検出光学系部で形成した試料表面からの散乱光による像を検出する像検出部とを備え、制御手段は、像検出部で検出した試料表面からの散乱光による像を処理して他の検査装置で検出した試料上の欠陥を検出し、この検出した欠陥のテーブル手段上の位置情報に基づいて他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正するようにした。

本発明によれば、他の欠陥検査装置で検出した欠陥をＳＥＭを用いたレビュー装置で詳細に観察する場合において、観察対象の微小な欠陥を確実にＳＥＭの観察視野内に入れることができるようになり、ＳＥＭを用いた欠陥の詳細観察のスループットをあげることができる。

本発明の実施形態におけるレビュー装置の概略の構成を示すブロック図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡の概略の構成を示す正面のブロック図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡における照明光学系ユニットの概略の構成を示す正面のブロック図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡における照明光学系ユニットの概略の構成を示す正面のブロック図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡における照明光学系ユニットの概略の構成を示す正面のブロック図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡における照明光学系ユニットの概略の構成を示す正面のブロック図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡における瞳面上もしくはその近傍で得られる散乱光分布例で、基板表面の微細な凹凸からの散乱光の分布を示す図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡における瞳面上もしくはその近傍で得られる散乱光分布例で、基板表面の異物欠陥からの散乱光の分布を示す図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡における瞳面上もしくはその近傍に配置される空間フィルタの機能構成を示す平面図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置を用いて欠陥を観察する手順を説明するフロー図である。本発明の実施形態におけるレビュー装置の光学顕微鏡を用いて欠陥を検出する手順を説明するフロー図である。

以下、本発明の実施の形態について適宜図面を用いて詳細に説明する。
一般的に、半導体デバイスの製造工程で基板上に発生した欠陥を観察する場合、以下の欠陥観察手順で実施されている。まず、検査装置で試料（半導体ウェハ）全面を走査し、試料上に存在する欠陥を検出し、欠陥の存在する座標を取得する。次に、検査装置で検出された欠陥のいくつか若しくは全ての欠陥を、検査装置で取得した欠陥座標を基に、ＳＥＭを用いたレビュー装置で詳細に観察し、欠陥分類、発生原因分析などを行っている。

図１は、本実施例におけるＳＥＭを用いたレビュー装置１００の構成の一例を示す。
本実施形態のレビュー装置は、被検査対象の試料（半導体ウェハ）１０１を搭載する試料ホルダ１０２、この試料ホルダ１０２を移動させて試料１０１の全面をＳＥＭ１０６の下に移動可能なステージ１０３、試料１０１を詳細観察するＳＥＭ１０６、ＳＥＭ１０６の焦点を試料１０１の表面に合わせる為に試料１０１の表面の高さを検出する光学式高さ検出システム１０４、試料１０１の欠陥を光学的に検出して試料１０１上の欠陥の詳細位置情報を取得する光学顕微鏡１０５、ＳＥＭ１０６と光学顕微鏡１０５の対物レンズを収納する真空漕１１２、ＳＥＭ１０６および光学式高さ検出システム１０４および光学顕微鏡１０５を制御する制御システム１２５、ユーザインターフェース１２３、ライブラリ１２２、検査装置１０７等の上位システムへ接続するネットワーク１２１、検査装置１０７の外部データ等を保存し制御システムに与える記憶装置１２４、を備えて構成されている。

ＳＥＭ１０６は、内部に電子線源１０６１、電子線源から発射された１次電子をビーム状に引き出して加速する引出電極１０６２、引出電極で引き出され加速された１次電子ビームの軌道を制御する偏向電極１０６３、偏向電極で軌道を制御された１次電子ビームを試料１０１の表面に収束させる対物レンズ電極１０６４、軌道を制御されて収束した１次電子ビームが照射された試料１０１から発生した２次電子を検出する２次電子検出器１０６５、収束した１次電子ビームが照射された試料１０１から発生した反射電子などの比較的高エネルギの電子を検出する反射電子検出器１０６６等を備えて構成されている。

光学顕微鏡１０５は、試料１０１に斜方から光を照射する照明光学系２０１、照明光学系２０１から光が照射された試料１０１の表面から発生した散乱光のうち試料１０１の上方に散乱した光を集光する集光光学系２１０、集光光学系で集光された試料１０１からの散乱光を検出する検出器２０７を備えて構成されている。

制御システム１２５は、ＳＥＭ１０６を制御するＳＥＭ制御部１２５１、光学顕微鏡を制御する光学顕微鏡制御部１２５２、レビュー装置１００全体を制御する全体制御部１２５６を備えている。

また、ステージ１０３、光学式高さ検出システム１０４、光学顕微鏡１０５、ＳＥＭ１０６、ユーザインターフェース１２３、ライブラリ１２２、記憶装置１２４、は制御システム１２５と接続され、制御システム１２５はネットワーク１２１を介して上位のシステム（例えば、検査装置１０７）と接続されている。

以上のように構成されるレビュー装置１００において、特に、光学顕微鏡１０５は検査装置１０７で検出された試料１０１上の欠陥を検査装置１０７で検出した欠陥の位置情報を用いて再検出（以下検出と記述）する機能を有し、光学式高さ検出システム１０４はＳＥＭ１０６の１次電子ビームを試料１０１の表面に収束させるための１次電子ビームの焦点合わせを行う焦点合わせ手段としての機能を有し、制御システム１２５は光学顕微鏡１０５で検出された欠陥の位置情報に基づいて他の検査装置で検査して検出された欠陥の位置情報を補正する位置補正手段としての機能を有し、ＳＥＭ１０６は制御システム１２５で補正された位置情報を用いて欠陥を観察する機能を有する構成となっている。ステージ１０３は、試料１０１を載置して、光学顕微鏡１０５で検出した欠陥がＳＥＭ１０６で観察できるように、光学顕微鏡１０５とＳＥＭ１０６との間を移動する。

次に、図２を用い、本実施例における光学顕微鏡１０５の詳細な構成例について説明する。

光学顕微鏡１０５は、複数の照明光学系２０１ａ〜ｄを有する照明ユニット２０１、照明ユニット２０１の複数の照明光学系２０１ａ〜ｄにより照明された試料１０１から発生した散乱光を集光する対物レンズ２０２、対物レンズ２０２の高さ制御機構２０９、照明光を導入するハーフミラー２１４と照明レンズ２１３と明視野光源２１２とを備えた明視野照明光学系２１１、対物レンズ２０２により集光された散乱光の像を撮像素子２０７へ結像させる結像光学系２１０、結像光学系２１０により結像された試料１からの散乱光の像を撮像する撮像素子２０７、撮像素子２０７で得られた信号を処理する信号処理部２２１、信号処理部２２１で処理して得られた結果を表示する画像表示部２２２、信号処理部２２１で処理して得られた結果を保存する信号記憶部２２３を備えて構成されている。加えて、結像光学系２１０は、空間分布光学素子２０５及び後述するように、異なる光学特性を有する複数の空間分布光学素子２０５の中から、対象欠陥の検出に最適な空間分布光学素子２０５を選択するための空間分布光学素子切り替え機構２０８を適宜備えて構成されている。

明視野光源２１２はランプ、又はレーザを用いることができる。レーザを用いる場合は、集光レンズ２１３はなくてもよく、ハーフミラー２１４をダイクロイックミラーへ交換することにより、照明を明るくし、より多くの散乱光を撮像素子２０７へ導くことができる。

ハーフミラー２１４の反射と透過の比率は任意でよい。ただし、明視野光源２１２の光強度が十分確保される場合は、欠陥からの散乱光をより多く結像光学系２１０及び撮像素子２０７へ導く構成とする方が望ましく、明視野照明ユニットを使用しない場合には光軸３０１から外せるように可動な構成としても構わない。その場合はより多くの散乱光を撮像素子２０７へ導ける利点がある。

照明光学系ユニット２０１は、照明光が結像光学系２１０の光軸３０１に対して対向するように配置された２組の合計４つの照明光学系、即ち照明光学系２０１ａと２０１ｂの組合わせと照明光学系２０１ｃと２０１ｄの組合わせを備えている。図２は、この２組の照明光学系２０１ａと２０１ｂの組合わせと２０１ｃと２０１ｄの組合わせを、照明光の入射面が直交するように配置した構成を示している。照明光の入射面とは、試料１０１の表面に垂直かつ、試料１０１に入射する照明光の光軸に平行な面で、かつ照明光の光軸を面内に含む面のことである。試料１０１上には、一般に、直交する２方向の何れかの方向に主方向を有するパターンが形成されている場合が多いので、この直交する２方向に対応させるために直交する２つの入射面に沿ってそれぞれの照明光学系から発射された照明光を照射するような構成にした。

対物レンズ２０２及び高さ制御機構２０９は真空漕１１２内に設置されており、対物レンズ２０２で集光された光は、真空漕１１２に設けられた真空封止窓１１１を介して結像光学系２１０に導かれる。

高さ制御機構２０９については、その詳細な構成を図示していないが、その構成としては、例えばピエゾ素子を用いて移動させる構成、又は、ステッピングモータとボールネジを用いてリニアガイドに沿ってＺ方向（結像光学系２１０の光軸３０１に沿った方向）へ移動させる構成、又は、超音波モータとボールネジを用いてリニアガイドに沿ってＺ方向へ移動させる構成などを用いることが出来る。

撮像素子２０７の配置位置は、試料１０１の表面と共役な位置もしくは対物レンズ２０２の瞳面と共役な位置でもよい。

結像光学系２１０は、対物レンズ２０２の瞳面３０２の光学像を取り出すレンズ２０３、２０４、このレンズ２０３と２０４とで取出した瞳面３０２の光学像を撮像素子２０７上に結像させる結像レンズ２０６、レンズ２０３と２０４により光学像が取り出された対物レンズ２０２の瞳面３０３と共役な位置に挿入する空間分布光学素子２０５を適宜用いて構成される。

本実施例においては、特性の異なる複数の空間分布光学素子２０５を複数保持し、空間分布光学素子２０５を切り替え可能な空間分布光学素子ホルダ２０８を瞳面３０３に挿入した構成としている。また、空間分布光学素子２０５は、必ずしも結像光学系２１０の光軸３０１上に配置しなくても良い。

また、高さ制御機構２０９は制御システム１２５(図１)と、撮像素子２０７は画像処理部２２１とそれぞれ接続されている。

レンズ２０３、２０４は対物レンズ２０２の瞳面３０２の光学像を外部へ引き出して結像光学系２１０の内部の共役な位置に瞳面３０２の光学像を形成する為に用いる。

また、空間分布光学素子ホルダ２０８は駆動することができ、結像光学系２１０の内部の瞳面３０３と共役な位置に取り出した瞳面３０３上と同じ光学像に空間分布光学素子ホルダ２０８で保持する複数の空間分布光学素子２０５の中から選択した空間分布光学素子２０５を挿入する。

また、空間分布光学素子ホルダ２０８は、明視野観察をする場合もしくは空間分布光学素子２０５を使用しない場合には、取得画像が乱れることを回避する為に空間分布光学素子２０５を結像光学系の光路から外れた場所に退避させて観察する。又は、空間分布光学素子ホルダ２０８に空間分布光学素子２０８と同厚の平行平板ガラスを設置した場所へ切り替えるようにしてもよい。空間分布光学素子２０５と同厚の平行平板ガラスを設置するのは、空間分布光学素子２０５を外すと光路長が変化して撮像素子２０７に試料１０１の像が結像しなくなることを回避するためである。又は、平行平板ガラスを設置せず、像を結像させる結像レンズ２０６又は撮像素子２０７の位置を調整し、撮像素子２０７に結像させる機構を用いても良い。

本実施例においては、対物レンズ２０２、レンズ２０３、２０４と結像レンズ２０６の組み合わせにより、試料１０１の像を撮像素子２０７の検出面上へ結像させる。本実施例においては、レンズ２０３、２０４とを使用する結像光学系２１０になっているがレンズ２０３、２０４はどちらか１枚でも良く、適宜選択可能である。

次に、照明光学系ユニット２０１の構成例について図３Ａから図３Ｄを用いて説明する。

図２に示した構成例では、照明光学系ユニット２０１は、照明光学系２０１ａ乃至２０１ｄを２個１組で用い、それぞれの照明光学系から照射された光が同じ入射面をもち、かつ互いに対向する方向から、試料１０１上に照射するように配置する。この対向して配置された１対の照明光学系２０１ａと２０１ｂ又は２０１ｃと２０１ｄから発射された光を試料１０１上で干渉させ、定在波を作る。この対向して配置された１対の照明光学系２０１ａと２０１ｂ又は２０１ｃと２０１ｄを照明光学系ユニットセット２０１１とする。本実施例の場合、この照明光学系ユニットセット２０１１を２組備えることになる。複数の照明光学系ユニットセット２０１１を配置する際、それぞれの照明光学系ユニットセット２０１１の入射面が、非平行になるように配置する。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、二つの照明ユニット２０１を用いた照明光学系ユニットセット２０１１及びその変形例２０１２，２０１３の構成例である。

図３Ａは、集光照射型の照明光学系２０１ａ及び２０１ｂとして、同じ構成のものを、互いに対向させて配置させた照明光学系ユニットセット２０１１の構成例である。この集光照射型の照明光学系２０１ａ及び２０１ｂは、それぞれ、光源２３１ａ、光源２３１ａより発射された光線を真空槽１１２へ導きかつ試料１０１表面上での照明位置を制御する落射ミラー２３２ａ、真空封し窓１１３を介して落射ミラー２３２ａより真空槽１１２の内部へ導かれた光線を試料１０１へ導く照射ミラー２３３ａ、照射ミラー２３３ａにより導かれた光線３０４ａ又は３０５ａを試料１０１上に集光照射するための集光レンズ２３４ａ、試料１０１上で反射した０次光が光源２３１ａに入射するのを防ぐ光アイソレータ２３５ａを適宜用いて構成される。照明光学系２０１ａと２０１ｂとは、光線３０４ａ、３０５ａが試料１０１上で干渉するような角度条件で光線３０４ａと３０５ａとを試料１０１に照射する。

図３Ａに記す構成例は、それぞれの照明光学系２０１ａ及び２０１ｂから照射された照明光３０４ａ、３０５aの干渉現象が、試料１０１の表面状態に左右され難いという利点がある。

図３Ｂは、照明光学系２０１ａと照明光学系２０１ｂ´を用いた反射集光型の照明光学系ユニットセット２０１２の構成例である。照明光学系２０１ｂ´は、照明光学系２０１ａから試料１０１上に集光照射された光３０４ａが試料１０１上で反射し、その反射した光が照明光学系２０１ｂ´に入射し、入射した光を平行にする集光レンズ２３４ｂ、集光レンズ２３４ｂにより平行になった光を垂直反射するミラー２３６ｂを適宜用いて構成される。また、照明光学系２０１ａから集光照射された光３０４ａは、試料１０１表面で反射し拡がりながら集光レンズ２３４ｂに入射し、平行光になり、平行になった光は反射ミラー２３６ｂで垂直に反射され、垂直反射された光は集光レンズ２３５ｂにより、試料１０１上を集光照射する。照明光学系２０１ａと２０１ｂ´とは、光線３０４ａ、３０５ｂが試料１０１上で干渉するような角度条件で光線３０４ａと３０５ｂとを試料１０１に照射する。

図３Ｂに記す構成例は、照明光学系ユニットセット２０１２の構成要素を少なくすることができる。

図３Ｃは、互いに同じ構成を有して平行光を照射する照明光学系２０１a´と照明光学系２０１ｂ”を、互いに対抗させて配置させた構成例である。この平行照射型の照明光学系２０１a´と照明光学系２０１ｂ”とは、それぞれ、光源２３１ｃ、光源２３１ｃより照射される光線を真空槽１１２へ導きかつ試料１０１表面上での照明位置を制御する落射ミラー２３２ｃ、真空封し窓１１３を介して落射ミラー２３２ｃより導かれた光線を試料１０１へ導く照射ミラー２３３ｃ、試料１０１上で反射した０次光が光源２３１ｃに入射するのを防ぐ光アイソレータ２３５ｃを適宜用いて構成される。照明光学系２０１ａ´と２０１ｂ”とは、光線３０４ｃ、３０５ｃが試料１０１上で干渉するような角度条件で光線３０４ｃと３０５ｃとを試料１０１に照射する。

図３Ｃに示した構成は、図３Ａ、図３Ｂに示した集光照射型の照明光学系ユニットセット２０１１又は２０１２に比べて、広範囲で定在波の幅を一定に保つことができる。ただし、集光レンズ２３４aを持たないので、照明強度が図３Ａ、図３Ｂに示した集光照射型の照明光学系ユニットセット２０１１又は２０１２に比べ弱くなるため、試料１０１表面の微細な欠陥からの散乱光を検出する際は、光源２３１ｃに高強度の光源を使用する必要がある。

図３Ｄは、照明の入射面方位を可変する機能を持つ照明光学系２０１a” を備えた照明光学系ユニットセット２０１４の構成例である。照明の入射面方位を可変にする機能を有する照明光学系２０１a”を用いることで、少ない構成要素で任意の入射面方位で照明することを可能にする。また、少ない構成要素で、複数の入射面方位で照明することを可能にする。

図３Ｄに示した照明光学系ユニットセット２０１４は、光源２３１ｄ、光源２３１ｄから照射された照明光３０４ｄを任意の方位に反射する回転ミラー２３７ｄ、回転ミラー２３７ｄで反射された光線３０４ｄを真空槽１１２へ導きかつ試料１０１表面上での照明位置を制御する落射円錐ミラー２３８ｄ、真空封し窓１１３を介して落射円錐ミラー２３８ｄより導かれた光線３０４ｄを試料１０１へ導く照射円錐ミラー２３９ｄ、照射円錐ミラー２３９ｄにより試料１０１上に集光照射され、試料１０１と照射円錐ミラー２３９ｄと落射円錐ミラー２３８ｄで反射された光を垂直反射する回転ミラー２４０ｄ、回転ミラー２４０ｄ、照射円錐ミラー２３９ｄと落射円錐ミラー２３８ｄで反射された光３０５ｄを試料１０１上で反射した３０５ｄ光源２３１ｄに入射するのを防ぐ光アイソレータ２３５ｄを適宜用いて構成される。

また、試料１０１上に集光照射する際は、入射光３０４ｄ、３０５ｄの光路上それぞれに図３Ａで説明したような集光レンズ２３４ｄを配置しても良い。集光用レンズ２３４ｄは、１つのアキシコンレンズを用い入射光３０４ｄ、３０５ｄを同時に集光しても良い。また、集光照射したい場合は、照射ミラー２３９ｄとして、非球面の反射面を持つ照射ミラーを使用しても良い。この場合、照射円錐ミラー２３９ｄにより試料１０１上に集光照射され反射した光は、照射円錐ミラー２３９ｄにより平行光になり、落射円錐ミラー２３８ｄで反射され、回転ミラー２４０ｄで垂直反射され、回転ミラー２４０ｄ、落射円錐ミラー２３８ｄで反射され、照射円錐ミラー２３９ｄによって試料１０１上に集光照射される。落射円錐ミラー２３８ｄと照射円錐ミラー２３９ｄとは、光線３０４ｄと３０５ｄとが試料１０１上で干渉するような角度条件で光線３０４ｄと３０５ｄとを試料１０１に照射する。

回転ミラー２３７ｄと２４０ｄとは、同じ回転の軸中心をもつ。落射円錐ミラー２３８ｄ及び照射円錐ミラー２３９ｄは、検出光学系の光軸３０１を軸中心に、ある角度を０として、方位角−πからπの領域の光を反射するために円錐形状でもよいし、円錐形状の一部が欠けた形状でもよい。例えば、ある角度を０として方位角０からπの領域のみを反射する、半割り形状でもよい。半割り形状の場合、試料１０１で反射された光をトラップするために−πから０の領域をビームトラップにしてもよい。回転ミラー２３７ｄ、２４０ｄが、回転することにより照明光３０４ｄ、３０５ｄの入射面は任意の方位を有することができる。

回転ミラー２３７ｄ、２４０ｄの回転方位角は、制御システム１２５（図１）で制御される。また、回転ミラー２３７ｄ、２４０ｄの回転方位角は撮像素子２０７で得られた検出信号を記憶する記憶装置１２４（図１）に保存することができる。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄに構成例を示した照明光学系ユニットセット２０１１乃至２０１４は、対物レンズ２０２を高さ方向に移動させる高さ制御機構２０９によって、高さ方向に移動する。また、対物レンズ２０２を高さ方向に移動させる高さ制御機構２０９の高さ方向への変化量に応じて、照明光学系ユニット２０１を移動させる高さ制御機構２０９とは別の高さ制御機構（図示せず）を用いてもよい。対物レンズ２０２に連動し、照明光学ユニット２０１を高さ方向に変位させることによって、試料１０１上に発生する定在波を試料表面に対してシフトさせることを可能にする。また、高さ方向への変位量が大きくなる可能性がある場合、対物レンズ２０２の瞳面３０２と共役な面３０３の位置のシフト量が大きくなるため、照明光学系ユニット２０１、対物レンズ２０２、空間分布光学素子２０５を、高さ方向に移動させても良い。また、対物レンズ２０２の後段にズームレンズを設けて対物レンズ２０２の瞳面３０２と共役な面３０３の位置の変動を抑えるように構成してもよい。

図２に示した光学顕微鏡１０５は、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに構成例を示した照明光学系ユニットセット２０１１乃至２０１３の何れかを２組搭載する。それぞれの照明光学系ユニットセット２０１１乃至２０１３に用いる光源２３１ａ、又は２３１ｃとして、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃに示した構成例では、それぞれにレーザ光源を用いた構成を示した。これは、照明光量を大きく確保したい場合に有利な構成である。一方、レーザの可干渉性を向上させるという観点からは、図示していない単体のレーザを光源として用い、この単体のレーザ光源から発信されたレーザをハーフミラーやファイバを用い複数に分割させてそれぞれの照明光学系ユニットセット２０１１乃至２０１３に用いる光源２３１ａ、又は２３１ｃに送って光源として使用する方が適している。

また、図３Ｂ、３Ｄに記した構成例の様に、試料１０１表面上で反射した光に対して光軸に垂直に配置したミラー２３６ｂ、２４０ｄを用い折り返し、試料１０１表面近傍で干渉させる構成の場合は、折り返しミラー２３６ｂ、２４０ｄを可干渉距離に配置する必要がある。また、図３Ｂ、３Ｄに記した構成例においては、入射光３０４ａと３０５ｂ、又は３０４ｄと３０５ｄがＰ偏光の場合、試料１０１に対する入射角はブリュースター角近傍を避けるほうが良い。ブリュースター角近傍では、Ｐ偏光の反射率が著しく低いため、試料１０１上で１回反射した光を照明光として使用する構成の場合、入射角はブリュースター角近傍を避けるべきである。

次に、図４，図５を用いて空間分布光学素子２０５について説明する。
図４に、散乱光シミュレーションによって求めた微小な欠陥とラフネスを持った基板からの散乱光強度分布例を示す。ある微小な欠陥が存在する基板に対し、同じ入射面を持つ波長４００ｎｍの２本の照明光３０４、３０５をＰ偏光照明、互いに同じ入射角で対向して入射させ、基板表面で散乱された光のラジアル偏光成分の強度分布例である。なお、求める散乱光強度分布はラジアル偏光に限らず、全強度、偏光成分で記述しても良い。偏光成分は、ラジアル偏光でもよいし、アジマス偏光でもよいし、偏光の角度がπから−πの範囲に傾いた直線偏光でもよいし、楕円（円）偏光であってもよい。

図４Ａ及び図４Ｂは、瞳面３０２中の散乱光の強度分布を示している。強度分布中の軸３１２は、照明光３０４、３０５の入射面を瞳面３０２上に対応させた軸を示す。矢印３０４は１つの照明光（例えば、図３Ａの光線３０４ａ）の入射方向を、矢印３０５はもう一方の照明光（例えば、図３Ａの光線３０５ａ）の入射方向を、それぞれ示している。

図４Ａは、照明光３０４、３０５で生成された定在波照明が基板１０１の表面のラフネス（基板表面の欠陥ではない微細な凹凸）で散乱された散乱光のラジアル偏光成分の強度分布、図４Ｂは、微小な欠陥で散乱された散乱光のラジアル偏光成分の強度分布を示す。図４Ａ，図４Ｂ中の領域３２１は散乱光強度の強い領域、領域３２２は散乱光強度がやや強い領域、領域３２３は散乱光強度のやや弱い領域、領域３２４は散乱光強度の弱い領域を示す。これらの散乱光の強度分布は、散乱光強度の相対的関係を示すものであり、図４Ａと図４Ｂの各分布間で同一の相対強度表示領域であっても必ずしも同一強度を示すものではない（例えば、図４Ａの領域３２１と図４Ｂの領域３２１とは必ずしも同一の強度を示すものではない）。

図４Ａ及び図４Ｂに示す散乱光強度分布のように、照明対象からの散乱光分布は照明対象の形状に依存する。また、図示していないが、散乱光の光学特性は、欠陥の種類、形状、方向によって散乱光強度分布及び偏光分布が異なっている。

図４Ａ及び図４Ｂで説明した散乱光シミュレーションは、試料１０１に斜め上方より照明光３０４、３０５を照射し、試料１０１表面のラフネス又は試料１０１の上に配置した異物または欠陥のモデルより散乱された光を結像光学系の試料１０１に最も近い光学素子の試料１０１に最も近い表面（瞳面）での、散乱光の強度分布と偏光分布を計算するというものである。入射する照明光は、一方向から１本の光線だけでも良い。

また、光の振動方向、すなわち偏光方向を変えることで、散乱光の発生の仕方が変わり、試料１０１からの散乱光を抑制もしくは欠陥からの散乱光を増幅することができる。そのため、図２に示した光学顕微鏡１０５の対物レンズ２０２の瞳面３０２上もしくは瞳面３０２の近傍、もしくは対物レンズ２０２の瞳面と共役な面３０３もしくは対物レンズの瞳面と共役な面３０３の近傍に、適宜旋光子機能を持った空間分布光学素子２０５を設定・配置することで、異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比を大きくすることができ、高Ｓ／Ｎの欠陥検出が可能となる。図２に示した光学顕微鏡１０５においては、空間分布光学素子２０５を対物レンズ２０２の瞳面３０２と共役な面３０３に配置した構成を示している。

空間分布光学素子２０５は、位相シフタ、波長板、偏向子、空間フィルタ、減光フィルタ、液晶光学素子、磁気光学変調子、フォトニック結晶を適宜用いて構成され、空間的に分布をもった透過特性、空間的に分布を持った旋光特性、空間的に分布を持った透過偏光方向選択特性をもっている。

空間分布光学素子２０５の光学特性もしくは空間分布光学素子２０５を構成する、位相シフタの配置、波長板の遅相軸の傾きと進相軸の傾き、偏光方向制御装置による旋光方向、空間フィルタにおける遮光領域、偏光子の透過偏光軸方向、減光フィルタの透過率、液晶素子への印加電圧、磁気光学変調子への印加電圧、フォトニック結晶の光学特性などの決定方法は、図４Ａ及び図４Ｂで説明した散乱光シミュレーション若しくは実測によって求められる散乱光強度分布を基にして決定する。

次に、空間分布光学素子２０５の光学特性の決定方法とその効果について述べる。
空間分布光学素子２０５の第１の例として、偏光透過軸分布ｈ（ｒ，θ）を決定する方法例と空間分布光学素子２０５に偏光子２３１を用いる構成とその効果について述べる。

初めに、散乱光シミュレーションによって高感度で検出したい微小欠陥または微小異物よりの散乱光強度分布ｆＳ（ｒ，θ）及び散乱光のラジアル偏光の分布Ｐ_ＳＰ（ｒ，θ）とＳ偏光の分布Ｐ_ＳＳ（ｒ，θ）、および基板表面の微小凹凸よりの散乱光強度分布ｆＮ（ｒ，θ）及び散乱光のＰ偏光の分布Ｐ_ＮＰ（ｒ，θ）とＳ偏光の分布Ｐ_ＮＳ（ｒ，θ）、を求める。

空間分布光学素子２０５の偏光透過軸方向分布ｈ（ｒ，θ）は、基板表面の微小凹凸（ラフネス）よりの散乱光を最も遮断する偏光軸分布、すなわち（数１）のΠを最小化するｈ（ｒ，θ）、または微小欠陥または微小異物よりの散乱光を最も透過させる偏光軸分布、すなわち（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）、または基板表面の微小凹凸（ラフネス）よりの散乱光を遮断し微小欠陥または微小異物よりの散乱光を透過させる偏光軸分布、すなわち（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）として決定される。

これは、瞳面３０２上の領域を複数の領域に分割し、その分割された各領域それぞれにおいて、（数１）中のΠが最小化するｈ（ｒ，θ）、または（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）、または（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）をそれぞれ決定してもよい。

このように、光の振動方向、すなわち偏光方向を選択することで、試料１からの散乱光を抑制することができる。そのため、対物レンズ２０２の瞳面３０２上もしくは瞳面３０２と共役な位置３０３又はその近傍に配置する空間分布光学素子２０５に対して、上記に説明したような方法で選択した各領域ごとの偏光方向を設定することで、異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比を大きくすることができ、高Ｓ／Ｎの欠陥検出が可能となる。

次に、空間分布光学素子２０５の構成の第２の例として、空間分布光学素子２０５に散乱光の偏光方向を制御する旋光子機能を持たせる構成とその効果及び旋光角η(θ)を決定する方法について述べる。

瞳面３０２上の像をフーリエ変換すると、瞳面３０２上で検出光学系の光軸に対して対称な点での光は重ね合わせられる。この瞳面３０２上で検出光学系の光軸に対して対称な点での光の振動の位相が同じ場合、重ね合わせにより強め合いピーク強度が大きくなるが、位相差がΠ存在する場合、打ち消し合い弱め合う。

例えば、図４Ｂに示す微小欠陥からの散乱光のラジアル偏光成分は、等方的に分布している。そのため、図４Ｂのような瞳面強度分布を持つ光を集光、結像させると、検出系の光軸に対して垂直な方向(以下，ＸＹ方向)振動成分は打ち消し合い、検出光軸に対して平行な方向(Ｚ方向)振動成分のみがピーク強度に寄与する。拡大系の場合、物体側に比べ像側のＮＡが小さく、ＸＹ方向に対してＺ方向の振動成分は弱いため微小物体像のピーク強度が弱くなってしまう。

そのため、空間分布光学素子２０５に用いる旋光子の旋光角η（θ）として、（数１）中のΠが最小化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が打ち消しあう旋光角η（θ）、または（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）、または（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）の何れかに決定すれば良い。

これはまた、瞳面３０２上の領域を複数の領域に分割し、その分割された各領域それぞれにおいて、（数１）中のΠが最小化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が打ち消しあう旋光角η（θ）、または（数２）のΛを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）、または（数３）のΩを最大化するｈ（ｒ，θ）を重ね合せることでｈ（ｒ，θ）方向に振動する光が強め合う旋光角η（θ）をそれぞれ決定してもよい。

このように、光の振動方向、すなわち偏光方向を変えることで、試料１からの散乱光を抑制もしくは欠陥からの散乱光を増幅することができる。そのため、瞳面３０２上もしくは瞳面３０２近傍に、適宜旋光子を設定・配置することで、異物からの散乱光に対する基板表面からの散乱光の比を大きくすることができ、高Ｓ／Ｎの欠陥検出が可能となる。

更に、空間分布光学素子２０５の構成の第３の例として、空間分布光学素子２０５として空間フィルタを用いる効果と空間フィルタの遮光領域ｇ（ｒ，θ）を決定する方法例とについて述べる。

空間分布光学素子２０５に用いる空間フィルタとしては、散乱光シミュレーションもしくは実測によって異物散乱光量と基板表面散乱光量の比を導出し、その比があるしきい値より大きい領域の光を透過し、欠陥又は異物からの散乱光と試料表面からの散乱光の比がある閾値より小さい領域を遮光して、欠陥又は異物からの散乱光と試料表面からの散乱光の比が小さい領域からの散乱光成分を取り除くことによって、瞳面全体での欠陥又は異物からの散乱光量と試料からの散乱光量の比を大きくすることができる。

空間フィルタの遮光領域ｇ（ｒ，θ）を決定する方法は、例えば（数４）に示したΨを最大化するように遮光領域ｇ（ｒ，θ）を最適化するという方法がある。

また、瞳面３０２上の領域を複数の領域に分割し、その分割された各領域それぞれにおいて、異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比が小さい領域を遮光領域ｇ（ｒ，θ）と決定してもよい。

このように、適宜空間フィルタを設定・配置することで、異物からの散乱光に対する試料からの散乱光の比を大きくすることができ、高Ｓ／Ｎの欠陥検出が可能となる。また、パターンからの回折光を除去する目的の空間フィルタを空間分布光学素子２０５の構成に用いても良い。

次に、図４Ａ及び図４Ｂを用いて説明した微小欠陥から散乱する散乱光のラジアル偏光成分を例に空間分布光学素子２０５の効果の一例について図５を用いて説明する。

微小欠陥による散乱光のラジアル偏光成分の光量に比べ、ラフネスを持った基板による散乱光のラジアル偏光成分光量の多い領域３１２及び３３１を遮光する空間フィルタ機能と、その領域３１２以外の領域３３２を透過するラジアル偏光を一様に平行な偏光方向に変換する空間的に異なる旋光角分布を持った旋光子機能をもった空間分布光学素子２０５を対物レンズ２０２の瞳面上もしくはその近傍に配置することで、欠陥からの散乱光量に対する基板からの散乱光量の比を大きくすることができる。これは更に、結像時に欠陥からの散乱光のピーク強度の強調を可能にし、高Ｓ／Ｎの欠陥検出を可能にする。また、同じ入射面を持ち互いに対向して配置された照明を用いる場合、空間分布光学素子２０５には、照明の入射面に対して対称な光学特性を持たせる。

また、同じ入射面を持ち互いに対向して配置された照明の入射面が変化する場合、乃至、照明を切り替える場合、空間分布光学素子２０５を、照明の入射面に合わせて回転させる。もしくは、照明の入射面が変わる場合、複数の空間分布光学素子２０５の中から、照明の入射面に合わせて、空間分布光学素子２０５を選択することにより、空間分布光学素子２０５を切り替えるような構成にしてもよい。

次に、検査装置１０７（図１）で検出された欠陥を、図１で説明したレビュー装置１００で観察する処理の流れを図６で説明する。

まず、検査装置１０７を用い、試料１０１上の欠陥を検出し、検査装置１０７は試料１０１の検査情報を、ネットワーク１２１を介して出力し、レビュー装置１００の記憶装置１２４に入力する。検査装置１０７が出力する試料１０１の検査情報は、欠陥座標、欠陥信号、欠陥形状、欠陥散乱光の偏光、欠陥種、欠陥ラベル、欠陥の特徴量、試料１０１表面の散乱信号のいずれかもしくはこれらの組み合わせで構成される検査結果と、検査装置１０７の照明入射角、照明波長、照明の方位角、照明強度、照明偏光、検出部の方位角、検出部の仰角、検出部の検出領域のいずれかもしくはこれらの組み合わせで構成される検査条件で構成される検査情報である。検査装置に複数の検出器が存在する場合は、検出器毎に出力される試料１０１を検査した結果得られる検査情報もしくは、複数の検出器出力を統合した試料１０１の検査情報を用いる。

次に、記憶装置１２４に記憶した情報を用いて検査装置１０７で検出した欠陥の中から抽出した一部の欠陥、若しくは全部の欠陥をレビュー装置１００で観察する。

まず、試料１０１の粗アライメントを行う（Ｓ６００１）。これは光学顕微鏡１０５による明視野観察によって行う。次に、検査装置１０７で取得した欠陥座標を基にレビュー装置１００で予め他の検査装置１０７によって検出された欠陥の位置情報を用いて試料１０１上の観察したい欠陥が光学顕微鏡１０５の視野に入るようにステージ１０３を移動させる（Ｓ６００２）。次に高さ制御機構２０９にて対物レンズ２０２を移動させて焦点合わせを行う（Ｓ６００３）。

次に、光学顕微鏡１０５と撮像素子２０７にて取得した画像より欠陥を探索し（Ｓ６００４）、欠陥を検出したのであれば（Ｓ６００５−ＹＥＳ）、光学顕微鏡１０５による欠陥検出位置と予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報との差から予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報を用いてこの欠陥をＳＥＭ１０６で観察しようとしたときの欠陥に対するＳＥＭ１０６の視野位置のズレ量を算出する（Ｓ６００６）。

検出した欠陥の位置ずれ量を計算しながら、次に観察すべき欠陥がないかをチェックする（Ｓ６００７）。その結果、観察すべき欠陥がある場合（Ｓ６００７の判定でＮＯの場合）にはＳ６００２へ戻って、記憶装置１２４に記憶しておいた次に観察する欠陥の位置情報に基づいて、ステージ１０３を制御して次に観察する欠陥を光顕の視野内へ移動させ、Ｓ６００３〜Ｓ６００６のステップを実行する。

Ｓ６００７で観察すべき欠陥が無いと判定した場合（Ｓ６００７の判定でＹＥＳの場合）、Ｓ６００６で算出した各観察した欠陥の予め他の欠陥検査装置によって検出された位置情報とＳＥＭ１０６の視野位置情報（レビュー装置１００の座標系における位置情報）とのズレ量を基にして前記予め他の欠陥検査装置によって検出されて光学顕微鏡１０５では検出しなかった欠陥について、他の欠陥検査装置の座標系で検出した位置情報をレビュー装置１００の座標系における位置情報に補正する（Ｓ６００８）。次に、試料１０１を搭載したステージ１０３を光学顕微鏡１０５の位置からＳＥＭ１１２の位置へ移動させ、この位置情報が補正された欠陥をＳＥＭ１０６の視野へ移動し、欠陥の観察を行う（Ｓ６００９）。このとき、観察された情報は制御システム１２５へ送られ、データベース１２２に登録される。

次に、他の欠陥情報が必要でない場合は（Ｓ６０１０−ＮＯ）、観察終了とし（Ｓ６０１１）、観察が必要である場合（Ｓ６０１０−ＹＥＳ）は観察したい欠陥位置情報を取得し、上述したＳ６００８へ戻り、処理を進める。なお、上述した欠陥検出手順で欠陥検出できなかった場合（Ｓ６００５−ＮＯ）は、欠陥が光学顕微鏡１０５の視野の外にいることが考えられるため、光学顕微鏡１０５の視野周辺部を探索してもよい。周辺部を探索する場合（Ｓ６０１２−ＹＥＳ）は、視野に相当する分だけ試料１０１を移動し（Ｓ６０１３）、上述した欠陥検出手順から処理を行う。また、周辺探索をしない場合（Ｓ６０１２−ＮＯ）は、手順に従って処理を進める。

次に、図３Ａの照明光学系ユニットセット２０１１を２セットもつ構成例における光学顕微鏡１０５を用いて図６で説明したレビュー装置１００で観察する処理フローにおけるＳ６００４の光顕視野内で欠陥探索するステップにおいて、高解像度の画像を得る処理の流れを図７で説明する。

まず、第１の照明光学系ユニットセット２０１１で、試料１０１上を同じ入射面を持つ照明光でお互いに対向する方向から照明を照射して干渉させ（Ｓ１００１）、この干渉により試料１０１上に生じた定在波によって試料１０１上で散乱した光を検出器２０７で検出する（Ｓ１００２）。

次に、高さ制御機構２０９により対物レンズ２０２、照明光学系ユニット２０１を高さ方向に変位させ（Ｓ１００３―ＮＯ：高さ方向の変位量は、高さ方向に変位させることにより生じる試料１０１の表面における定在波の位相変化がπ/Ｎとなる量）、照明光３０４、３０５によって試料１０１上に生じる定在波の位相を変調させ（Ｓ１００４）、変調した定在波から生じる試料１０１上の散乱光を検出器２０７で検出する（Ｓ１００２）。このステップ１００２、１００３、１００４を、予め設定したシフト回数が得られるまでＮ回繰り返す。Ｎ回繰り返し（Ｎ＋１）信号を取得した場合（Ｓ１００３―ＹＥＳ）、第１の照明光学系ユニット２０１１からの照明光が試料１０１上に入射しないように遮光し（Ｓ１００５）、第２の照明光学系ユニット２０１１で試料１０１上を同じ入射面を持つ照明光でお互いに対向する方向から照射し（Ｓ１００６）、試料１０１上に生じた定在波によって試料１０１上で散乱した光を検出器２０７で検出する（Ｓ１００７）。

次に、高さ制御機構２０９により対物レンズ２０２、照明光学系ユニット２０１を高さ方向に変位させ（Ｓ１００８―ＮＯ）、照明光３０４、３０５によって試料１０１上に生じる定在波の位相を変調させ（Ｓ１００９）、変調した定在波から生じる試料１０１上の散乱光を検出器２０７で検出する（Ｓ１００７）。このステップ１００７、１００８、１００９を、予め設定したシフト回数が得られるまでＮ回繰り返す。Ｎ回繰り返し（Ｎ＋１）回信号を取得した場合（Ｓ１００８―ＹＥＳ）、信号取得終了する（Ｓ１０１０）。

次に、上記で得られた２（Ｎ＋１）回の信号を、周波数空間で合成し、合成した信号を逆変換し、検出器２０７で取得した信号よりも解像度の高い信号を合成する処理を行う（Ｓ１０１１）。最後に、Ｓ１０１１で合成した解像度の高い信号（画像）を処理して欠陥を検出してこの検出した欠陥の座標を求める（Ｓ１０１２）。図６で示したフロー図のＳ６００６においては、このＳ１０１２で求めた欠陥の座標情報を予め他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置情報と比較して、他の欠陥検査装置によって検出された欠陥の位置座標とＳＥＭ１０６で観察した欠陥の位置座標のズレ量を算出する。

Ｓ１００３とＳ１００８において、高さ制御機構２０９による高さ方向への対物レンズ２０２、照明光学系ユニット２０１の全変位量が大きい場合は、対物レンズ２０１だけでなく、検出光学系２１０を高さ方向へ変位させても良い。

また、図３Ｄに記した照明光学系ユニット２０１ａ”の構成の場合、Ｓ１００５、Ｓ１００６の代わりに、回転ミラー２３７ｄ、２４０ｄを回転させ、回転前の照明の入射面と異なる入射面を持つ照明光を対抗させて照射し、定在波照明を生じても良い。また、回転ミラー２３７ｄ、２４０ｄの角度は、検査装置１０７で得られた情報もしくは光学顕微鏡１０５の明視野観察時に得られた情報を元に、設定しても良い。

他にも例えば、検査装置１０７で得られた輝度情報を元に、光学顕微鏡１０５の照明強度を調整するために適切な濃度の光学フィルタを設定、もしくは照明強度可変の照明の場合は照明自体の強度を調整するとことで、欠陥の大きさに合わせた照明強度を高速に設定してもよい。この場合、巨大欠陥に起こりうるゴーストや座標精度の悪化を抑制することができ、検査時間の短縮だけでなく欠陥の検出率及び座標精度の向上が可能である。

また、検査装置のセンサが複数あり、異なる散乱角の散乱光を捕集できる構成の場合、センサごとの出力の違いから、対象欠陥の方位や、形状が推定できる。この推定に基づき、回転ミラー２３７ｄ、２４０ｄの回転角などの光学条件を設定することにより、高感度な欠陥検出を可能とする。

次に、試料１０１を定在波で照明し、定在波照明を変調させ、それぞれの変調条件において試料１０１上で発生した光を検出器２０７で取得した複数の信号を信号処理する効果について簡単に説明する。

一般的に結像分布は、点像分布関数と散乱光分布のコンボリューションで表現される。照明強度を変調させると、点像分布関数は変化しないが、散乱光分布が変調し、結像分布が変化する。散乱光分布は、照明光分布と物体形状の積であり、照明光分布は既知である。

これを、周波数空間で考える。例えば、フーリエ変換された結像分布関数は、フーリエ変換された点像分布関数と、フーリエ変換された散乱光分布の積で表現される。照明分布関数が異なる複数の信号を取得することは、上記の結像分布と点像分布関数と散乱光分布を表現する方程式の数を増やすことと等価である。そのため、照明分布を変調させ、それぞれの変調条件において、試料１０１で発生した光を検出器２０７で取得し、取得した複数の信号を統合処理することにより、１つの条件で取得した信号よりも、より高精度に物体の形状を導出することができる。

２方向から照射される照明光の定在波を照明として用いる場合、この構成では、照明の入射方向の解像度は向上するが、照明の入射面に対し垂直方向の解像度は向上しない。そこで、本実施例では、試料１０１上に発生した定在波をシフトさせ、複数の照明条件毎に、試料１０１で散乱された光を取得するようにした。そして、この試料１０１上に発生させた定在波をシフトさせることを、対物レンズ２０２、照明光学系ユニット２０１を高さ方向にシフトさせることにより実現した。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

１０１…試料１０２…試料ホルダ１０３…ステージ１０４…光学式高さ検出システム１０５…光学顕微鏡１０６…電子顕微鏡１０７…検査装置１１１…真空封し窓１１２…ユーザインターフェース１２４…記憶装置１２５…制御システム２０９…高さ制御機構

Claims

他の検査装置で検出した試料上の欠陥を該欠陥の位置情報に基づいて光学顕微鏡を備え
た検出装置で検出し、
該光学顕微鏡を備えた検出装置で検出した欠陥の位置情報に基づいて前記他の検査装置
で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正し、
前記他の検査装置で検出した欠陥を前記修正した位置情報に基づいて走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）を用いて観察する欠陥の観察方法であって、
前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥を前記光学顕微鏡を備えた検出装置で検出す
ることを、
前記試料に対して同じ入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の二つの照明光を同
じ入射角度で入射させて前記二つの照明光を干渉させることにより前記試料上に定在波を
形成し、
該定在波が形成された前記試料からの散乱光のうち前記試料表面の微小な凹凸により発
生した散乱光成分を空間フィルタで除去し、
前記空間フィルタで除去されなかった前記試料からの散乱光による像を検出し、
該検出した散乱光による像を処理して前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥を検出
することにより行い、
前記試料に対して同じ入射面上で互いに対向する同じ波長の二つの照明光を同じ入射角
度で入射させて前記二つの照明光を干渉させることにより前記試料上に定在波を形成する
ことを、互いに交わる二つの入射面上で行う
ことを特徴とする欠陥観察方法。
前記試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を空間フィルタで除去することを
、前記試料表面から発生した散乱光の偏光方向を制御する機能又は透過する偏光方向を選
択する機能又は光の透過率を選択する機能の何れかを備えた空間フィルタを用いて行うこ
とを特徴とする請求項１記載の欠陥観察方法。
前記空間フィルタで除去されなかった前記試料からの散乱光による像を検出することを
、前記試料上に形成する定在波の位相を変化させながら前記試料から発生した散乱光のう
ち前記空間フィルタで除去されなかった前記試料からの散乱光による複数の像を検出する
ことにより行い、前記検出した散乱光による像を処理して前記他の検査装置で検出した試
料上の欠陥を検出することを、前記検出した複数の散乱光による像を合成して合成像を作
成し、該作成した合成像を処理して前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥を抽出する
ことにより行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の欠陥観察方法。
他の検査装置で検出した試料上の欠陥を該欠陥の位置情報に基づいて光学顕微鏡を備え
た検出装置で検出するステップと、
該光学顕微鏡を備えた検出装置で検出した欠陥の位置情報に基づいて前記他の検査装置
で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正するステップと、
前記他の検査装置で検出した欠陥を前記修正した位置情報に基づいて走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）を用いて観察するステップと
を有する欠陥の観察方法であって、
前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥を前記光学顕微鏡を備えた検出装置で検出す
るステップにおいて、
前記試料に対して第１の入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の第１の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて前記第１の二つの照明光を干渉させることにより前記試料上に第１の定在波を形成して、該第１の定在波が形成された前記試料からの散乱光のうち前記試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を空間フィルタで除去し、該空間フィルタで除去されなかった前記試料からの散乱光による像を検出することと、前記試料に対して前記第１の入射面と交わる第２の入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の第２の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて前記第２の二つの照明光を干渉させることにより前記試料上に第２の定在波を形成して該第２の定在波が形成された前記試料からの散乱光のうち前記試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を空間フィルタで除去して該空間フィルタで除去されなかった前記試料からの散乱光による像を検出することとを前記試料上に形成する前記第１の定在波の位相と前記第２の定在波の位相とを順次変えて複数回繰り返し行い、
該複数回繰り返して検出した位相を変えた定在波により照明された前記試料からの散乱
光による複数の像を合成して合成像を作成し、
該作成した合成像を処理して前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥を検出する
ことを特徴とする欠陥観察方法。
光学顕微鏡を備えた検出手段と、
他の検査装置で検出した試料上の欠陥を該欠陥の位置情報に基づいて前記検出手段で検
出した結果に基づいて前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正する処
理手段と、
該処理手段で修正した前記試料上の欠陥の位置情報に基づいて前記他の検査装置で検出
した試料上の欠陥を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察する欠陥観察手段と、
前記試料を載置して前記検出手段と前記欠陥観察手段との間を移動するテーブル手段と、
前記検出手段と前記処理手段と前記観察手段と前記テーブル手段とを制御する制御手段と
を備えた欠陥観察装置であって、
前記検出手段は、
前記試料に対して第１の入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の第１の二つの照明
光を同じ入射角度で入射させて前記第１の二つの照明光を干渉させる第１の照明系と、前
記試料に対して前記第１の入射面と直交する第２の入射面上で互いに対向する方向から同
じ波長の第２の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて前記第２の二つの照明光を干渉
させる第２の照明系とを備えて前記テーブル手段に載置された試料に対して同じ入射面上で互いに対向する方向から同じ波長の二つの照明光を同じ入射角度で入射させて前記二つの照明光を干渉させることにより前記試料表面に定在波を形成して該定在波により前記試料表面を照明する照明部と、
該照明部により形成された定在波で照明された前記試料表面からの散乱光のうち前記試料
表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を除去する空間フィルタを備えて、該空間フ
ィルタで除去されなかった前記試料表面からの散乱光による像を形成する検出光学系部と、
該検出光学系部で形成した前記試料表面からの散乱光による像を検出する像検出部とを備
え、
前記制御手段は、
前記像検出部で検出した前記試料表面からの散乱光による像を処理して前記他の検査装
置で検出した試料上の欠陥を検出し、該検出した欠陥の前記テーブル手段上の位置情報に
基づいて前記他の検査装置で検出した試料上の欠陥の位置情報を修正する
ことを特徴とする欠陥観察装置。
前記検出光学系部の空間フィルタは、前記試料表面から発生した散乱光の偏光方向を制
御する機能又は透過する偏光方向を選択する機能又は光の透過率を選択する機能の何れか
を備えて前記試料表面の微小な凹凸により発生した散乱光成分を除去することを特徴とす
る請求項５記載の欠陥観察装置。
前記照明部は前記二つの照明光の前記試料に対する入射高さを変化させて前記試料上に
形成する定在波の状態を順次変えて前記試料を照明し、前記像検出部は前記順次状態を変
えた定在波で照明された前記試料表面からの散乱光のうち前記空間フィルタで除去されな
かった前記試料からの散乱光による像を順次検出し、前記処理手段は、前記順次検出した
像から合成像を形成し、該形成した合成像を処理して前記他の検査装置で検出した試料上
の欠陥を検出することを特徴とする請求項５又は６に記載の欠陥観察装置。