WO2009125839A1 - 検査装置 - Google Patents

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WO2009125839A1
WO2009125839A1 PCT/JP2009/057355 JP2009057355W WO2009125839A1 WO 2009125839 A1 WO2009125839 A1 WO 2009125839A1 JP 2009057355 W JP2009057355 W JP 2009057355W WO 2009125839 A1 WO2009125839 A1 WO 2009125839A1
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WO
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unit
wafer
light
luminance
optical system
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PCT/JP2009/057355
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English (en)
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透 吉川
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株式会社ニコン
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N21/956—Inspecting patterns on the surface of objects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • G01N2021/9513—Liquid crystal panels

Definitions

  • the present invention relates to an inspection apparatus that detects a state of a pattern formed on a surface of a substrate to be tested in a manufacturing process of a semiconductor element, a liquid crystal display element, or the like.
  • the measurement accuracy is high, but the measurement magnification is high and sampling is performed by sampling several points. It will take. Therefore, the light of a predetermined wavelength emitted from the light source is irradiated onto the surface of the test substrate by epi-illumination through the polarizer and the objective lens, and the reflected light from the test substrate by the illumination is applied to the objective lens and the polarizer. And an evaluation method using an image obtained through an analyzer that satisfies the condition of crossed Nicols has been proposed.
  • the present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an inspection apparatus capable of performing high-speed inspection with high sensitivity.
  • an inspection apparatus is an illumination unit that irradiates illumination light on the surface of a test substrate, and for magnifying and observing the surface of the test substrate irradiated with the illumination light.
  • An observation optical system, a detection unit for detecting luminance at a pupil plane of reflected light from the test substrate in the observation optical system, and a surface of the test substrate based on the luminance detected by the detection unit An inspection unit that inspects and a scanning unit that scans the range of the test substrate corresponding to the pupil plane from which the luminance is detected are configured.
  • the scanning unit includes a plate-like member having an optical opening that is a field stop, and a driving unit that drives the optical opening, and the driving unit is used to Preferably, the optical aperture is configured to scan in the range.
  • the plate-like member is formed in a disk shape, and a plurality of holes which are the optical openings are formed in the plate-like member at different radial and circumferential positions, respectively.
  • the drive unit is configured to rotationally drive the plate member about the rotation target axis of the plate member, and the plurality of holes formed in the plate member using the drive unit. It is preferable to scan the range in order by any one of the plurality of holes by rotating and moving the respective parts.
  • the drive unit linearly moves the plate-like member, and the plurality of holes that are the optical openings are arranged obliquely with respect to the linear movement direction in the plate-like member.
  • Each of the plurality of holes formed in the plate-like member is linearly moved using the driving unit, so that the range is sequentially changed by any one of the plurality of holes. You may make it scan.
  • the detection unit detects a luminance of a portion of the pupil plane where the luminance greatly changes according to a change in a surface state of the test substrate.
  • the illumination light is linearly polarized light irradiated on the surface of the test substrate having a repetitive pattern
  • the detection unit is configured to detect the linearly polarized light and polarized light out of the light from the test substrate. It is preferable to detect polarized light components whose directions are substantially orthogonal.
  • the illumination unit irradiates the surface of the substrate to be examined with epi-illumination.
  • the inspection apparatus 1 of the present embodiment includes a wafer stage 5, an objective lens 6, a half mirror 7, an illumination optical system 10, a detection optical system 20, a scanning unit 60, and an imaging unit. 30 and the control unit 40.
  • a semiconductor wafer W (hereinafter referred to as a wafer W), which is a substrate to be tested, is placed with the pattern (repetitive pattern) formation surface facing upward.
  • the wafer stage 5 is configured to be movable in three directions of x, y, and z axes orthogonal to each other (note that the vertical direction in FIG. 1 is the z axis direction). Thereby, the wafer stage 5 can support the wafer W so as to be movable in the x-, y-, and z-axis directions.
  • the wafer stage 5 is configured to be rotatable about the z axis.
  • the illumination optical system 10 includes a light source 11 (for example, a white LED or a halogen lamp), a condenser lens 12, an illuminance uniformizing unit 13, an aperture stop 14 in order of arrangement from the left side to the right side in FIG.
  • a field stop 15, a collimator lens 16, and a detachable polarizer 17 (polarization filter) are included.
  • the light emitted from the light source 11 of the illumination optical system 10 is guided to the aperture stop 14 and the field stop 15 via the condenser lens 12 and the illuminance uniformizing unit 13.
  • the illuminance uniformizing unit 13 scatters illumination light and uniformizes the light quantity distribution.
  • An interference filter can also be included.
  • the aperture stop 14 and the field stop 15 are configured such that the size and position of the opening can be changed with respect to the optical axis of the illumination optical system 10. Therefore, in the illumination optical system 10, by operating the aperture stop 14 and the field stop 15, the size and position of the illumination area can be changed and the aperture angle of the illumination can be adjusted.
  • the light that has passed through the aperture stop 14 and the field stop 15 is collimated by the collimator lens 16, passes through the polarizer 17, and enters the half mirror 7.
  • the half mirror 7 reflects light from the illumination optical system 10 downward and guides it to the objective lens 6. Thereby, the wafer W is incidentally illuminated by the light from the illumination optical system 10 that has passed through the objective lens 6. On the other hand, the light incident on the wafer W can be reflected by the wafer W, return to the objective lens 6 again, pass through the half mirror 7, and enter the detection optical system 20.
  • the detection optical system 20 functions as a detachable analyzer 21 (polarization filter), a lens 22, a half prism 23, a belt run lens 24, and a field stop in order of arrangement from the lower side to the upper side in FIG. And a disk member 63 having the structure.
  • the analyzer 21 is arranged so as to be in a crossed Nicols state (a state in which the polarization directions are orthogonal) with respect to the polarizer 17 of the illumination optical system 10. Since the polarizer 17 of the illumination optical system 10 and the analyzer 21 of the detection optical system 20 satisfy the condition of crossed Nicols, the amount of light detected by the detection optical system 20 is zero unless the polarization main axis rotates in the pattern of the wafer W. Close to.
  • Half prism 23 splits the incident light beam in two directions.
  • One light beam passing through the half prism 23 forms an image of the wafer W on the disc member 63 having a function as a field stop through the belt-run lens 24 and an image (luminance distribution) of the pupil surface of the objective lens 6.
  • the Bertrand lens generally refers to a converging lens that connects an image of the rear focal plane of the objective lens to the focal plane of the eyepiece, but an optical system such as a microscope is generally telecentric on the image side. Since the rear focal plane of the objective lens is the pupil plane, in this embodiment, the lens 24 that forms an image of the pupil plane of the objective lens 6 on the imaging plane of the two-dimensional imaging device 33 is referred to as a belt run lens 24. .
  • the other light beam passing through the half prism 23 is guided to the second image pickup unit 50 for picking up an image of a normal wafer W that has not been Fourier-transformed.
  • the second image pickup unit 50 By displaying the image of the wafer W picked up by the second image pickup unit 50 on the monitor 44, the operator can visually observe and enlarge the surface of the wafer W.
  • the Fourier image (that is, the image of the pupil plane of the objective lens 6) is picked up by the defect inspection of the present embodiment for the following reason. If an image obtained by directly imaging the pattern of the wafer W is used in the defect inspection, the pattern defect cannot be optically detected when the pattern pitch is less than the resolution of the inspection apparatus. On the other hand, in the Fourier image, if there is a defect in the pattern of the wafer W, the symmetry of the reflected light is lost, and the luminance, color, etc. of portions orthogonal to the optical axis of the Fourier image change due to structural birefringence. Therefore, even when the pattern pitch is less than or equal to the resolution of the inspection apparatus, it is possible to detect a defect (change) in the pattern by detecting the change in the Fourier image.
  • the relationship between the incident angle of the illumination light on the wafer W and the imaging position in the pupil plane will be described with reference to FIG.
  • the imaging position on the pupil is the pupil center.
  • the imaging position on the pupil is the outer edge of the pupil. That is, the incident angle of the illumination light on the wafer W corresponds to the radial position in the pupil on the pupil.
  • the light that forms an image at a position within the same radius from the optical axis in the pupil is light that is incident on the wafer W at the same angle.
  • the scanning unit 60 includes the disk member 63 described above, a motor 61 that rotationally drives the disk member 63, and a rotary encoder 62 that detects the rotation angle of the disk member 63. Composed.
  • the motor 61 rotationally drives the disc member 63 in a plane perpendicular to the optical axis of the detection optical system 20 with the rotational symmetry axis of the disc member 63 as a central axis.
  • the disc member 63 is formed in a disc shape having 17 pin holes 63a1 to 63a17.
  • the pinholes 63a1 to 63a17 are respectively arranged at different radial and circumferential positions in the disk member 63, and any one of the first to seventeenth pinholes 63a1 to 63a17 is used as a detection optical system. It is located within the 20 optical field of view. Thereby, the detection range (field of view) on the surface of the wafer W is determined.
  • the pinholes 63a1 to 63a17 are arranged at equal pitch intervals in the circumferential direction of the disc member 63, and the seventeenth pinhole is located at the other end from the first pinhole 63a1 located at one end. As it goes to the pinhole 63a17, its radial position shifts toward the center (rotation symmetry axis) of the disk member 63 at equal pitch intervals.
  • each pinhole 63a1 to 63a17 has a diameter of ⁇ 1 mm, and when the objective lens 6 having a magnification of 100 times is used, the detection range (field of view) on the surface of the wafer W has a diameter of ⁇ 10 ⁇ m.
  • the shape of each pinhole 63a1 to 63a17 is preferably circular (or rectangular).
  • An optical field of view D shown in FIG. 4 shows an optical field of view of the detection optical system 20 on the surface of the wafer W, and has a diameter of 250 ⁇ m in this embodiment.
  • a scanning area C located inside the optical field of view D is a square area for acquiring inspection data, and one side is about 170 ⁇ m.
  • the first pinhole 63a1 When the disk member 63 is rotated by the motor 61, the first pinhole 63a1 is positioned at the data acquisition position A (1,1), A (2,1),. 17,1) is scanned.
  • the first to seventeenth pinholes 63a1 to 63a17 are shifted in the radial direction on the disk member 63 so that the positions shifted by one scan in the scanning area C are sequentially scanned. Therefore, when the scanning by the first pinhole 63a1 is finished, the second pinhole 63a2 has a data acquisition position A (1,2), a position shifted by one scan from the position scanned by the first pinhole 63a1.
  • a (2, 2),... A (17, 2) is scanned.
  • the seventeenth pinhole 63a17 has the data acquisition positions A (1, 17), A in the lowermost row in the scanning area C. Scan (2, 17),... A (17, 17).
  • the scanning area C is scanned while sequentially scanning the scanning area C of the wafer W by any one pinhole. Can be detected by each of the detection elements 36a, 36b, 36c of the imaging unit 30.
  • the SEM SEM (SEM) It becomes possible to measure a change in pattern with the same sensitivity as a scanning electron microscope.
  • the pinholes 63a1 to 63a17 rotate with the rotation of the disk member 63.
  • the scanning area C is small with respect to the radius of the disk member 63, the trajectory of scanning by the pinholes 63a1 to 63a17 is a straight line. Close to.
  • the imaging unit 30 includes a DMD (Digital Micromirror Device) element 31, a lens 32, a two-dimensional imaging element 33, a lens 34 provided on the opposite side, a spectral prism 35, and three It has detection elements 36a, 36b, and 36c.
  • the DMD element 31 has a plurality of movable micromirrors (not shown) arranged on a plane.
  • the micromirror of the DMD element 31 is electrically driven to tilt so that the light from the detection optical system 20 is reflected toward the two-dimensional imaging element 33 when in the ON state, and from the detection optical system 20 when in the OFF state. Is inclined such that the reflected light is reflected toward the detection elements 36a, 36b, and 36c (spectral prism 35).
  • the light from the detection optical system 20 reflected by the micromirror in the ON state is guided to the imaging surface of the two-dimensional image sensor 33 through the lens 32 (tilt optical system).
  • the light from the detection optical system 20 reflected by the micromirror in the OFF state passes through the lens 34 (tilt optical system), and is R (red), G (green), and B (blue) light by the spectral prism 35. And then guided to the three detection elements 36a, 36b, and 36c, respectively.
  • the photoelectric signals obtained by the detection elements 36a, 36b, and 36c are sent to the CPU 43 through a wiring (not shown).
  • the two-dimensional image pickup device 33 is a CCD or CMOS having a Bayer array color filter array and picks up the Fourier image described above.
  • the three detection elements 36a, 36b, and 36c are high-sensitivity light detection elements such as photodiodes and avalanche elements, and R (red), G (green), and B (blue) dispersed by the spectral prism 35. , Respectively.
  • the control unit 40 includes a recording unit 41 that records Fourier image data, an input interface 42, a CPU 43 that executes various arithmetic processes, a monitor 44, and an operation unit 45. Perform overall control.
  • the recording unit 41, the input interface 42, the monitor 44, and the operation unit 45 are electrically connected to the CPU 43, respectively.
  • the CPU 43 analyzes the Fourier image by executing the program, and obtains a region that is highly sensitive to the pattern change in the Fourier image captured by the two-dimensional image sensor 33.
  • the input interface 42 has a connector for connecting a recording medium (not shown) and a connection terminal for connecting to an external computer (not shown), and reads data from the recording medium or the computer. Do.
  • step S101 the pixel correspondence table is created by removing the polarizer 17 of the illumination optical system 10 and the analyzer 21 of the detection optical system 20 from the optical axis.
  • step S102 the disk member 63 is positioned so that the inspection point (any one of the pinholes 63a1 to 63a17) is at the center of the visual field.
  • step S ⁇ b> 103 the wafer W having no pattern is moved below the objective lens 6 (observation position) by the wafer stage 5.
  • the light source 11 of the illumination optical system 10 is turned on.
  • the illumination light emitted from the light source 11 passes through the aperture stop 14 and the field stop 15 via the condenser lens 12 and the illuminance equalizing unit 13, and is converted into parallel light by the collimator lens 16 to be half mirror 7.
  • the wafer W is irradiated through the objective lens 6.
  • the reflected light from the wafer W passes through the objective lens 6 and the half mirror 7 and enters the detection optical system 20, and the light incident on the detection optical system 20 includes the lens 22, the half prism 23, the belt run lens 24, Then, a Fourier image is projected on the DMD element 31 of the imaging unit 30 through the disk member 63.
  • step S105 only one pixel (micromirror) of the DMD element 31 is turned on, and the other pixels (micromirror) are turned off. Then, the light from the detection optical system 20 reflected by the pixels in the ON state is guided to the imaging surface of the two-dimensional imaging element 33 through the lens 32.
  • the image is picked up by the two-dimensional image pickup device 33, the light reflected by the ON-state pixel (micromirror) is detected, and the light reflected by the CPU 43 on the ON-state pixel on the imaging surface (two-dimensional)
  • the pixel position at the image sensor 33) is calculated and obtained.
  • the CPU 43 determines the relationship between the pixel position of the two-dimensional imaging element 33 obtained in step S105 and the pixel position (micromirror position) of the DMD element 31 at that time, corresponding to the pixel of the recording unit 41. Register in the table.
  • step S108 the CPU 43 determines whether all the pixels of the DMD element 31 have been measured. If the determination is Yes, the creation of the pixel correspondence table is terminated, and if the determination is No, the process proceeds to step S109.
  • step S109 the pixel (micromirror) for turning on the DMD element 31 is changed to a pixel that has not been measured, and the process returns to step S106.
  • the relationship between the pixel of the two-dimensional image sensor 33 and the pixel of the DMD element 31 can be registered in the pixel correspondence table.
  • step S201 the polarizer 17 of the illumination optical system 10 and the analyzer 21 of the detection optical system 20 are inserted on the optical axis so as to be in a crossed Nicols state.
  • step S202 the disk member 63 is positioned so that the inspection point (any one of the pinholes 63a1 to 63a17) is at the center of the visual field.
  • next step S203 all the pixels (micromirrors) of the DMD element 31 are turned on so that all the light from the wafer W is reflected toward the two-dimensional image sensor 33.
  • the next step S204 the light source 11 of the illumination optical system 10 is turned on.
  • the wafer W on which the repeated pattern is formed is placed on the wafer stage 5, and the pattern to be measured (a part of one shot) on the wafer W is moved below the objective lens 6 by the wafer stage 5. .
  • a wafer W on which a plurality of patterns having the same shape with different exposure conditions (dose and focus) are used is used.
  • the illumination light emitted from the light source 11 passes through the aperture stop 14 and the field stop 15 via the condenser lens 12 and the illuminance uniformizing unit 13, and is converted into parallel light by the collimator lens 16 and then the polarizer 17.
  • the wafer W After being reflected by the half mirror 7, the wafer W is irradiated through the objective lens 6.
  • the reflected light from the wafer W passes through the objective lens 6 and the half mirror 7 and enters the detection optical system 20, and the light incident on the detection optical system 20 includes the analyzer 21, the lens 22, the half prism 23,
  • a Fourier image is projected on the DMD element 31 of the imaging unit 30 through the Bertrand lens 24 and the disk member 63.
  • the light reflected by the DMD element 31 passes through the lens 32 and a Fourier image is projected on the imaging surface of the two-dimensional imaging element 33.
  • a Fourier image is captured by the two-dimensional image sensor 33, and the captured Fourier image is recorded in the recording unit 41.
  • step S207 the CPU 43 determines whether all necessary patterns on the wafer W have been measured. If the determination is yes, the process proceeds to step S208. If the determination is no, the process returns to step S205, and a pattern (another shot) that has not been measured yet is moved below the objective lens 6 to perform imaging in step S206. . As a result, the recording unit 41 records color data of a plurality of Fourier images having different exposure conditions for the same shape pattern.
  • step S208 the CPU 43 generates brightness data (average value) of R (red), G (green), and B (blue) for each position of the Fourier image for each Fourier image.
  • the luminance data is obtained by dividing a Fourier image (for example, the Fourier image FI 1 in the first frame) into a plurality of divided regions P in a square lattice pattern at equal intervals in the horizontal and vertical directions. For each divided region P, an average of RGB luminance values is obtained for each color. This process is performed for each Fourier image. Thereby, for the Fourier images FI 1 to FI n from the first frame to the nth frame, luminance data indicating the gradation for each color component of R, G, B is generated for each divided region P of each Fourier image. Will be.
  • the CPU 43 converts the gradation difference data indicating the gradation difference between the Fourier images FI 1 to FI n in the same divided area into R, G , B for each color component.
  • an arbitrary divided region on the Fourier image FI is P m
  • luminance data of each color component in the divided region P m obtained in step S208.
  • the difference among the gradation values of luminance data corresponding to the divided area P m, R, G, and maximum and minimum values extracts the maximum and minimum values of each color component, extracted in B Calculate the value.
  • step S210 the CPU 43 determines the maximum value and the minimum value of the gradations among the divided areas of the Fourier image based on the gradation difference data (the difference value between the maximum value and the minimum value) obtained in step S209.
  • a color and a divided region having a maximum difference value from the value are obtained, the divided region is determined as a region having high sensitivity, and this is determined as a detection condition.
  • FIG. 13 to FIG. 15 are diagrams showing the distribution state of the gradation difference in each divided region of the Fourier image for each color component.
  • the upper left area of the gradation difference B shown in FIG. 15 is the area of maximum sensitivity. In this way, in order to detect a change in the line width and profile of the pattern with high sensitivity, it is determined which color of R, G, and B should be used and which divided region should be used in the Fourier image. Can do.
  • an unknown pattern change can be detected from an image captured by the two-dimensional image sensor 33.
  • the reflected light from the wafer W is weak, and the exposure time of the two-dimensional image sensor 33 becomes long, and the throughput may not increase.
  • step S301 the polarizer 17 of the illumination optical system 10 and the analyzer 21 of the detection optical system 20 are inserted on the optical axis.
  • step S302 the CPU 43 determines a pixel (micromirror) of the DMD element 31 to be turned on / off in order to guide the reflected light from the wafer W toward the detection elements 36a, 36b, 36c. Specifically, referring to the pixel correspondence table of the two-dimensional image sensor 33 and the DMD element 31 obtained in steps S101 to S109, a pixel region having high sensitivity on the two-dimensional image sensor 33 obtained in steps S201 to S210. The pixel of the DMD element 31 corresponding to (divided region) is obtained.
  • the CPU 43 turns off the pixels of the DMD element 31 corresponding to the high-sensitivity pixel area (divided area) obtained in step S302 and guides it toward the detection elements 36a, 36b, and 36c. In addition to setting, other pixels are turned on and set to be guided toward the two-dimensional image sensor 33.
  • step S304 the light source 11 of the illumination optical system 10 is turned on.
  • step S305 the disk member 63 is rotated at a constant speed by the motor 61.
  • step S 306 the wafer W to be inspected is placed on the wafer stage 5, and the pattern to be inspected (for one shot) on the wafer W is moved below the objective lens 6 by the wafer stage 5.
  • the illumination light emitted from the light source 11 passes through the aperture stop 14 and the field stop 15 via the condenser lens 12 and the illuminance uniformizing unit 13, and is converted into parallel light by the collimator lens 16 and then the polarizer 17.
  • the wafer W After being reflected by the half mirror 7, the wafer W is irradiated through the objective lens 6.
  • the reflected light from the wafer W passes through the objective lens 6 and the half mirror 7 and enters the detection optical system 20, and the light incident on the detection optical system 20 includes the analyzer 21, the lens 22, the half prism 23, It passes through the Bertrand lens 24 and the disk member 63 and reaches the DMD element 31 of the imaging unit 30.
  • the reflected light in the region sensitive to the pattern change of the wafer W is reflected by the OFF pixel (micromirror) in the DMD element 31 and passes through the lens 34, and the red light is reflected by the spectroscopic prism 35.
  • the first detection element 36a, the green light is guided to the second detection element 36b, and the blue light is guided to the third detection element 36c.
  • the scanning area C of the wafer W is sequentially scanned by any one of the first to seventeenth pinholes 63a1 to 63a17. Data relating to the two-dimensional scanning area C can be detected by the detection elements 36a, 36b, 36c at high speed.
  • the CPU 43 creates a data acquisition table and records it in the recording unit 41.
  • the data acquisition table is a table showing a correspondence relationship between the data acquisition position A (1, 1)... And the count value of the rotary encoder 62 (that is, the rotation angle of the disk member 63).
  • the data acquisition table is created by first counting the rotary encoder 62 when the disk member 63 rotates and the first pinhole 63a1 (see also FIG. 4) reaches the data acquisition position A (1, 1). Register the value in the data acquisition table. Next, the count value of the rotary encoder 62 when the first pinhole 63a1 reaches the data acquisition position A (2, 1) is registered in the data acquisition table. In this way, the count value of the rotary encoder 62 when the first pinhole 63a1 reaches the data acquisition positions A (1, 1) to A (17, 1) is registered in the data acquisition table. This completes registration of the data acquisition table for one scan.
  • the count value of the rotary encoder 62 when the second pinhole 63a2 reaches the data acquisition position A (1, 2) is registered in the data acquisition table.
  • the count value of the rotary encoder 62 when the second pinhole 63a2 reaches the data acquisition position A (2, 2) is registered in the data acquisition table. In this way, the count value of the rotary encoder 62 when the second pinhole 63a2 reaches the data acquisition positions A (1,2) to A (17,2) is registered in the data acquisition table.
  • FIG. 5 shows an example of a data acquisition table when an encoder having one round of 20000 pulses is used as the rotary encoder 62. Note that the interval between the data acquisition positions may be changed according to the resolution.
  • step S308 the CPU 43 uses the data acquisition table created in step S307 to determine whether data relating to the scanning area C has been acquired by each of the detection elements 36a, 36b, and 36c at all the data acquisition positions. To do. If the data has not been acquired, the process proceeds to step S309. If the data has been acquired, the process proceeds to step S311. Note that the order of data acquisition is as follows: data acquisition positions A (1,1) to A (17,1), A (1,2) to A (17,2),... A (1,17) to A ( 17 and 17) or may be performed randomly.
  • step S309 using the data acquisition table created in step S307, the CPU 43 determines whether or not the pinhole has reached a data acquisition position where data acquisition has not been completed by the rotation of the disk member 63. If not reached, the process returns to step S309, and if reached, the process proceeds to step S310.
  • step S310 the CPU 43 detects the reflected light with high sensitivity guided from the DMD element 31 by each of the detection elements 36a, 36b, and 36c at any of the data acquisition positions, and the brightness (level) of the reflected light from the detection signal. Measure).
  • a photodiode, an avalanche element, or the like for each of the detection elements 36a, 36b, 36c, a weak signal corresponding to the reflected light from the wafer W can be converted into an electrical signal (detection signal) at high speed.
  • the avalanche element has a sampling frequency of several kHz, and one sampling time is several ms.
  • the state (change) of the pattern on the wafer W can be detected at high speed. can do.
  • the blue light detected by the third detection element 36c is used.
  • the pixels (micromirrors) of the DMD element 31 are set so as to be guided toward the detection elements 36a, 36b, and 36c in the OFF state even though the positional accuracy is higher in the ON state.
  • the lens 34 a reduction lens, even if a deviation occurs in the reflection direction in the OFF state, it can be within the allowable range.
  • step S310 the process returns to step S308. As described above, if all the data has been acquired in step S308, the process proceeds to step S311.
  • step S311 the CPU 43 creates a two-dimensional luminance distribution (gradation distribution) as shown in FIG. 16 from the luminance data measured in step S310 and the data acquisition table.
  • FIG. 16 shows an example of the measurement result, and one piece of luminance data (in the case of this embodiment, a measured value of an area of ⁇ 10 ⁇ m on the surface of the wafer W) is described in one square.
  • the positional relationship between the squares in FIG. 16 is the data acquisition positions A (1,1) to A (17,1), A (1,2) to A (17,2),... A (1,17) in FIG. ) To A (17, 17).
  • the two-dimensional luminance distribution is displayed on the monitor 44, and the operator can visually check the measurement result (inspection result) to detect a change in the pattern on the wafer W (that is, a defect in the pattern). become.
  • the two-dimensional luminance distribution as a three-dimensional graph as shown in FIG.
  • the CPU 43 calculates an average value of luminance (gradation) from the measurement result of FIG. 16, and compares the calculated average value with a preset good product range. If the calculated average value is within the non-defective range, it is determined to be non-defective, and if it is outside the non-defective range, it is determined to be defective. Thereby, the quality of the pattern can be automatically determined. Note that, by changing the range of the data to be averaged, it is possible to obtain the effect of changing the visual field size on the wafer W.
  • a local defect can be found by calculating the maximum value or the minimum value instead of the average value of luminance and comparing it with a predetermined good product range.
  • pattern variations can be inspected.
  • the measured luminance data is used as it is, but the line width of the pattern is calculated from the measured luminance data by correlating with the measurement result of the pattern shape by SEM (scanning electron microscope). A similar pass / fail judgment can also be made using the calculated line width of the pattern (refer to equation (1) described later).
  • the scanning unit 60 that scans the range of the wafer W (that is, the scanning area C) corresponding to the pupil plane whose luminance is detected by the detection elements 36a, 36b, and 36c.
  • the pattern formed on the surface of the wafer W is inspected at high speed without moving the wafer stage 5 in the two-dimensional inspection area at the same high sensitivity as a SEM (scanning electron microscope). It becomes possible to do.
  • the scanning unit 60 is configured to scan the scanning area C by using a motor 61 to move a pinhole (hole) formed in the disc member 63 that is a field stop. In this way, it is possible to perform inspection at high speed with a simple configuration including the motor 61 and the disk member 63.
  • the motor 61 is used to rotate and move the plurality of pinholes 63a1 to 63a17 formed in the disk member 63, respectively, so that any one of the plurality of pinholes 63a1 to 63a17 is sequentially operated.
  • the scanning area C is scanned. In this way, since the scanning area C is scanned using the rotational movement by the disk member 63, the size of the scanning unit 60 can be reduced.
  • each of the detection elements 36a, 36b, and 36c detects the luminance of the portion of the pupil surface (Fourier image) where the luminance greatly changes in accordance with the change in the surface state of the wafer W (pattern change).
  • a highly sensitive inspection can be performed.
  • the two-dimensional image sensor 33 and the detection elements 36a, 36b, and 36c detect so-called polarization components of light from the wafer W that are substantially orthogonal to the polarization direction of illumination light that is linearly polarized light. It becomes a crossed Nicol state, and a highly sensitive inspection using structural birefringence becomes possible.
  • the polarization directions of the polarizer 17 and the analyzer 21 are not limited to 90 ° (in a crossed Nicol state), but may be finely adjusted according to the rotation of elliptically polarized light due to structural birefringence generated in the pattern to be inspected. Good.
  • the size of the apparatus can be reduced by illuminating the surface of the wafer W with epi-illumination.
  • each of the pinholes 63a1 to 63a17 is a diameter of 1 mm.
  • the present invention is not limited to this, and the size may be a diameter of 0.5 mm.
  • 34 pin holes 63b1 to 63b34 are formed in the disc member 63 '.
  • the pinholes 63b1 to 63b34 are arranged at different radial positions and circumferential positions on the disk member 63 ′, respectively, as in the above-described embodiment, and the first to 34th pinholes 63a1 to 63a1 are arranged. Any one pinhole of 63a34 is located within the optical field of view of the detection optical system 20.
  • the detection range (field of view) on the surface of the wafer W becomes a diameter ⁇ 5 ⁇ m, and the resolution can be changed.
  • the disk member 63 ' is rotated by the motor 61, the first to thirty-fourth pinholes 63a1 to 63a34 are respectively in the scanning area C, as shown in FIG. ) To B (34,1), B (1,2) to B (34,2),... B (1,34) to B (34,34).
  • the scanning unit 60 includes the motor 61 and the disk member 63, but is not limited thereto.
  • a modification of the scanning unit will be described with reference to FIGS.
  • the scanning unit 160 according to the modification includes a rectangular plate-shaped field stop plate 163, a linear drive unit 161 that linearly moves the field stop plate 163, and a linear that detects the position of the field stop plate 163. And an encoder 162.
  • the linear drive part 161 is comprised from the fixed part 161a and the movable part 161b.
  • the fixed part 161a is fixed to the apparatus (detection optical system 20), and drives the movable part 161b on a straight line.
  • a field stop plate 163 is attached to the movable portion 161b, and the field stop plate 163 is driven in a direction perpendicular to the optical axis of the detection optical system 20 by the linear drive unit 161.
  • the field stop plate 163 is formed in a rectangular plate shape having 17 pinholes 163a1 to 163a17 as shown in FIG.
  • the pinholes 163a1 to 163a17 are arranged on the field stop plate 163 so as to be obliquely arranged with respect to the linear movement direction of the field stop plate 163, and any one of the first to seventeenth pinholes 163a1 to 163a17 is arranged. Is positioned within the optical field of view of the detection optical system 20. Thereby, the detection range (field of view) on the surface of the wafer W is determined.
  • each pinhole 163a1 to 163a17 has a diameter of 1 mm, and when the objective lens 6 having a magnification of 100 times is used, the detection range (field of view) on the surface of the wafer W becomes a diameter of 10 ⁇ m.
  • the field stop plate 163 is linearly moved by the linear drive unit 161, the first pinhole 163a1 is positioned at the data acquisition position A (1, 1) in the uppermost row in the scanning area C, as in the above-described embodiment. 1), A (2,1),... A (17,1) are scanned (see FIG. 4).
  • the positions of the first to seventeenth pinholes 163a1 to 163a17 are shifted in the direction perpendicular to the linear movement direction of the field stop plate 163 so that the positions shifted by one scan in the scanning area C are sequentially scanned. Therefore, when the scanning by the first pinhole 163a1 is finished, the second pinhole 163a2 is shifted from the position scanned by the first pinhole 163a1 to the data acquisition position A (1,2), A (2, 2),... A (17, 2) is scanned. Thereafter, the data acquisition position shifted by one scan is similarly scanned, and the seventeenth pinhole 163a17 is the data acquisition position A (1, 17), A of the bottom row in the scanning area C. Scan (2, 17),... A (17, 17).
  • the field stop plate 163 is arranged at a conjugate position with the wafer W in the same manner as the disc member 63.
  • the field stop plate 163 is linearly moved by the linear drive unit 161
  • the wafers are sequentially turned by any one pinhole.
  • the two-dimensional data related to the scanning area C can be detected by the detection elements 36a, 36b, and 36c of the imaging unit 30.
  • a pattern with a sensitivity equivalent to that of an SEM (scanning electron microscope) can be obtained at high speed without moving the wafer stage 5 over a wide range of about 170 ⁇ m on one side. It is possible to measure changes in
  • the position of the field stop plate 163 (movable part 161b) is detected by the linear encoder 162, and if the count value of the linear encoder 162 is used, the above-described data acquisition table can be similarly created.
  • the setting is made so that the pixels of the DMD element 31 corresponding to the highly sensitive pixel area (divided area) obtained in step S302 are turned off and guided to the detection elements 36a, 36b, and 36c.
  • other pixels are turned on and set to be guided toward the two-dimensional image sensor 33, but the present invention is not limited to this.
  • a half prism 38 is arranged between the DMD element 31 and the lens 32, and a part of the light traveling from the DMD element 31 to the two-dimensional imaging element 33 is partly transmitted from the half prism 38 to the lens 34 and the spectral line. You may make it guide
  • step S303 the CPU 43 turns on the pixels of the DMD element 31 corresponding to the high-sensitivity pixel area (divided area) obtained in step S302, and turns on the two-dimensional imaging element 33 and the detection elements 36a, 36b, It is set so as to lead toward 36c, and other pixels are set in an OFF state so as not to be led toward each detection element 36a, 36b, 36c.
  • the pixel of the DMD element 31 can be turned on with higher positional accuracy, and the light from the wafer W can be guided to the detection elements 36a, 36b, and 36c.
  • the inspection apparatus 1 that performs defect inspection of the wafer W has been described as an example.
  • the substrate to be tested is not limited to the wafer W, and may be a liquid crystal glass substrate, for example.
  • a region having high sensitivity to a change in pattern is determined based on the gradation difference data (difference value between the maximum value and the minimum value of the gradation). It is not something that can be done. Therefore, a modified example of the method for determining a highly sensitive region will be described with reference to the flowchart shown in FIG. As in the case of the above-described embodiment, this method uses a wafer W on which a plurality of patterns having the same shape with different exposure conditions (dose and focus) are formed, and a Fourier image of each pattern and a line for each pattern. Based on the width data, a region having high sensitivity to the pattern change is determined.
  • the line width data corresponding to the above pattern is obtained by using a line width measuring instrument such as a scatterometer or a scanning electron microscope (SEM), and these line width data groups are input in advance. It is assumed that the data is input from the interface 42 and recorded in the recording unit 41. Further, the scanning unit 60 having the above-described disk member 63 is used as the scanning unit.
  • a line width measuring instrument such as a scatterometer or a scanning electron microscope (SEM)
  • SEM scanning electron microscope
  • step S251 the polarizer 17 of the illumination optical system 10 and the analyzer 21 of the detection optical system 20 are inserted on the optical axis.
  • step S252 the disk member 63 is positioned so that the inspection point (any one of the pinholes 63a1 to 63a17) is at the center of the visual field.
  • step S253 all the pixels (micromirrors) of the DMD element 31 are turned on so that all the light from the wafer W is reflected toward the two-dimensional imaging element 33.
  • step S254 the light source 11 of the illumination optical system 10 is turned on.
  • next step S255 a wafer W on which a plurality of patterns having the same shape with different exposure conditions (dose and focus) are formed is placed on the wafer stage 5, and a pattern to be measured on the wafer W (a part of one shot). Is moved below the objective lens 6 by the wafer stage 5.
  • next step S256 a Fourier image is captured by the two-dimensional image sensor 33, and the captured Fourier image is recorded in the recording unit 41.
  • step S257 the CPU 43 determines whether or not all the patterns on the wafer W have been measured. If the determination is yes, the process proceeds to step S258, and if the determination is no, the process returns to step S255, and a pattern (another shot) that has not been measured yet is moved below the objective lens 6 to perform imaging in step S256. .
  • step S258 as in the case of the above-described embodiment, the CPU 43, for each Fourier image, luminance data (average value) of R (red), G (green), and B (blue) for each divided region of the Fourier image. Are generated respectively.
  • step S259 attention is paid to the same divided area, and the CPU 43 calculates an approximate expression indicating the rate of change between the gradation value and the line width of the pattern in the same divided area of each of the Fourier images FI 1 to FI n. , G, and B for each color component.
  • an arbitrary divided region on the Fourier image FI is P m
  • line width data of a pattern corresponding to each Fourier image FI 1 to FI n is read from the recording unit 41.
  • luminance data of each color component in the divided region P m (obtained in step S258) is extracted.
  • the correspondence between the line width of the pattern and the gradation value of the luminance data in the divided area P m is obtained.
  • the line width of the pattern corresponding to each of the Fourier images FI 1 to FI n is set to y
  • the gradation value of B (or R or G) in the divided region P m is set to x
  • the inclination is set to a
  • y the approximate expression is expressed by the following expression (1).
  • the absolute value of the coefficient a corresponds to the reciprocal of the gradation change with respect to the change in the line width of the pattern (that is, the reciprocal of the detection sensitivity with respect to the change in the pattern). That is, when the absolute value of the coefficient a is small, the gradation change of the Fourier image is large even if the difference in line width is the same, so that the detection sensitivity to the change of the pattern is higher.
  • step S260 the CPU 43 obtains a correlation error between the approximate expression obtained in step S259 and the line width of the pattern for each color component of R, G, and B in each divided region on the Fourier image. Specifically, deviation data between the line width of the pattern corresponding to each of the Fourier images FI 1 to FI n and the line width of the pattern calculated using the approximate expression are used as R, G, and B color components. The standard deviation is calculated for each color component of each divided region from the calculated deviation data, and the value is used as the correlation error.
  • step S261 based on the coefficient a obtained in step S259 and the correlation error obtained in step S260, the CPU 43 has a small absolute value of the coefficient a in the Fourier image divided region and a sufficient correlation error.
  • a small divided area is obtained, the divided area is determined as a highly sensitive area, and this is determined as a detection condition. Specifically, for example, each divided region is scored according to the small absolute value of the coefficient a and the small correlation error, and a highly sensitive divided region is selected based on the scoring result. decide. Even in this case, in order to detect a change in the line width or profile of the pattern with high sensitivity, it is necessary to determine which color of R, G, and B should be used and which divided region should be used in the Fourier image. Can do.
  • the DMD element 31 is used to switch the reflection angle between the ON state and the OFF state.
  • an optical spatial modulator such as an SLM (Space Light Modulator) is used.
  • sample light for R (red), G (green), and B (blue) can be extracted separately.
  • an optimum detection position is obtained, and by sampling with the micromirror placed at the optimum detection position, information equivalent to that using the DMD element 31 or the like can be obtained. It can also be obtained.

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Abstract

　本発明に係る検査装置（１）は、ウェハ（Ｗ）の表面に照明光を照射する照明光学系（１０）と、照明光が照射されたウェハ（Ｗ）の表面を拡大観察するための検出光学系（２０）と、検出光学系（２０）におけるウェハ（Ｗ）からの反射光の瞳面での輝度を検出する検出素子（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）と、検出素子（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ）により検出された輝度に基づいてウェハ（Ｗ）の表面を検査するＣＰＵ（４３）と、輝度が検出される瞳面に対応したウェハ（Ｗ）の範囲を走査する走査部（６０）とを備えて構成される。

Description

検査装置
　本発明は、半導体素子や液晶表示素子等の製造過程において、被検基板の表面に形成されたパターンの状態を検出する検査装置に関する。
　従来、半導体ウェハや液晶ガラス基板等の被検基板の表面に形成されたパターンから発生する反射光を利用して、基板表面のムラや傷等の欠陥を検査する装置が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特に、近年では半導体プロセスの微細化に伴って、被検基板の欠陥管理にもより高い精度が求められている。
　例えば、被検基板のパターン幅の測定をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で行った場合、測定精度は高いが、観察倍率が高く何点かをサンプリングして測定を行うため、測定に膨大な時間がかかってしまう。そこで、光源から射出された所定波長の光を偏光子および対物レンズを介して落射照明により被検基板の表面に照射し、当該照明による被検基板からの反射光を、対物レンズおよび、偏光子とクロスニコルの条件を満足する検光子を介して得た画像を用いて評価する方法が提案されている。
特開２０００－１５５０９９号公報
　しかしながら、このような方法を用いた場合でも、観察倍率が比較的高いため、被検基板の全体を検査するために観察範囲を移動させる必要がある。このような場合、被検基板を保持するステージを動かして観察範囲を移動させるのが一般的であるが、ステージを動かすのに比較的時間がかかるため、検査時間が増えてしまう。
　本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、高い感度で高速に検査を行うことが可能な検査装置を提供することを目的とする。
　このような目的達成のため、本発明に係る検査装置は、被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、前記照明光が照射された前記被検基板の表面を拡大観察するための観察光学系と、前記観察光学系における前記被検基板からの反射光の瞳面での輝度を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記輝度に基づいて前記被検基板の表面を検査する検査部と、前記輝度が検出される前記瞳面に対応した前記被検基板の範囲を走査する走査部とを備えて構成される。
　なお、上述の発明において、前記走査部は、視野絞りである光学的開口部を有した板状部材と、前記光学的開口部を駆動する駆動部とを有し、前記駆動部を用いて前記光学的開口部を前記範囲で走査するように構成されることが好ましい。
　さらに、上述の発明において、前記板状部材が円板状に形成されるとともに、前記光学的開口部である複数の孔部が前記板状部材において互いに異なる径方向および周方向位置にそれぞれ形成され、前記駆動部が前記板状部材の回転対象軸を中心軸として前記板状部材を回転駆動するように構成されており、前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ回転移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査することが好ましい。
　さらに、上述の発明において、前記駆動部が前記板状部材を直線移動させるとともに、前記光学的開口部である複数の孔部がそれぞれ前記板状部材において前記直線移動方向に対し斜めに並ぶように形成され、前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ直線移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査するようにしてもよい。
　また、上述の発明において、前記検出部は、前記瞳面において、前記被検基板の表面状態の変化に応じ輝度が大きく変化する部分の輝度を検出することが好ましい。
　また、上述の発明において、前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、前記検出部は、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を検出することが好ましい。
　また、上述の発明において、前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することが好ましい。
　本発明によれば、高い感度で高速に検査を行うことが可能になる。
本発明に係る検査装置の概要図である。 ウェハへの照明光の入射角度と瞳内での結像位置との関係を示す説明図である。 円板部材の平面図である。 走査エリアとデータ取得位置を示す図である。 データ取得テーブルを示す図である。 円板部材の変形例を示す平面図である。 走査エリアとデータ取得位置の変形例を示す図である。 ２次元撮像素子とＤＭＤ素子との画素対応テーブルの作成方法を示すフローチャートである。 パターンの変化に対して感度の高い領域の決定方法を示すフローチャートである。 高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法を示すフローチャートである。 フーリエ画像を領域分割した状態の一例を示す図である。 輝度データの抽出状態を示す模式図である。 フーリエ画像におけるＲの階調差の分布状態を示す図である。 フーリエ画像におけるＧの階調差の分布状態を示す図である。 フーリエ画像におけるＢの階調差の分布状態を示す図である。 検査結果の表示例を示す図である。 検査結果の他の表示例を示す図である。 検査装置の変形例を示す概要図である。 視野絞り部材の平面図である。 検査装置の第２の変形例を示す概要図である。 感度の高い領域の決定方法の変形例を示すフローチャートである。
　以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明に係る検査装置を図１に示している。本実施形態の検査装置１は、図１に示すように、ウェハステージ５と、対物レンズ６と、ハーフミラー７と、照明光学系１０と、検出光学系２０と、走査部６０と、撮像部３０と、制御ユニット４０とを主体に構成される。
　ウェハステージ５には、パターン（繰り返しパターン）の形成面を上にした状態で被検基板である半導体ウェハＷ（以下、ウェハＷと称する）が載置される。このウェハステージ５は、互いに直交するｘ，ｙ，ｚ軸の３方向へ移動可能に構成されている（なお、図１の上下方向をｚ軸方向とする）。これにより、ウェハステージ５は、ウェハＷをｘ，ｙ，ｚ軸方向へ移動可能に支持することができる。また、ウェハステージ５は、ｚ軸を中心に回転できるように構成されている。
　照明光学系１０は、図１の左側から右側へ向けて配置順に、光源１１（例えば、白色ＬＥＤやハロゲンランプ等）と、集光レンズ１２と、照度均一化ユニット１３と、開口絞り１４と、視野絞り１５と、コリメータレンズ１６と、着脱可能な偏光子１７（偏光フィルタ）とを有して構成される。
　ここで、照明光学系１０の光源１１から放出された光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５に導かれる。照度均一化ユニット１３は、照明光を散乱し、光量分布を均一化する。また、干渉フィルタを含めることもできる。開口絞り１４および視野絞り１５は、照明光学系１０の光軸に対して開口部の大きさおよび位置が変更可能に構成されている。したがって、照明光学系１０では、開口絞り１４および視野絞り１５を操作することによって、照明領域の大きさおよび位置の変更と、照明の開口角の調整とを行うことができる。そして、開口絞り１４および視野絞り１５を通過した光は、コリメータレンズ１６によって平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７に入射する。
　ハーフミラー７は、照明光学系１０からの光を下方に反射して対物レンズ６に導く。これにより、対物レンズ６を通過した照明光学系１０からの光でウェハＷが落射照明される。一方、ウェハＷに落射照明された光は、ウェハＷで反射して再び対物レンズ６に戻り、ハーフミラー７を透過して検出光学系２０に入射することができる。
　検出光学系２０は、図１の下側から上側に向けて配置順に、着脱可能な検光子２１（偏光フィルタ）と、レンズ２２と、ハーフプリズム２３と、ベルトランレンズ２４と、視野絞りとしての機能を有する円板部材６３とを有して構成される。検光子２１は、照明光学系１０の偏光子１７に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置されている。照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１とはクロスニコルの条件を満たすので、ウェハＷのパターンで偏光主軸が回転しない限り、検出光学系２０で検出される光量は零に近くなる。
　ハーフプリズム２３は入射光束を二方向に分岐させる。ハーフプリズム２３を通過する一方の光束は、ベルトランレンズ２４を介して視野絞りとしての機能を有する円板部材６３にウェハＷの像を結像させるとともに、対物レンズ６の瞳面の像（輝度分布）を撮像部３０のＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）素子３１に投影させる。撮像部３０の２次元撮像素子３３はＤＭＤ素子３１と共役であるため、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面上の輝度分布が再現されて、２次元撮像素子３３によりフーリエ変換されたウェハＷの画像（以下、フーリエ画像と称する）を撮像することが可能である。なお、ベルトランレンズ（Bertrand lens）は、一般に、対物レンズの後部焦点面の像を接眼レンズの焦点面に結ばせる収束レンズをいうが、顕微鏡等の光学系は一般に像側がテレセントリックな状態であり、対物レンズの後部焦点面が瞳面となるため、本実施形態において、２次元撮像素子３３の撮像面に対物レンズ６の瞳面の像を結像させるレンズ２４をベルトランレンズ２４と称することにする。
　また、ハーフプリズム２３を通過する他方の光束は、フーリエ変換されていない通常のウェハＷの画像を撮像するための第２の撮像部５０に導かれる。第２の撮像部５０に撮像されたウェハＷの画像をモニタ４４に表示することで、オペレータがウェハＷの表面を目視で拡大観察することが可能になる。
　ここで、本実施形態の欠陥検査でフーリエ画像（すなわち、対物レンズ６の瞳面の像）を撮像するのは以下の理由による。欠陥検査においてウェハＷのパターンをそのまま撮像した画像を用いると、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときには、パターンの欠陥を光学的に検出できなくなる。一方、フーリエ画像では、ウェハＷのパターンに欠陥があると反射光の対称性が崩れ、構造性複屈折によりフーリエ画像の光軸に対して直交する部分同士の輝度や色などに変化が生じる。そのため、パターンのピッチが検査装置の分解能以下のときでも、フーリエ画像における上記の変化を検出することでパターンの欠陥（変化）検出が可能になる。
　さらに、図２を参照しつつ、ウェハＷへの照明光の入射角度と瞳面内での結像位置との関係を説明する。図２の破線で示すように、ウェハＷへの照明光の入射角度が０°のときには、瞳上の結像位置は瞳中心となる。一方、図２の実線で示すように、入射角度が６４°（ＮＡ＝０．９相当）のときには、瞳上の結像位置は瞳の外縁部となる。すなわち、ウェハＷへの照明光の入射角度は、瞳上では瞳内の半径方向の位置に対応する。また、瞳内の光軸から同一半径内の位置に結像する光は、ウェハＷに同一角度で入射した光である。
　走査部６０は、図１に示すように、前述の円板部材６３と、円板部材６３を回転駆動するモータ６１と、円板部材６３の回転角を検出するロータリーエンコーダ６２とを有して構成される。モータ６１は、円板部材６３の回転対称軸を中心軸として、円板部材６３を検出光学系２０の光軸に対して垂直方向の面内で回転駆動する。
　円板部材６３は、図３に示すように、１７個のピンホール６３ａ１～６３ａ１７を有する円板状に形成される。各ピンホール６３ａ１～６３ａ１７は、円板部材６３において互いに異なる径方向位置および周方向位置にそれぞれ配置され、第１～第１７のピンホール６３ａ１～６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールが検出光学系２０の光学視野範囲内に位置するようになっている。これにより、ウェハＷの表面上における検出範囲（視野）が決定される。なお、本実施形態において、各ピンホール６３ａ１～６３ａ１７は、円板部材６３の周方向に等ピッチ間隔で配置されるとともに、一端に位置する第１のピンホール６３ａ１から他端に位置する第１７のピンホール６３ａ１７へ向かうにつれて、その径方向位置が等ピッチ間隔で円板部材６３の中心（回転対称軸）の方へずれるようになっている。
　また、各ピンホール６３ａ１～６３ａ１７は直径φ１ｍｍであり、倍率が１００倍の対物レンズ６を使用した場合、ウェハＷの表面における検出範囲（視野）は直径φ１０μｍとなる。このように、各ピンホール６３ａ１～６３ａ１７の形状は円形（もしくは矩形）が好ましい。図４に示す光学視野Ｄは、ウェハＷの表面上における検出光学系２０の光学的な視野を示しており、本実施形態においては直径φ２５０μｍである。また、光学視野Ｄの内側に位置する走査エリアＣは、検査データを取得するための正方形のエリアであり、１辺は約１７０μｍである。
　モータ６１により円板部材６３を回転させると、第１のピンホール６３ａ１は、走査エリアＣにおける一番上の列のデータ取得位置Ａ（１，１）、Ａ（２，１）、…Ａ（１７，１）を走査する。第１～第１７のピンホール６３ａ１～６３ａ１７はそれぞれ、走査エリアＣにおいて１走査分ずれた位置を順に走査するように、円板部材６３において径方向位置をずらしてある。そのため、第１のピンホール６３ａ１による走査が終わると、第２のピンホール６３ａ２は、第１のピンホール６３ａ１が走査した位置から１走査分ずれた位置のデータ取得位置Ａ（１，２）、Ａ（２，２）、…Ａ（１７，２）を走査する。そのため、複数のピンホールが同時に走査エリアＣ内に入ることはない。以下、同様にして１走査分ずれた位置のデータ取得位置を走査していき、第１７のピンホール６３ａ１７は、走査エリアＣにおける一番下の列のデータ取得位置Ａ（１，１７）、Ａ（２，１７）、…Ａ（１７，１７）を走査する。
　円板部材６３はウェハＷと共役の位置にあるので、モータ６１により円板部材６３を回転させると、いずれか１つのピンホールにより順番にウェハＷの走査エリアＣを走査しながら、走査エリアＣに関するデータを撮像部３０の各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで検出することができる。このように、視野絞りであるピンホール６３ａ１～６３ａ１７を用いて走査することにより、本実施形態の場合は１辺が約１７０μｍの広い範囲を、ウェハステージ５を移動させることなく高速に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）と同等の感度でパターンの変化を測定することが可能になる。なお、円板部材６３の回転に伴って各ピンホール６３ａ１～６３ａ１７は回転するが、円板部材６３の半径に対して走査エリアＣは小さいため、各ピンホール６３ａ１～６３ａ１７による走査の軌跡は直線に近くなる。
　撮像部３０は、図１に示すように、ＤＭＤ（Digital　Micromirror　Device）素子３１と、レンズ３２と、２次元撮像素子３３と、反対側に設けられたレンズ３４と、分光プリズム３５と、３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃとを有して構成される。ＤＭＤ素子３１は、平面上に並ぶ複数の可動式マイクロミラー（図示せず）を有して構成される。ＤＭＤ素子３１のマイクロミラーは、電気駆動することにより、ＯＮ状態のときには検出光学系２０からの光が２次元撮像素子３３の方へ反射するように傾斜し、ＯＦＦ状態のときには検出光学系２０からの光が検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃ（分光プリズム３５）の方へ反射するように傾斜する。
　そのため、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３２（アオリ光学系）を通って２次元撮像素子３３の撮像面に導かれる。一方、ＯＦＦ状態のマイクロミラーで反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３４（アオリ光学系）を通って、分光プリズム３５でＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光に分光された後、それぞれ３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃに導かれる。なお、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで得られた光電信号は、不図示の配線によりＣＰＵ４３へ送られる。
　２次元撮像素子３３は、ベイヤ配列のカラーフィルタアレイを有するＣＣＤやＣＭＯＳ等であり、前述のフーリエ画像を撮像する。また、３つの検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、フォトダイオードやアバランシェ素子等の高感度な光検出素子であり、分光プリズム３５によって分光されたＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の光をそれぞれ検出する。
　制御ユニット４０は、フーリエ画像のデータを記録する記録部４１と、入力インターフェース４２と、各種の演算処理を実行するＣＰＵ４３と、モニタ４４および操作部４５とを有して構成され、検査装置１の統括的な制御を実行する。また、記録部４１、入力インターフェース４２、モニタ４４および操作部４５は、それぞれＣＰＵ４３と電気的に接続されている。ＣＰＵ４３は、プログラムの実行によってフーリエ画像を解析し、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中でパターンの変化に対して感度の高い領域を求める。また、入力インターフェース４２は、記録媒体（図示せず）を接続するコネクタや、外部のコンピュータ（図示せず）と接続するための接続端子を有しており、記録媒体またはコンピュータからデータの読み込みを行う。
　以上のように構成される検査装置１を用いてウェハＷを検査する方法について、図８～図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。まず、図８に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３とＤＭＤ素子３１との画素対応テーブルを作成する方法について説明する。画素対応テーブルの作成方法は、まず、ステップＳ１０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸から外す。次に、ステップＳ１０２において、検査点（いずれかのピンホール６３ａ１～６３ａ１７）が視野の中心になるように円板部材６３を位置決めする。次のステップＳ１０３において、パターンのないウェハＷをウェハステージ５により対物レンズ６の下方（観察位置）に移動させる。
　次のステップＳ１０４において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。このとき、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされてハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および円板部材６３を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１にフーリエ像が投影される。
　次のステップＳ１０５において、ＤＭＤ素子３１の１画素（マイクロミラー）だけＯＮ状態にし、それ以外の画素（マイクロミラー）はＯＦＦ状態にする。そうすると、ＯＮ状態の画素で反射した検出光学系２０からの光は、レンズ３２を通って２次元撮像素子３３の撮像面に導かれる。
　次のステップＳ１０６において、２次元撮像素子３３で撮像を行って、ＯＮ状態の画素（マイクロミラー）で反射した光を検出し、ＣＰＵ４３がＯＮ状態の画素で反射した光の撮像面上（２次元撮像素子３３）での画素位置を計算して求める。
　次のステップＳ１０７において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ１０５で求めた２次元撮像素子３３の画素位置と、そのときのＤＭＤ素子３１の画素位置（マイクロミラーの位置）との関係を、記録部４１の画素対応テーブルに登録する。
　次のステップＳ１０８において、ＣＰＵ４３は、ＤＭＤ素子３１の全ての画素について測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであれば、画素対応テーブルの作成を終了し、判定がＮｏであればステップＳ１０９へ進む。
　ステップＳ１０９では、ＤＭＤ素子３１のＯＮ状態にする画素（マイクロミラー）を未だ測定が済んでいない画素に変更し、ステップＳ１０６へ戻る。このようなシーケンスにより、２次元撮像素子３３の画素とＤＭＤ素子３１の画素との関係を画素対応テーブルに登録することができる。
　次に、図９に示すフローチャートを用いて、２次元撮像素子３３で撮像されるフーリエ画像の中で、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定する方法について説明する。感度の高い領域の決定方法は、まず、ステップＳ２０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１をクロスニコルの状態となるように光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２０２において、検査点（いずれかのピンホール６３ａ１～６３ａ１７）が視野の中心になるように円板部材６３を位置決めする。次のステップＳ２０３において、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）をＯＮ状態にして、ウェハＷからの光が全て２次元撮像素子３３の方へ反射するようにする。次のステップＳ２０４において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
　次のステップＳ２０５において、繰り返しパターンが形成されたウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショットの一部分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。このとき、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを使用する。
　そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および円板部材６３を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１にフーリエ像が投影される。このとき、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）がＯＮ状態であるので、ＤＭＤ素子３１で反射した光はレンズ３２を通り、２次元撮像素子３３の撮像面にフーリエ像が投影される。
　そこで、次のステップＳ２０６において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
　次のステップＳ２０７において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の必要な全てのパターンについて測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ２０８へ進み、判定がＮｏであればステップＳ２０５へ戻り、未だ測定が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ２０６の撮像を行う。これにより、記録部４１には、同一形状のパターンについて露光条件が異なる複数のフーリエ画像のカラーデータが記録されることになる。
　ステップＳ２０８では、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像について、フーリエ画像の各位置ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。輝度データの求め方は、まず、図１１に示すように、フーリエ画像（例えば１フレーム目のフーリエ画像ＦＩ1）を縦横等間隔に正方格子状の複数の分割領域Ｐに分割し、フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、ＲＧＢの輝度値の平均をそれぞれの色別に求める。そして、この工程を各々のフーリエ画像について行う。これにより、１フレーム目からｎフレーム目までのフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnについて、各フーリエ画像の分割領域Ｐごとに、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの階調を示す輝度データがそれぞれ生成されることになる。
　次のステップＳ２０９において、図１２に示すように同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、同じ分割領域におけるフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩn間での階調差を示す階調差データを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成する。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ２０８で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、分割領域Ｐｍに対応する輝度データの階調値のうちで、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとの最大値と最小値とを抽出し、抽出した最大値と最小値との差分値を算出する。そして、これらの工程を全ての分割領域について行う。これにより、フーリエ画像の全ての分割領域について、分割領域Ｐｍにおけるフーリエ画像間での階調差を示す階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）が、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに生成されることになる。
　そして、ステップＳ２１０において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２０９で求めた階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、階調の最大値と最小値との差分値が最大となる色と分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。図１３～図１５は、フーリエ画像の各分割領域における階調差の分布状態を色成分ごとに示した図である。図１３～図１５の例において、図１５に示すＢの階調差の左上の領域が最大感度の領域となる。このようにすれば、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
　上述のようにして、未知のパターンの変化を２次元撮像素子３３で撮像した画像より検出することが可能になる。ところが、ウェハＷからの反射光は微弱であり、２次元撮像素子３３の露光時間が長くなってしまいスループットが上がらない場合がある。
　そこで、図１０に示すフローチャートを用いて、高い感度で高速にパターンの変化を検出する方法について説明する。このパターンの検出方法は、まず、ステップＳ３０１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。
　次に、ステップＳ３０２において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷからの反射光を各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くためにＯＮ／ＯＦＦさせるＤＭＤ素子３１の画素（マイクロミラー）を決定する。具体的には、ステップＳ１０１～Ｓ１０９で求めた２次元撮像素子３３とＤＭＤ素子３１との画素対応テーブルを参照して、ステップＳ２０１～Ｓ２１０で求めた２次元撮像素子３３上で感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素を求める。
　次のステップＳ３０３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３の方へ導くように設定する。
　次のステップＳ３０４では、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。次に、ステップＳ３０５において、モータ６１により円板部材６３を一定速度で回転させる。次のステップＳ３０６において、検査するウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の検査するパターン（１ショット分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。
　そうすると、光源１１から放出された照明光は、集光レンズ１２および照度均一化ユニット１３を介して、開口絞り１４および視野絞り１５を通過し、コリメータレンズ１６で平行光にされた後に偏光子１７を通過してハーフミラー７で反射した後、対物レンズ６を通ってウェハＷに照射される。そして、ウェハＷからの反射光は、対物レンズ６およびハーフミラー７を通過して検出光学系２０に入射し、検出光学系２０に入射した光は、検光子２１、レンズ２２、ハーフプリズム２３、ベルトランレンズ２４、および円板部材６３を通過し、撮像部３０のＤＭＤ素子３１に達する。
　このとき、ウェハＷのパターン変化に対して感度の高い領域の反射光は、ＤＭＤ素子３１におけるＯＦＦ状態の画素（マイクロミラー）で反射してレンズ３４を通り、分光プリズム３５により、赤色の光は第１の検出素子３６ａ、緑色の光は第２の検出素子３６ｂ、青色の光は第３の検出素子３６ｃへ導かれる。またこのとき、走査部６０の円板部材６３を回転させることにより、第１～第１７のピンホール６３ａ１～６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールにより順番にウェハＷの走査エリアＣを走査しながら、２次元の走査エリアＣに関するデータを高速に各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで検出することができる。
　そこで、次のステップＳ３０７において、ＣＰＵ４３は、データ取得テーブルを作成して記録部４１に記録する。データ取得テーブルとは、前述のデータ取得位置Ａ（１，１）…とロータリーエンコーダ６２のカウント値（すなわち、円板部材６３の回転角）との対応関係を示す表である。
　データ取得テーブルの作成方法は、まず、円板部材６３が回転し、第１のピンホール６３ａ１（図４も参照）がデータ取得位置Ａ（１，１）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。次に、第１のピンホール６３ａ１がデータ取得位置Ａ（２，１）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。このようにして、第１のピンホール６３ａ１がデータ取得位置Ａ（１，１）～Ａ（１７，１）にそれぞれ到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。これにより１走査分のデータ取得テーブルの登録が済んだことになる。
　続いて、第２のピンホール６３ａ２がデータ取得位置Ａ（１，２）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。次に、第２のピンホール６３ａ２がデータ取得位置Ａ（２，２）に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。このようにして、第２のピンホール６３ａ２がデータ取得位置Ａ（１，２）～Ａ（１７，２）にそれぞれ到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。
　以下同様にして、全てのピンホール６３ａ１～６３ａ１７についてそれぞれ、データ取得位置に到達したときのロータリーエンコーダ６２のカウント値をデータ取得テーブルに登録する。これにより、データ取得テーブルが完成する。図５に、ロータリーエンコーダ６２として１周２００００パルスのエンコーダを使用したときのデータ取得テーブルの例を示す。なお、データ取得位置の間隔は、分解能により変えてもよい。
　次のステップＳ３０８において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０７で作成したデータ取得テーブルを利用して、全てのデータ取得位置で走査エリアＣに関するデータを各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃにより取得したか否かを判定する。データの取得が済んでいない場合にはステップＳ３０９へ進み、データの取得が済んでいる場合にはステップＳ３１１へ進む。なお、データを取得する順番は、データ取得位置Ａ（１，１）～Ａ（１７，１）、Ａ（１，２）～Ａ（１７，２）、…Ａ（１，１７）～Ａ（１７，１７）の順番で行ってもよく、ランダムに行ってもよい。
　ステップＳ３０９では、ＣＰＵ４３が、ステップＳ３０７で作成したデータ取得テーブルを利用して、円板部材６３の回転により、ピンホールがデータ取得の済んでいないデータ取得位置に到達したか否かを判定する。到達していなければステップＳ３０９へ戻り、到達したらステップＳ３１０へ進む。
　ステップＳ３１０において、ＣＰＵ４３は、いずれかのデータ取得位置において、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃによりＤＭＤ素子３１から導かれた感度の高い反射光を検出し、その検出信号から反射光の輝度（階調）を測定する。このとき、前述したように、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃにフォトダイオードやアバランシェ素子等を使用することで、ウェハＷからの反射光に応じた微弱信号を高速に電気信号（検出信号）に変換することができ（例えば、ＣＣＤで１００ｍｓ程度なのに対し、アバランシェ素子では、サンプリング周波数が数ｋＨｚであり、１サンプリング時間は数ｍｓ程度）、ウェハＷ上のパターンの状態（変化）を高速に検出することができる。なお、図１３～図１５の例では、第３の検出素子３６ｃで検出した青色の光を用いることになる。また、ＤＭＤ素子３１の画素（マイクロミラー）は、ＯＮ状態の方が位置精度が高いのにもかかわらず、ＯＦＦ状態のときに各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定しているが、レンズ３４を縮小レンズにすることで、ＯＦＦ状態のときの反射方向にズレが生じても許容範囲内とすることができる。
　なお、検出した反射光の輝度データは記録部４１に記録され、記録部４１のデータ取得テーブルに、当該検出を行ったデータ取得位置においてデータ取得済みであることが登録される。そして、ステップＳ３１０の処理が終わるとステップＳ３０８へ戻る。前述したように、ステップＳ３０８において全てのデータの取得が済んでいる場合にはステップＳ３１１へ進む。
　そして、ステップＳ３１１において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３１０で測定した輝度データおよびデータ取得テーブルから、図１６に示すような２次元の輝度分布（階調の分布）を作成する。図１６は測定結果の一例であり、１つのマスに１つの輝度データ（本実施形態の場合、ウェハＷの表面におけるφ１０μｍのエリアの測定値）が記載される。図１６における各マスの位置関係は、図４のデータ取得位置Ａ（１，１）～Ａ（１７，１）、Ａ（１，２）～Ａ（１７，２）、…Ａ（１，１７）～Ａ（１７，１７）に対応する。
　また、２次元の輝度分布はモニタ４４に表示され、測定結果（検査結果）をオペレータが目視で確認することにより、ウェハＷ上のパターンの変化（すなわち、パターンの欠陥）を検出することが可能になる。また、２次元の輝度分布を図１７に示すような３次元のグラフとして表示することにより、パターンの変化を認識しやすくすることもできる。
　またこのとき、測定した輝度データからパターンの良否を自動的に判定することも可能である。パターンの自動判定方法について説明すると、ＣＰＵ４３は、まず、図１６の測定結果から輝度（階調）の平均値を算出し、算出した平均値と予め設定しておいた良品範囲とを比較する。そして、算出した平均値が良品範囲内であれば良品であると判定し、良品範囲外であれば不良であると判定する。これにより、パターンの良否を自動的に判定することができる。なお、平均するデータの範囲を変えることにより、あたかもウェハＷ上での視野サイズを変更した効果を得ることができる。また、輝度の平均値ではなく、最大値や最小値を算出して所定の良品範囲と比較することにより、局所的な欠陥を見つけることができる。さらに、標準偏差を算出するようにすれば、パターンのばらつきを検査することができる。また、上記自動判定方法において、測定した輝度データをそのまま使用したが、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）によるパターン形状の測定結果と相関をとることにより、測定した輝度データからパターンの線幅を算出し、算出したパターンの線幅を使用して同様の良否判定を行うこともできる（後述の（１）式を参照）。
　このように、本実施形態の検査装置によれば、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃにより輝度が検出される瞳面に対応したウェハＷの範囲（すなわち、走査エリアＣ）を走査する走査部６０を備えて構成されるため、２次元の検査エリアについてウェハステージ５を移動させることなく高速に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）と同等の高感度で、ウェハＷの表面に形成されたパターンを検査することが可能になる。
　なお、走査部６０は、モータ６１を用いて、視野絞りである円板部材６３に形成されたピンホール（孔部）を移動させることで、走査エリアＣを走査するように構成されている。このようにすれば、モータ６１および円板部材６３からなる簡便な構成で、高速に検査を行うことができる。
　またこのとき、モータ６１を用いて、円板部材６３に形成された複数のピンホール６３ａ１～６３ａ１７をそれぞれ回転移動させることで、複数のピンホール６３ａ１～６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールにより順番に、走査エリアＣを走査している。このようにすれば、円板部材６３による回転移動を利用して走査エリアＣの走査を行うため、走査部６０の大きさを小さくすることができる。
　また、前述のように、各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃは、瞳面（フーリエ画像）において、ウェハＷの表面状態の変化（パターンの変化）に応じ輝度が大きく変化する部分の輝度を検出することにより、感度の高い検査を行うことができる。
　また、２次元撮像素子３３および各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃが、ウェハＷからの光のうち直線偏光である照明光と偏光方向が略直交する偏光成分を検出するようにすることで、いわゆるクロスニコルの状態となって構造性複屈折を利用した感度の高い検査が可能になる。なお、偏光子１７と検光子２１の偏光方向は、９０°（クロスニコルの状態）に限らず、検査対象のパターンで発生する構造性複屈折による楕円偏光の回転に合わせて微調整してもよい。
　またこのとき、落射照明によりウェハＷの表面を照明することで、装置の大きさを小型にすることができる。
　なお、上述の実施形態において、各ピンホール６３ａ１～６３ａ１７の大きさを直径φ１ｍｍとしたが、これに限られるものではなく、大きさを直径φ０．５ｍｍとしてもよい。この場合、図６に示すように、円板部材６３′には、３４個のピンホール６３ｂ１～６３ｂ３４が形成される。そして、各ピンホール６３ｂ１～６３ｂ３４は、上述の実施形態の場合と同様に、円板部材６３′において互いに異なる径方向位置および周方向位置にそれぞれ配置され、第１～第３４のピンホール６３ａ１～６３ａ３４のうちいずれか１つのピンホールが検出光学系２０の光学視野範囲内に位置するようになっている。このようにすれば、倍率が１００倍の対物レンズ６を使用した場合、ウェハＷの表面における検出範囲（視野）は直径φ５μｍとなり、分解能を変更することができる。なおこのとき、モータ６１により円板部材６３′を回転させると、図７に示すように、第１～第３４のピンホール６３ａ１～６３ａ３４はそれぞれ、走査エリアＣにおいてデータ取得位置Ｂ（１，１）～Ｂ（３４，１）、Ｂ（１，２）～Ｂ（３４，２）、…Ｂ（１，３４）～Ｂ（３４，３４）の順番で走査を行う。
　また、上述の実施形態において、走査部６０は、モータ６１および円板部材６３を有して構成されているが、これに限られるものではない。そこで、走査部の変形例について図１８および図１９を参照しながら説明する。変形例に係る走査部１６０は、図１８に示すように、矩形板状の視野絞り板１６３と、視野絞り板１６３を直線移動させるリニア駆動部１６１と、視野絞り板１６３の位置を検出するリニアエンコーダ１６２とを有して構成される。
　リニア駆動部１６１は、固定部１６１ａと、可動部１６１ｂとから構成される。固定部１６１ａは装置（検出光学系２０）に固定され、可動部１６１ｂを直線上で駆動する。可動部１６１ｂに視野絞り板１６３が取り付けられ、視野絞り板１６３は、リニア駆動部１６１により検出光学系２０の光軸に対して垂直方向に駆動される。
　視野絞り板１６３は、図１９に示すように、１７個のピンホール１６３ａ１～１６３ａ１７を有する矩形板状に形成される。各ピンホール１６３ａ１～１６３ａ１７は、視野絞り板１６３において視野絞り板１６３の直線移動方向に対し斜めに並ぶように配置され、第１～第１７のピンホール１６３ａ１～１６３ａ１７のうちいずれか１つのピンホールが検出光学系２０の光学視野範囲内に位置するようになっている。これにより、ウェハＷの表面上における検出範囲（視野）が決定される。
　また、各ピンホール１６３ａ１～１６３ａ１７は直径φ１ｍｍであり、倍率が１００倍の対物レンズ６を使用した場合、ウェハＷの表面における検出範囲（視野）は直径φ１０μｍとなる。リニア駆動部１６１により視野絞り板１６３を直線移動させると、上述の実施形態の場合と同様に、第１のピンホール１６３ａ１は、走査エリアＣにおける一番上の列のデータ取得位置Ａ（１，１）、Ａ（２，１）、…Ａ（１７，１）を走査する（図４を参照）。第１～第１７のピンホール１６３ａ１～１６３ａ１７はそれぞれ、走査エリアＣにおいて１走査分ずれた位置を順に走査するように、視野絞り板１６３の直線移動方向と垂直な方向の位置をずらしてある。そのため、第１のピンホール１６３ａ１による走査が終わると、第２のピンホール１６３ａ２は、第１のピンホール１６３ａ１が走査した位置から１走査分ずれた位置のデータ取得位置Ａ（１，２）、Ａ（２，２）、…Ａ（１７，２）を走査する。以下、同様にして１走査分ずれた位置のデータ取得位置を走査していき、第１７のピンホール１６３ａ１７は、走査エリアＣにおける一番下の列のデータ取得位置Ａ（１，１７）、Ａ（２，１７）、…Ａ（１７，１７）を走査する。
　そして、視野絞り板１６３は、円板部材６３と同様にウェハＷと共役の位置に配置され、リニア駆動部１６１により視野絞り板１６３を直線移動させると、いずれか１つのピンホールにより順番にウェハＷの走査エリアＣを走査しながら、走査エリアＣに関する２次元のデータを撮像部３０の各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃで検出することができる。このようにしても、上述の実施形態の場合と同様に、１辺が約１７０μｍの広い範囲を、ウェハステージ５を移動させることなく高速に、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）と同等の感度でパターンの変化を測定することが可能になる。なお、視野絞り板１６３（可動部１６１ｂ）の位置はリニアエンコーダ１６２に検出され、リニアエンコーダ１６２のカウント値を用いれば、前述のデータ取得テーブルを同様に作成することが可能である。
　また、上述の実施形態において、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３の方へ導くように設定しているが、これに限られるものではない。例えば、図２０に示すように、ＤＭＤ素子３１とレンズ３２との間にハーフプリズム３８を配置し、ＤＭＤ素子３１から２次元撮像素子３３へ向かう光の一部をハーフプリズム３８からレンズ３４および分光プリズム３５を介して各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃへ導くようにしてもよい。この場合、ステップＳ３０３において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ３０２で求めた感度の高い画素領域（分割領域）に対応するＤＭＤ素子３１の画素をＯＮ状態にして２次元撮像素子３３および各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くように設定するとともに、他の画素をＯＦＦ状態にして各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導かないように設定する。これにより、ＤＭＤ素子３１の画素をより位置精度の高いＯＮ状態にしてウェハＷからの光を各検出素子３６ａ，３６ｂ，３６ｃの方へ導くことができる。
　また、上述の実施形態において、ウェハＷの欠陥検査を行う検査装置１を例に説明を行ったが、被検基板はウェハＷに限られず、例えば液晶ガラス基板であっても構わない。
　また、上述の実施形態において、階調差データ（階調の最大値と最小値との差分値）に基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定しているが、これに限られるものではない。そこで、図２１に示すフローチャートを用いて、感度の高い領域の決定方法の変形例について説明する。この方法は、上述の実施形態の場合と同様に、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷを用いて、各々のパターンのフーリエ画像とパターン毎の線幅のデータとに基づいて、パターンの変化に対して感度の高い領域を決定するものである。なお、上記のパターンに対応する線幅のデータは、例えば、スキャトロメータや走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の線幅測定器で測定したものを利用し、これら線幅のデータ群は予め入力インターフェース４２より入力して記録部４１に記録されているものとする。また、走査部として上述の円板部材６３を有した走査部６０を用いることにする。
　まず、前述の実施形態の場合と同様に、ステップＳ２５１において、照明光学系１０の偏光子１７と検出光学系２０の検光子２１を光軸上に挿入する。次に、ステップＳ２５２において、検査点（いずれかのピンホール６３ａ１～６３ａ１７）が視野の中心になるように円板部材６３を位置決めする。次のステップＳ２５３において、ＤＭＤ素子３１の全ての画素（マイクロミラー）をＯＮ状態にして、ウェハＷからの光が全て２次元撮像素子３３の方へ反射するようにする。次のステップＳ２５４において、照明光学系１０の光源１１を点灯させる。
　次のステップＳ２５５において、露光条件（ドーズおよびフォーカス）がそれぞれ異なる複数の同一形状のパターンを形成したウェハＷをウェハステージ５上に載置し、ウェハＷ上の測定するパターン（１ショットの一部分）をウェハステージ５により対物レンズ６の下方に移動させる。次のステップＳ２５６において、２次元撮像素子３３でフーリエ像を撮像し、撮像したフーリエ画像を記録部４１に記録する。
　次のステップＳ２５７において、ＣＰＵ４３は、ウェハＷ上の全てのパターンについて測定が済んだか否かを判定する。判定がＹｅｓであればステップＳ２５８へ進み、判定がＮｏであればステップＳ２５５へ戻り、未だ測定が済んでいないパターン（別のショット）を対物レンズ６の下方に移動させてステップＳ２５６の撮像を行う。
　ステップＳ２５８において、ＣＰＵ４３は、上述の実施形態の場合と同様に、各フーリエ画像について、フーリエ画像の分割領域ごとにＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の輝度データ（平均値）をそれぞれ生成する。
　さて、次のステップＳ２５９では、同じ分割領域に注目し、ＣＰＵ４３は、各フーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnの同じ分割領域における階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、フーリエ画像ＦＩ上の任意の分割領域をＰｍとすると、まず、各々のフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnに対応するパターンの線幅のデータを記録部４１から読み出す。またこのとき、各々のフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnについて、分割領域Ｐｍでの各色成分の輝度データ（ステップＳ２５８で求めたもの）をそれぞれ抽出する。次に、各々のフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnごとに、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの輝度データの階調値との対応関係を求める。
　続いて、パターンの線幅と分割領域Ｐｍでの階調値との対応関係に基づいて、最小二乗法により分割領域Ｐｍでの階調値とパターンの線幅との変化率を示す近似式を求める。ここで、各々のフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnに対応するパターンの線幅をｙとし、分割領域ＰｍでのＢ（あるいはＲもしくはＧ）の階調値をｘとし、傾きをａとし、ｙ切片をｂとすると、近似式は次の（１）式で表わされる。
　ｙ＝ａｘ+ｂ　　　…（１）
　なお、係数ａの絶対値は、パターンの線幅の変化に対する階調変化の逆数（すなわち、パターンの変化に対する検出感度の逆数）に相当する。すなわち、上記の係数ａの絶対値が小さくなると、線幅の差が同じでもフーリエ画像の階調変化が大きくなるので、パターンの変化に対する検出感度がより高くなる。そして、これらの工程を全ての分割領域について、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに行う。
　次に、ステップＳ２６０において、ＣＰＵ４３は、フーリエ画像上の各分割領域において、ステップＳ２５９で得た近似式とパターンの線幅との相関誤差をＲ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに求める。具体的には、各々のフーリエ画像ＦＩ1～ＦＩnに対応するパターンの線幅と、近似式を用いて算出されるパターンの線幅との偏差のデータを、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分ごとに算出し、算出した偏差のデータから各分割領域の色成分ごとに標準偏差を算出し、その値を相関誤差とする。
　そして、ステップＳ２６１において、ＣＰＵ４３は、ステップＳ２５９で求めた係数ａと、ステップＳ２６０で求めた相関誤差とに基づいて、フーリエ画像の分割領域うち、係数ａの絶対値が小さく、かつ相関誤差が十分に小さい分割領域を求め、当該分割領域を感度の高い領域と決定し、そこを検出条件に決める。具体的には、例えば、係数ａの絶対値の小ささと、相関誤差の小ささとに応じて各々の分割領域のスコアリングを行い、このスコアリングの結果に基づいて感度の高い分割領域を決定する。このようにしても、パターンの線幅やプロファイルの変化を感度よく検出するために、Ｒ、Ｇ、Ｂのどの色を使い、フーリエ画像の中でどの分割領域を使用すればよいか決定することができる。
　なお、上述の実施形態において、ＤＭＤ素子３１を用いて反射角度をＯＮ状態とＯＦＦ状態とで切り替えたが、これに限られるものではなく、ＳＬＭ（Space Light Modulator）等の光空間変調器を用いれば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）用のサンプル光をそれぞれ別々に取り出すことができる。また、固定的なマイクロミラーを走査することで最適な検出位置を求め、その最適な検出位置にマイクロミラーを配置した状態でサンプリングすることで、ＤＭＤ素子３１等を用いたのと同等の情報を得ることもできる。
　　Ｗ　ウェハ（被検基板）
　　１　検査装置
　１０　照明光学系（照明部）　　　　　　　１７　偏光子
　２０　検出光学系（観察光学系）　　　　　２１　検光子
　３０　撮像部
　３６ａ　第１の検出素子（検出部）
　３６ｂ　第２の検出素子（検出部）
　３６ｃ　第３の検出素子（検出部）
　４０　制御ユニット　　　　　　　　　　　４３　ＣＰＵ（検査部）
　６０　走査部
　６１　モータ（駆動部）
　６３　円板部材（板状部材）　　　　　　　６３　円板部材（変形例）
　６３ａ１～６３ａ１７　ピンホール（孔部）
　６３ｂ１～６３ｂ３４　ピンホール（変形例）
１６０　走査部（変形例）
１６１　リニア駆動部（１６１ａ　固定部，１６１ｂ　可動部）
１６３　視野絞り部材（板状部材）

Claims (7)

  1. 　被検基板の表面に照明光を照射する照明部と、
    　前記照明光が照射された前記被検基板の表面を拡大観察するための観察光学系と、
    　前記観察光学系における前記被検基板からの反射光の瞳面での輝度を検出する検出部と、
    　前記検出部により検出された前記輝度に基づいて前記被検基板の表面を検査する検査部と、
    　前記輝度が検出される前記瞳面に対応した前記被検基板の範囲を走査する走査部とを備えて構成されることを特徴とする検査装置。
  2. 　前記走査部は、視野絞りである光学的開口部を有した板状部材と、前記光学的開口部を駆動する駆動部とを有し、
    　前記駆動部を用いて前記光学的開口部を前記範囲で走査するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
  3. 　前記板状部材が円板状に形成されるとともに、前記光学的開口部である複数の孔部が前記板状部材において互いに異なる径方向および周方向位置にそれぞれ形成され、
    　前記駆動部が前記板状部材の回転対象軸を中心軸として前記板状部材を回転駆動するように構成されており、
    　前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ回転移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
  4. 　前記駆動部が前記板状部材を直線移動させるとともに、
    　前記光学的開口部である複数の孔部がそれぞれ前記板状部材において前記直線移動方向に対し斜めに並ぶように形成され、
    　前記駆動部を用いて前記板状部材に形成された前記複数の孔部をそれぞれ直線移動させることで、前記複数の孔部のうちいずれか１つの孔部により順番に、前記範囲を走査することを特徴とする請求項２に記載の検査装置。
  5. 　前記検出部は、前記瞳面において、前記被検基板の表面状態の変化に応じ輝度が大きく変化する部分の輝度を検出することを特徴とする請求項１から４のうちいずれかに記載の検査装置。
  6. 　前記照明光は、繰り返しパターンを有する前記被検基板の表面に照射される直線偏光であり、
    　前記検出部は、前記被検基板からの光のうち前記直線偏光と偏光方向が略直交する偏光成分を検出することを特徴とする請求項１から５のうちいずれかに記載の検査装置。
  7. 　前記照明部は、落射照明により前記照明光を前記被検基板の表面に照射することを特徴とする請求項６に記載の検査装置。
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