WO2020255282A1 - 欠陥検査装置及び欠陥検査装置の較正方法 - Google Patents

欠陥検査装置及び欠陥検査装置の較正方法 Download PDF

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WO2020255282A1
WO2020255282A1 PCT/JP2019/024215 JP2019024215W WO2020255282A1 WO 2020255282 A1 WO2020255282 A1 WO 2020255282A1 JP 2019024215 W JP2019024215 W JP 2019024215W WO 2020255282 A1 WO2020255282 A1 WO 2020255282A1
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illumination
light
angle
defect inspection
optical path
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PCT/JP2019/024215
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English (en)
French (fr)
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雄太 浦野
敏之 中尾
谷口　浩一
良雄 番場
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株式会社日立ハイテク
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a defect inspection device and a method for calibrating the defect inspection device.
  • Patent Document 1 describes "[Form 1] a spin wafer inspection system for inspecting a wafer surface and a spin wafer inspection system including a high-frequency autofocus mechanism" and "[Form 2] the autofocus mechanism is the wafer.
  • the first embodiment comprises means for guiding and maintaining the focal spot on the wafer surface by dynamically changing the incident angle of the laser beam incident on the surface and having the focal spot. Inspection system "is described.
  • Patent Document 1 described above, the position of the irradiation spot on the surface of the inspection object is maintained by dynamically changing the incident angle of the illumination light irradiating the inspection object.
  • the variation in defect detection sensitivity (machine difference) among multiple defect inspection devices of the same model It is also required to suppress the change over time in the defect inspection sensitivity of one defect inspection device to a certain level or less.
  • Patent Document 1 does not describe a means for measuring the incident angle of illumination light with high accuracy.
  • An object of the present invention is to provide a technique for reducing the difference in defect inspection sensitivity and the change with time by measuring the angle of the illumination light irradiating the inspection target with high accuracy.
  • the present application includes a plurality of means for solving at least a part of the above problems, and examples thereof are as follows.
  • One aspect of the present invention is a defect inspection apparatus, in which an illumination beam is tilted from a light source to a predetermined irradiation position on a sample stage surface by a predetermined angle with respect to the normal direction of the sample stage surface.
  • the present invention it is possible to realize a defect inspection apparatus that reduces the difference in defect inspection sensitivity and the change with time by measuring the angle of the illumination light irradiating the inspection target with high accuracy.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structural example of the defect detection apparatus which concerns on 1st Embodiment. It is a figure which shows the structural example of the illumination optical system which irradiates a sample with illumination light from a plurality of directions. It is a side view which shows the more detailed structural example of an illumination optical system. It is a figure which shows the detailed configuration example of the optical path branch part which branches an illumination light, and the beam measurement part. It is a figure which shows the optical path branch part which branches the illumination return light, and the detailed configuration example of a beam measurement part. It is a figure which shows the specific example of a pattern chip.
  • the shape, etc. when referring to the shape, positional relationship, etc. of a component or the like, the shape, etc., is substantially the same, except when it is clearly stated or when it is considered that it is not clearly the case in principle. It shall include those similar to or similar to. This also applies to the above numerical values and ranges.
  • the manufacturing process of semiconductor devices, flat panel display elements, printed circuit boards, etc. includes the manufacturing process of forming a pattern on the substrate.
  • the defect inspection to be carried out it is necessary to inspect the defects generated at the time of pattern formation and take countermeasures.
  • the sample to be inspected is irradiated with illumination light (also called an illumination beam), and the reflected light (including specular reflected light, diffracted light, and scattered light) is emitted by an inspection device. measure.
  • illumination light also called an illumination beam
  • the reflected light including specular reflected light, diffracted light, and scattered light
  • the irradiation angle (incident angle and azimuth) of the illumination light on the sample to be inspected affects the defect inspection sensitivity. Therefore, in order to carry out these productions on a large scale and continuously, it is necessary to reduce the error of the irradiation angle due to the adjustment variation among the plurality of defect inspection devices and the change with time.
  • FIG. 1 shows a configuration example of the defect inspection device 1000 in this embodiment.
  • the defect inspection device 1000 includes a light source unit 101, an illumination light shaping unit 114, an oblique illumination optical system 112a, and a detection optical system 1200 (objective lens 102, spatial filter 103, polarizer 104, imaging lens 105, detector 106).
  • stage 152 the stage drive unit 151, the XYZ- ⁇ stage 152
  • the detection optical system 1200 including the objective lens 102, the spatial filter 103, the polarizing element 104, the imaging lens 105, and the detector 106 is light for observing the sample 2 to be inspected from the normal direction.
  • the axis is arranged so as to be in the normal direction of the sample 2 which is the substrate to be inspected.
  • the illumination light emitted from the light source unit 101 is shaped into collimated light having a desired beam cross-sectional shape by the illumination light shaping unit 114, reflected by the mirror 110a, and its optical path is bent in the direction of the oblique illumination optical system 112a.
  • the illumination light incident on the orthorhombic illumination optical system 112a is reflected by the mirror 113a.
  • the mirror 113a reflects the incident illumination light and guides it to the visual field position of the objective lens 102 in the upward direction on the surface of the sample 2.
  • the illumination light irradiates the sample 2 from diagonally above the sample 2.
  • the illumination optical path switching unit 111 enables selection of an optical path of illumination light by moving the mirror 110a and the beam splitter 110b in and out of such an illumination optical path.
  • the beam splitter 110b a cube-type or plate-type beam splitter, for example, a prism or a half mirror is used.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an illumination optical system that irradiates a sample with illumination light from a plurality of directions.
  • FIG. 2 shows a state in which the beam splitter 110b is inserted into the illumination optical path in the illumination optical path switching unit 111.
  • the beam splitter 110b splits the illumination light into reflected light and transmitted light.
  • the light reflected by the beam splitter 110b is incident on the oblique illumination optical system 112a and guided to the surface of the sample 2, and the sample 2 is obliquely oriented at +45 degrees (the downward direction in FIG. 2 is defined as the reference direction 0 degrees). Illuminate from above (incident angle ⁇ I ).
  • the area irradiated with the irradiation region R I As the center of the irradiation region R I coincides with the center of the field of view of the objective lens 102, a mirror unit or the like positions the optical path of the irradiation region R I (as described later in FIG.
  • the light source unit 101 and the illumination light shaping unit The mirror unit 1101 between the illumination light shaping unit 114, the mirror unit 1102a between the illumination light shaping unit 114 and the oblique illumination optical system 112a, or the mirror 113a between the oblique illumination optical system 112a and the sample 2 (shown in FIG. 3). )).
  • the transmitted light in the beam splitter 110b is incident on the oblique illumination optical system 112b and guided to the surface of the sample 2, and the illumination light obliquely upwards the sample 2 in the direction of ⁇ (minus) 45 degrees (incident angle ⁇ I ). Irradiate from.
  • the oblique illumination optical systems 112a and 112b each have a cylindrical lens so that the illumination light becomes convergent light (critical illumination) in the X direction and collimated light (Koehler illumination) in the Y direction on the surface of the sample 2.
  • the illumination light is focused in one direction of the cross section of the illumination light (the direction corresponding to the X direction on the surface of the sample 2).
  • the oblique illumination optical system 112a and the oblique illumination optical system 112b have substantially the same configuration and operation in common, but the directions for irradiating the sample 2 with the illumination light are different as described above.
  • the illumination light is divided into the reflected light and the transmitted light to illuminate the sample 2 from two orthogonal directions of +45 degrees and -45 degrees. Light is emitted.
  • the mirror 110a is inserted into the illumination optical path instead of the beam splitter 110b in the illumination optical path switching unit 111, only the illumination light from the + 45 degree direction irradiates the sample 2.
  • both the mirror 110a and the beam splitter 110b are removed from the illumination optical path in the illumination optical path switching unit 111, only the illumination light from the direction of ⁇ 45 degrees is applied to the sample 2.
  • the reflected light including the forward reflected light, the diffracted light, and the scattered light generated by irradiating the sample 2 with the oblique illumination light passing through the oblique illumination optical system 112a or the oblique illumination optical system 112b is incident on the objective lens 102. Then, the light is condensed on the detection surface of the detector 106 through the spatial filter 103, the polarizer 104, and the imaging lens 105 in this order, and converted into an electric signal.
  • the electric signal output from the detector 106 is input to the signal processing unit 200.
  • the signal processing unit 200 has a computer as a basic configuration. That is, the signal processing unit 200 is composed of an input / output device, a storage device, a control device, an arithmetic device, and the like.
  • the signal processing unit 200 determines the presence or absence of a defect by comparing the electric signal corresponding to the inspection region with the electric signal obtained from another region on the sample 2, and outputs information on the detected defect.
  • the defect feature amount and position information including the signal strength of the defect detected by the signal processing unit 200 are stored in the storage unit 304 via the overall control unit 301 and displayed on the display unit 302.
  • Sample 2 is scanned by the stage 152 driven by the stage drive unit 151, and the entire surface is inspected. Further, a pattern chip 191 is arranged on the sample stage surface of the stage 152. In both the sample 2 and the pattern chip 191, when the objective lens 102 is arranged in the normal direction of the sample stage surface, the distances from the objective lens 102 are equidistant.
  • thermometer 2002 for monitoring temperature and atmospheric pressure and a barometer 2003 are installed in the device internal space 2001 in which the illumination optical system and the detection optical system are installed, and the measured value of the environmental state of the device internal space 2001 is controlled as a whole. It is always output to unit 301.
  • FIG. 3 is a side view showing a more detailed configuration example of the illumination optical system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a case where the illumination light emitted from the light source unit 101 and passing through the illumination light shaping unit 114 is guided to the oblique illumination optical system 112a by the illumination optical path switching unit 111.
  • the light source unit 101 includes a laser light source 1011, an attenuator 1012, an ND (Neutral Density) filter 1013, and a wave plate 1014.
  • the illumination light shaping unit 114 has a beam expander 1015 and an anamorphic beam expander 1016.
  • the beam expander 1015 is a Galileo type or Kepler type beam expander composed of a spherical lens, and enlarges or reduces the cross-sectional shape of the illumination light while maintaining the aspect ratio.
  • the anamorphic beam expander 1016 has a cylindrical lens or an anamorphic prism, and adjusts the aspect ratio (elliptical ratio) by enlarging or reducing one direction of the cross-sectional shape of the illumination light.
  • the mirror units 1101 and 1102a are arranged in an optical path between the light source unit 101 and the illumination light shaping unit 114 and an optical path between the illumination light shaping unit 114 and the oblique illumination optical system 112a, respectively, and adjust the tilt angle or position.
  • Each has two possible mirrors.
  • the output of the illumination light oscillated from the laser light source 1011 is adjusted by the attenuator 1012, the amount of light is adjusted by the ND filter 1013, and the polarization state is adjusted by the wave plate 1014.
  • the illumination light shaping unit 114 adjusts the cross-sectional shape and dimensions of the illumination light.
  • the illumination light that has passed through the illumination light shaping unit 114 is collected by the oblique illumination optical system 112a and guided to the sample 2.
  • the laser light source 1011 is suitable for short wavelength, high brightness, and single transverse mode (single mode) oscillation, and is the third and third laser light source of YAG lasers (Yittrium, Aluminum, Garnet). Those using the fourth or fifth harmonic (wavelengths of 355, 266, 213 nm (nanometers), respectively) are used.
  • the laser light source 1011 has a built-in photo detector, constantly measures the power of the emitted laser light, and outputs the power to the overall control unit 301.
  • the angle and position of the illumination light (illumination beam) incident on the oblique illumination optical system 112a are controlled by the mirror units 1101 and 1102a, and are adjusted so that the illumination light is irradiated to a desired position on the sample 2.
  • the mirror units 1101 and 1102a are each composed of a plurality of planar mirrors. By adjusting the angle and position of the plane mirrors constituting the mirror units 1101 and 1102a, the angle and position of the illumination light incident on the illumination light shaping unit 114 and the illumination light incident on the oblique illumination optical system 112a are adjusted. Further, the position and angle of the illumination light passing through the orthorhombic illumination optical system 112a and being guided to the sample 2 are adjusted by the angle or position adjustment of the mirror 113a.
  • the illumination directing the optical path of the illumination light between the laser light source 1011 and the sample 2 branches the forward direction of light traveling toward the irradiation region R I from the laser light source 1011 to the beam measuring unit 1021 includes an optical branching element 1018, an illumination return light splitting element 1019 for guiding branches reverse light returning toward the laser light source 1011 from the irradiation region R I to the beam measuring unit 1021, the.
  • the optical path branching portion 1017 has a moving mechanism 1020 for moving the optical path branching element including the illumination light branching element 1018 and the illumination return light branching element 1019 into and out of the optical path of the illumination light.
  • the illumination light branching element 1018 and the illumination return light branching element 1019 are cube-type or plate-type beam splitters with low polarization dependence and low reflectance.
  • the cube type has the advantage that the optical path of transmitted light does not change before and after the beam splitter is inserted.
  • a beam splitter having a low reflectance of, for example, 1% (percentage) or less the sample 2 to be inspected is efficiently irradiated with the high-power illumination light emitted from the laser light source 1011. It is possible to guide the light of the minimum necessary intensity (intensity of about 1% of the irradiation light) that can be measured to the beam measuring unit 1021 to reduce the laser damage to the elements constituting the beam measuring unit 1021.
  • FIG. 4 is a diagram showing a detailed configuration example of an optical path branching portion for branching illumination light and a beam measuring portion.
  • the optical path branching unit 1017 an optical path of the illumination light between the laser light source 1011 and the irradiation region R I, between the present embodiment and the illumination light shaping unit 114 and the illumination optical path switching unit 111, the illumination light branching The element 1018 is inserted by the moving mechanism 1020.
  • Illumination light forward toward the irradiation region R I from the illumination optical branching device 1018 in the laser light source 1011 is branched, the branched optical is condensed by the condensing element 1022 the beam measuring unit 1021, a beam by the beam measuring instrument 1023 The intensity distribution and beam position in the cross-sectional direction are measured. The measured value is output to the overall control unit 301.
  • the beam measuring instrument 1023 is installed on the focal plane of the condensing element 1022.
  • the condenser element 1022 is composed of a convex lens or a synthetic convex lens (or mirror) composed of a combination of a convex lens and a concave lens.
  • the focal length of the condensing element is f
  • the condensing position S of the incident light corresponds to the angle ⁇ of the incident beam due to the nature of the convex lens
  • S fsin ⁇ .
  • ⁇ small ( ⁇ ⁇ 1)
  • the beam measuring instrument 1023 records the beam position measurement value by the beam measuring instrument 1023 when light is incident on the beam measuring unit 1021 at a certain reference angle, and measures the amount of deviation from the position to measure the beam.
  • the deviation angle of the branched illumination light incident on the unit 1021 from the reference angle is specified.
  • the condensing element 1022 of the beam measuring unit 1021 can be moved by the condensing element driving unit 1024, and can be removed from the optical path of the light branched by the illumination light branching element 1018.
  • the position of the light branched by the illumination light branching element 1018 in the cross-sectional direction is measured by the beam measuring instrument 1023.
  • the illumination light branching element 1018 is inserted in the middle of the optical path in the forward direction of the illumination light and branched, and the branched light is measured by the beam measuring unit 1021 described above, whereby the illumination light branching element 1018 is formed.
  • the angle and position of the illumination light at the inserted location can be measured.
  • FIG. 5 is a diagram showing an optical path branching portion that branches the illumination return light and guides it to the beam measuring unit, and a detailed configuration example of the beam measuring unit.
  • the illumination return light branching element 1019 is inserted between the illumination light shaping unit 114 and the illumination optical path switching unit 111 by the moving mechanism 1020. Opposite direction of the illumination light back through the same optical path is irradiated to the irradiation region R I from the laser light source 1011 to the opposite direction, is branched by the illumination return light branching element 1019, it is branched optical guided to the beam measuring unit 1021.
  • the configuration of the beam measuring unit 1021 is as shown in FIG. 4, and the position and angle of the beam of the incident illumination return light are measured.
  • the beam measurement unit 1021 is an angle measurement system that measures the angle of the beam that passes through the illumination return light branching element 1019, which is an optical path branching element, toward the irradiation position, and returns from the irradiation position to the optical path branching element.
  • the above-mentioned irradiation light in the opposite direction can be rephrased as a beam that goes from the light source to a predetermined irradiation position on the stage through a branch element that branches the optical path and returns from the irradiation position to the branch element.
  • it can be rephrased as a beam that passes through the elements existing in the optical path in the reverse order of the optical path, or a beam that returns to the most downstream optical element on the optical path with the light source as the upstream and the irradiation position as the most downstream.
  • the above-mentioned "reverse direction” does not have to be completely reverse in the strict sense, but rather does not coincide with the very slight reverse direction if calibration is required. If a beam in the completely opposite direction can be obtained, it can be said that calibration of the irradiation angle is not necessary.
  • FIG. 6 is a diagram showing a specific example of the pattern chip.
  • the pattern chip 191 is placed on the stage 152, and its surface is parallel to the surface of the sample 2. Both the surfaces of the sample 2 and the pattern chip 191 are adjusted in the Z (height) direction by the stage 152 so as to match the focal plane of the objective lens 102.
  • the pattern chip 191 is a substrate made of silicon, quartz, or the like, and has irregularities or regions having different levels of light reflectance periodically formed on the surface.
  • FIG. 6 shows an example in which a periodic pattern in which quadrangles are arranged in a grid pattern is formed by etching on a silicon substrate.
  • P + 45 and P-45 be the repetition periods of the illumination light in the + 45-degree direction and the direction along the -45-degree direction, respectively.
  • a repeating pattern of a plurality of types of pitches is provided on the surface of the pattern chip 191 and the illumination light irradiates the pattern region corresponding to the incident angle to be used.
  • the position of the pattern chip 191 is adjusted by moving the stage 152 so as to be performed.
  • m is an integer and corresponds to the order of diffraction.
  • Primary diffracted light (illumination return light) is generated from the pattern chip 191.
  • the incident angle of the illumination light deviates from the reference angle ⁇ I by ⁇ (delta) ⁇
  • sin ⁇ D ⁇ sin ( ⁇ I + ⁇ )
  • ⁇ D ⁇ I ⁇ , which is the incident angle of the illumination light.
  • the deviation appears as a deviation of the diffraction angle of the illumination return light from the pattern chip 191.
  • the individual shapes of the periodic patterns formed on the pattern chip 191 are such that the intensity of the return light for illumination is strong.
  • a shape is used in which the uneven edges of the pattern are orthogonal to the incident direction of the illumination.
  • the area ratio of the concave portion 191 bs (black square portion in FIG. 6) and the convex portion 191 s (white portion in FIG. 6) is set to 1: 1 and the concave portion 191 bs and the convex portion 191 s.
  • the depth of the concave portion 191 bs in which the difference in optical path length between the reflected light B reflected by the convex portion 191 s and the reflected light B'reflected by the concave portion 191 bs is ⁇ / 2. It is desirable to use a pattern designed to weaken the intensity of the 0th-order diffracted light by a method such as (having). Further, it is desirable that the bottom surface of the concave portion 191 bs and the surface of the convex portion 191 s are parallel to each other.
  • the pattern chip 191 is not limited to those satisfying the above conditions, and may not satisfy some conditions.
  • the recess 191bs may be oval. If it is oval, the intensity of the illumination return light may be lower than that of the rectangle of FIG. 6, but the pattern chip 191 may be easily molded.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of the emission direction of the diffracted light when the pattern chip is irradiated with the illumination light in the + 45 degree direction.
  • the deviation of the illumination return light when the azimuth angle of the illumination light deviates from +45 degrees will be described.
  • the angle of the pattern chip 191 from the normal direction is ⁇
  • the orientation is ⁇
  • the normal direction of the pattern chip 191 is the origin
  • the distance from the origin is sin ⁇
  • the orientation is ⁇ .
  • the emission direction of the diffracted light is indicated by a black oval shape.
  • the angular spread of the diffracted light spot here is determined by the incident angle width of the illumination light, the wavelength dispersion, and the variation in the periodicity of the pattern of the pattern chip 191.
  • the diffracted light since the illumination light is focused in the X direction, the diffracted light has a spread in the X direction.
  • the 0th-order diffracted light direction 1920 has a diffraction angle of ⁇ I and an orientation of +45 degrees, and indicates the emission direction of the 0th-order diffracted light, that is, the specularly reflected light.
  • the primary diffraction direction 1921 indicates the emission direction of the primary diffraction light.
  • the 0th-order diffracted light direction and the 1st-order diffracted light direction when the azimuth angle of the illumination light deviates by ⁇ are indicated by 1920'and 1921', respectively.
  • the direction of the 0th-order refracted light shifts by ⁇ in response to the shift of the illumination light.
  • the direction of the primary diffracted light is shifted by ⁇ according to the principle of diffraction while maintaining the relative positional relationship with the 0th-order diffracted light in this figure. Therefore, the deviation of the azimuth angle of the illumination light appears as the deviation of the azimuth angle of the illumination return light from the pattern chip 191.
  • the incident direction of -45 degree illumination is mirror image symmetric with respect to + 45 degree illumination and the YZ plane, and since the pattern formed on the pattern chip 191 is also mirror image symmetric with respect to the YZ plane, -45 degree illumination is also possible. Similar to the + 45 degree illumination, the angle deviation of the illumination light with respect to the pattern chip 191 can be measured by measuring the angle deviation of the return light obtained by irradiating the pattern chip 191 with the illumination light.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the illumination light adjustment process including the adjustment of the illumination angle by the defect inspection device. This process is executed by the signal processing unit 200 and the overall control unit 301 each time the inspection is performed.
  • the inspection object (sample 2) is put into the apparatus and installed on the stage 152 (step S701).
  • the inspection conditions are set (step S702).
  • the inspection conditions include illumination conditions (for example, illumination light intensity, polarization, angle (incident angle, azimuth)), detection conditions (setting of spatial filter 103 and polarizer 104), and signal processing conditions (signal processing unit 200). (Setting of defect detection threshold value, etc.) in.
  • the illumination optical system, the detection optical system, and the signal processing unit are adjusted and set (step S703).
  • the objects to be adjusted and set are the illumination optical system and the detection optical system selected for use, which are set in step S702.
  • the overall control unit 301 determines whether or not a predetermined time has elapsed after the previous adjustment for the target optical system (step S704). Specifically, the overall control unit 301 obtains the time elapsed since the last adjustment, and determines whether or not the predetermined time in which the state can be maintained after the adjustment is completed has been exceeded. If the predetermined time has elapsed (in the case of “Yes” in step S704), control is transferred to step S100.
  • the overall control unit 301 determines whether or not the environmental conditions have changed more than the predetermined time after the previous adjustment (step S705). Specifically, the overall control unit 301 determines whether or not changes in environmental conditions (temperature changes, atmospheric pressure changes, etc. in the device interior space 2001) since the previous adjustment exceed a predetermined threshold value. If the change exceeds the threshold value (in the case of "Yes” in step S705), control is transferred to step S100.
  • step S705 If the change in environmental conditions does not exceed a predetermined threshold (“No” in step S705), the illumination optical system and detection optical system are set and inspected based on the adjustment parameters saved at the time of the previous adjustment. (Step S706), display and save the inspection result (step S707). Then, the adjustment process of the illumination light is completed.
  • step S704 and step S705 the illumination angle is measured and adjusted according to the following procedure.
  • the reference position of the illumination return light is calibrated by the method shown in FIG. 10 (described later) (step S100).
  • step S101 the reference position of the illumination return light is corrected by the method shown in FIG. 9 (described later) (step S101).
  • step S102 move the pattern chip 191 in the irradiation region R I (step S102).
  • the overall control unit 301 measures the intensity distribution of the illumination return light by the method shown in FIGS. 5, 11 (described later), or 12 (described later) (step S103). Then, the overall control unit 301 calculates the angle deviation and the focus deviation of the illumination light (step S104). If the deviation amount is equal to or less than a predetermined threshold value, the overall control unit 301 determines that the adjustment is completed (step S107).
  • step S107 If the adjustment is completed (“Yes” in step S107), the overall control unit 301 shifts control to step S706.
  • the overall control unit 301 reduces the deviation amount with respect to the focus shift of the illumination light.
  • the illumination focus is adjusted based on the measurement result so as to be performed (step S105).
  • the overall control unit 301 adjusts the illumination angle based on the measurement result by adjusting the angular deviation of the illumination light so as to reduce the deviation amount (step S106).
  • the overall control unit 301 returns the control to step S103, re-measures the angle deviation and the focus deviation based on the illumination return light, and repeats the adjustment.
  • the adjustment can be completed in a state where the angle deviation and the focus deviation of the illumination light are suppressed to a predetermined threshold value or less, and the inspection can be performed in the adjusted completed state.
  • the adjustment can be completed in a state where the angle deviation and the focus deviation of the illumination light are automatically suppressed to a predetermined threshold value or less, and the inspection can be performed in the adjusted completed state. ..
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a method of specifying a reference position obtained when measuring the angle of the illumination return light.
  • each element is arranged so that the beam measuring unit 1021 can measure the angle of the illumination return light by the illumination return light branching element 1019.
  • the reflecting element 1033 is installed in the middle of the optical path from the passage of the illumination light through the optical path branching portion 1017 to the arrival at the sample 2 or the pattern chip 191.
  • a retroreflector such as a corner cube that reflects light in a direction opposite to that of arbitrary incident light is used.
  • the reflection mirror is installed and used so that the reflection surface is perpendicular to the base plate 1032.
  • the light is returned in the direction exactly opposite to the traveling direction of the illumination light, the angle is measured by the beam measuring unit 1021, and the angle of the return light is used as a reference value.
  • the specularly reflected light measuring means needs to be installed at a position facing the illumination optical system with the sample sandwiched between them, and needs to be installed at a position away from the illumination optical system via a base plate for fixing the optical system or the like. Therefore, it is difficult to secure the installation accuracy due to the influence of the distortion of the base plate and the machining error.
  • the angle of the light traveling in the opposite direction in the same optical path as the illumination optical path is used as a reference, and the deviation from the reference is measured, so that the mirror in the middle of the illumination optical path is measured.
  • the deviation of optical elements such as lenses and lenses is canceled out and does not affect the measurement.
  • it is not necessary to install the measuring instrument at a position away from the illumination optical system and it is not affected by the installation error.
  • the deviation of the illumination angle with respect to the surface of the pattern chip 191 can be measured without being affected by the deviation of the installation angle of the pattern chip 191. .. That is, by adopting the method of measuring the angle deviation of the illumination return light in the present embodiment, the accuracy of calibration can be ensured with a simple configuration.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a method of correcting the reference position of the illumination return light.
  • a pattern chip 191 having an ideal period L pattern in which diffracted light is emitted in the direction opposite to the incident direction of the illumination when the illumination light is irradiated at a predetermined angle determined by design is used. desirable.
  • the period of the pattern actually formed may be L'due to the limitation of the manufacturing accuracy, and there may be an error with respect to the ideal period L. is there.
  • the pattern chip is irradiated with the illumination light at a predetermined angle determined by design, the illumination return light is emitted at an angle deviated from the direction opposite to the incident direction of the illumination. The amount of this deviation is obtained by the error of the pattern period L'with respect to the period L and the above-mentioned diffraction equation (Equation 1).
  • the wavelength shift of the illumination light due to individual differences and states of the laser light source 1011 also affects the angle of the diffracted light emitted from the pattern chip 191.
  • the measured value ⁇ M of the wavelength of the illumination light emitted by the laser light source 1011 is actually measured by a spectroscope or a wavelength meter, and the value is used to obtain the offset amount ⁇ R from the reference value of the illumination return light angle to obtain the illumination light. Even if there is an error in the wavelength from the design reference value, the influence of the error is corrected, and the illumination angle with respect to the sample 2 and the pattern chip 191 can be adjusted with high accuracy.
  • the above illumination angle measurement / adjustment method does not take into consideration the light-collecting action of the oblique illumination optical system 112a, and does not collect light by the oblique illumination optical system 112a (Y direction on sample 2 in FIG. 2). It is valid with respect to the direction in the illumination light cross section corresponding to.
  • the method of measuring and adjusting the illumination angle in the direction orthogonal to the measurement and adjustment method will be described with reference to FIG.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of an illumination return light measurement method in a direction focused by the orthorhombic illumination optical system.
  • the condensing element 1022 of the beam measuring unit 1021 is moved by the condensing element driving unit 1024 to be removed from the optical path of the illumination return light measurement.
  • the illumination light is condensed by the oblique illumination optical system 112a, incident on the pattern chip 191 at a predetermined angle, and adjusted to be in focus (this state is used as a reference state)
  • the illumination light becomes an optical path.
  • Illumination return light passes through the same optical path and enters the beam measuring instrument 1023. Since the condensing element 1022 does not act because it is out of the optical path, the beam measuring instrument 1023 measures the position of the illumination return light in the cross-sectional direction.
  • the illumination return light is incident on the oblique illumination optical system 112a at an angle deviated from the reference state (one-point chain line from the mirror 113a to the oblique illumination optical system 112a in FIG. 11).
  • the emission position of the light returned to the parallel light by the oblique illumination optical system 112a shifts laterally with respect to the reference state (in FIG. 11, the alternate long and short dash line from the oblique illumination optical system 112a to the beam measuring instrument 1023).
  • the position of the illumination return light measured by the beam measuring instrument 1023 shifts laterally.
  • the distance between the oblique illumination optical system 112a and the pattern chip 191 shortens.
  • the illumination return light emitted from the oblique illumination optical system 112a diverges without returning to the parallel light (one-point chain line from the oblique illumination optical system 112a to the beam measuring instrument 1023 in FIG. 11).
  • the cross-sectional dimension of the illumination return light measured by the beam measuring instrument 1023 is enlarged with respect to the reference state.
  • the illumination return light becomes convergent light, and the cross-sectional dimension of the illumination return light measured by the beam measuring instrument 1023 is relative to the reference state. To shrink.
  • the condensing element 1022 is inserted into the optical path and the condensing spot. It can also be measured by comparing the size of with the reference state.
  • the position of the lens constituting the oblique illumination optical system 112a is adjusted, the rotation direction or inclination of the mirror 113a is adjusted, or the stage.
  • the focus position of the illumination light is adjusted to the surfaces of the sample 2 and the pattern chip 191.
  • an adjustment unit is provided in the overall control unit 301, and the beam angle deviation amount and the focus deviation amount are passed from the beam measurement unit 1021 to the adjustment unit.
  • the mirror 113a is provided with a mirror drive unit that adjusts the amount of rotation of the mirror 113a on the vertical axis and the tilt angle by driving a motor or the like.
  • the adjusting unit transmits the amount of rotation of the mirror 113a on the vertical axis at the final stage of the optical path and the amount of fluctuation of the tilt angle to the mirror driving unit, and the mirror driving unit drives the mirror 113a according to the transmitted amount of fluctuation. ..
  • the size of the illumination condensing spot on the sample or the pattern chip is measured by image measurement by an observation optical system provided separately from the illumination optical path, and the deviation from the reference value is detected to determine the focus position of the illumination light. It was being done to determine the deviation.
  • the spatial resolution of the observation optical system provided separately it is difficult to measure the dimensions of minute condensing spots with high accuracy and judge the focus shift with high accuracy.
  • the illumination return light measurement method according to the present embodiment it is not necessary to separately provide an observation optical system, and the deviation of the focus of the illumination light is measured including the direction of the deviation without being restricted by the spatial resolution. You will be able to do it.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a method of measuring the offset of the angle of the illumination return light from the reference value in the beam measuring unit.
  • FIG. 12 shows an example in which a cylindrical condensing lens is used as the condensing element 1022 of the beam measuring unit 1021.
  • the direction focused by the oblique illumination optical system 112a is X ′′
  • the direction orthogonal to it is Y ′′.
  • the light collecting element 1022 is installed so that the direction in which the light collecting action acts is the X'direction.
  • the oblique illumination from the pattern chip 191 when the arrival point of the illumination light on the pattern chip 191 deviates from the focal plane of the oblique illumination optical system 112a (approaches or moves away from the oblique illumination optical system 112a), the oblique illumination from the pattern chip 191.
  • the light returned to the optical system 112a becomes divergent light or convergent light instead of parallel light.
  • the degree of divergence or convergence can be measured by measuring the cross-sectional dimension of the illumination return light with the beam measuring instrument 1023.
  • the pattern chip 191 calculates the amount of deviation from the focal plane (distance approached or distanced away) based on the degree of divergence or convergence (FIG. 12 (c)).
  • the beam measuring unit 1021 due to the deviation or variation of the installation position of the condensing element 1022 It is possible to suppress the measurement error of and measure the illumination angle deviation with high accuracy.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of an operation screen used for measuring and adjusting the angle deviation of the illumination light.
  • the operation screen 401 includes a condensing position monitor 402 that shows the condensing position on the screen, a registration button 403 that receives an instruction to register the current irradiation state of the illumination light as a reference position, and a deviation from the reference position is minimized.
  • An adjustment button 404 that receives an instruction to receive an instruction to be performed, and a condensing lens setting receiving area 405 that receives an instruction as to whether or not to insert the condensing element 1022 into the optical path are included.
  • the focusing position monitor 402 displays the result of measuring the focusing position (light intensity distribution) of the illumination return light by the beam measuring instrument 1023 in real time.
  • the position of the condensing spot 411 on the condensing position monitor 402 corresponds to the angle of the illumination return light.
  • the overall control unit 301 performs a process of registering the current irradiation state of the illumination light as a reference position. This is a condensing spot when the defect inspection device 1000 is assembled / adjusted, or when the illumination optical system is regularly maintained, the adjustment is completed, or the reference position of the return light shown in FIG. 9 is calibrated.
  • the position of 411 is measured and registered as a reference position (the position where the dotted lines intersect in the focusing position monitor 402) (implemented at the timing when the registration button 403 in FIG. 13A is input).
  • the overall control unit 301 obtains the center of gravity of the light intensity distribution after subtracting the background noise from the light intensity distribution of the condensing position monitor 402, or finds the center position by fitting an intensity profile such as Gaussian.
  • the position (x, y) of the condensing spot is quantitatively measured and stored in the storage unit 304 by the method of.
  • the overall control unit 301 minimizes the deviation of the illumination return light from the reference position. Further, in response to the deviation of the illumination return light from the reference position, the overall control unit 301 adjusts the positions and angles of the mirror unit 1102a, the mirror 113a, etc. to the focused spot position at the reference position as shown in FIG. 13C. Adjust the illumination angle so that it matches, and adjust the angle of the illumination light to the reference state.
  • the overall control unit 301 measures and adjusts the angle of the illumination return light.
  • the position of the condensing spot 411 is measured by the above method, and the overall control unit 301 deviates from the reference position in response to a user input (pressing the adjustment button 404) or an instruction from the overall control unit 301. Adjust the illumination angle so that it shrinks.
  • the illumination light may be measured at a plurality of locations in the illumination optical system to detect a sign of the need for adjustment.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of a configuration in which illumination light is measured at a plurality of locations in the illumination optical system.
  • each of the optical path branching element 1027 and the optical path branching element 1030 is provided with an optical path branching portion 1026 having a moving mechanism for moving in and out of the illuminated optical path, and an optical path branching portion 1029.
  • the optical path branching elements 1027 and 1030 are inserted into the illumination optical path before the illumination light is emitted from the light source unit 101 and incident on the illumination light shaping unit 114 and the illumination optical path after passing through the oblique illumination optical system 112a, respectively.
  • a part of the illumination light is guided to the beam measuring unit 1028 or the beam measuring unit 1031, respectively.
  • the beam measurement unit 1028 and the beam measurement unit 1031 are provided with a light collecting element and a beam measuring instrument for measuring the intensity distribution of the beam, and measure the intensity, angle, and position of the incident beam as a whole. Output to the control unit 301.
  • the optical path branching elements 1027 and 1030 are beam splitters similar to the illumination optical branching element 1018.
  • the beam measuring units 1028 and 1031 may use an optical power meter that does not have a condensing element and measures only the light intensity.
  • the illumination wavelength is a short wavelength (355 nm or 266 nm)
  • irradiation of the sample 2 with a high-power laser beam for a long time causes damage to the optical elements constituting the illumination optical system and surface contamination ().
  • the transmittance is lowered due to the contamination), which causes a change in the defect inspection performance of the defect inspection apparatus 1000 with time.
  • the time-dependent change diagnosis process for monitoring and taking countermeasures over time will be described.
  • FIG. 15 is a diagram showing an example of a flowchart of the time-dependent change diagnosis process.
  • the timekeeping change diagnosis process is a process of monitoring the state of the illumination optical system and diagnosing the change with time.
  • the overall control unit 301 measures the output of the laser light source 1011 (step S800).
  • the overall control unit 301 measures the intensity of the light branched from the illumination light in each of the beam measurement unit 1028, the beam measurement unit 1021, and the beam measurement unit 1031 (step). S801). As a result, the amount of emitted light from the light source unit 101, the amount of emitted light from the illumination light shaping unit 114, and the amount of emitted light from the orthorhombic illumination optical system 112a are measured.
  • the overall control unit 301 determines the transmittance of the optical elements (attenuator 1012, ND filter 1013) constituting the light source unit 101 (reflectance of the mirror unit 1101). (Including), the transmittance of the illumination light shaping unit 114, the transmittance of the oblique illumination optical system 112a (including the reflectance of the mirror unit 1102a), and the bending action are calculated (step S802).
  • the overall control unit 301 obtains a variation from the reference value by comparing their transmittance and bending action with a predetermined reference value, and determines whether or not there is a change with time (step S803).
  • the overall control unit 301 informs the storage unit 304 of the location where the transmittance fluctuation has occurred and the degree of the transmittance change. It is stored and displayed on the display unit 302 (step S804).
  • the device manager takes measures (cleaning or replacement of the optical element) at the place where the transmittance fluctuates (step S805). After that, the overall control unit 301 returns the control to step S800 and measures the state of the illumination optical system again. If no change with time is detected in step S803 (in the case of "No" in step S803), the overall control unit 301 ends the process of diagnosing the change with time.
  • the above method it is possible to constantly or periodically monitor the transmittance of the components of the illumination optical system, and it is possible to monitor the presence or absence and degree of the time-dependent change in the transmittance of the illumination optical system.
  • a decrease in transmittance it is possible to narrow down the location of optical element damage or contamination by comparing the transmittance of each optical element above, and it is quick and easy to take countermeasures by cleaning or replacing. Become. Thereby, the defect inspection performance of the defect inspection apparatus 1000 can be stabilized for a long period of time.
  • the beam measuring units 1028 and 1031 can measure the angle and position of the incident beam in the same manner as the beam measuring unit 1021, in steps S801 and S802 described above, the angle and the collimating state change in addition to the intensity of the illumination light. Can also be measured. That is, it becomes possible to detect even when the illumination light is deflected, converged, or diverged due to a refraction action due to laser irradiation damage or contamination of the optical element constituting the illumination optical system. It is possible to further improve the stability of the defect inspection performance of the defect inspection apparatus 1000 as compared with the case of monitoring only the change with time of the transmittance.
  • FIG. 16 is a diagram showing a configuration example of the detection optical system.
  • the detection optical system 1200 includes an objective lens 102, a spatial filter 103, a polarizer 104, an imaging lens 105, a detector 106, an optical path branching element 108, and a pupil observation system 109.
  • the detection optical system 1200 detects the reflected light by forming an image of the reflected light collected by the objective lens 102 on the detector 106 after being generated from the sample 2.
  • the detector 106 is a one-dimensional or two-dimensional detector such as a CCD (Charge Coupled Device) image sensor, a CMOS (Complementary MOS) image sensor, an avalanche photodiode array, or a SiPM (Silicon Photo-Multiplier).
  • a CCD Charge Coupled Device
  • CMOS Complementary MOS
  • SiPM Silicon Photo-Multiplier
  • the spatial filter 103 is composed of a light-shielding filter that is movable on the pupil surface of the objective lens 102 or a spatial light modulation element that can control and switch the light-shielding region, and is diffracted light or scattered light that passes through a partial region on the pupil surface. Has the effect of blocking light.
  • the polarizer 104 may be arranged between the imaging lens 105 and the detector 106 and immediately before the detector 106.
  • the polarizer 104 has a rotation mechanism and a mechanism for retracting off the optical axis. The rotation mechanism allows the polarizer 104 to be set to an arbitrary detection angle. The retracting mechanism allows switching between use and non-use of the polarizer 104.
  • the optical path branching element 108 is a beam splitter of a prism or a half mirror like the illumination optical branching element 1018, but is not limited to this, and any element that enables selection of an optical path may be used.
  • it may be an optical path switching element such as a mirror.
  • the pupil observation system 109 includes a lens and a camera, and outputs an image of the pupil surface of the objective lens 102 to the overall control unit 301.
  • Image of the pupil plane is measured by the pupil observation system 109, the reflection generated from the irradiation region R I, scattering, and corresponds to the angular distribution of the diffracted light.
  • the light-shielding region of the spatial filter 103 is set based on the image of the pupil surface measured by the pupil observation system 109.
  • the objective lens 102 As the objective lens 102, a lens satisfying the sine condition is used. By satisfying the sine condition, coma aberration of off-axis light can be suppressed. Further, since the position on the pupil surface is proportional to the sine of the diffraction angle, the intervals of the diffracted light generated from the periodic pattern existing in the sample 2 are evenly spaced on the pupil surface. Therefore, by using a light-shielding member having an adjustable interval as the space filter 103, it is possible to efficiently block the diffracted light of an arbitrary periodic pattern, and it is possible to realize a highly sensitive defect inspection.
  • the above is the defect inspection device according to the first embodiment. According to this defect inspection device, it is possible to easily reduce an error in the irradiation angle due to adjustment variation among a plurality of defect inspection devices and changes over time. Therefore, it becomes possible to continuously manufacture semiconductors and the like on a large scale.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of distribution of diffracted light of the pattern chip in the second embodiment.
  • an example of distribution of diffracted light is shown by the same display method as in FIG.
  • a pattern chip different from the pattern chip 191 shown in the first embodiment is used, but except for this, the defect inspection apparatus has the same configuration. Therefore, the distance from the center is proportional to the sine of the diffraction angle. Since the objective lens 102 satisfies the sine condition as in the first embodiment, the diffracted light having a diffraction angle ⁇ reaches the position of fsin ⁇ (f is the focal length of the objective lens 102) from the center on the pupil surface of the objective lens. .. Therefore, in the pupil observation system 109, the distribution of diffracted light similar to that of FIG. 17 is measured.
  • the pattern chip 191 has a pattern array as illustrated in FIG. 6, and the period of the pattern follows the relationship of the following equation 3.
  • the first to fourth order diffracted lights are arranged at intervals of ⁇ / P +45 with respect to the position 1930 of the 0th order diffracted light.
  • the fourth-order diffracted light becomes the illumination return light that returns in the direction opposite to the incident direction of the illumination, and the emission direction of the second-order diffracted light is in the normal direction of the pattern chip 191 or in the detection optical axis direction of the detection optical system 1200.
  • the interval of the primary, secondary, and tertiary diffracted lights (1931, 1932, 1933) is Mf ⁇ / P +45 on the camera of the pupil observation system 109.
  • M is the optical magnification of the pupil observation system 109.
  • the illumination wavelength deviates from the design wavelength ⁇ , or if the pattern period of the pattern chip 191 deviates from the design value P + 45 , or if the incident direction of the illumination light deviates from the design direction. If it is deviated, the emission direction of the second-order diffracted light 1932 deviates from the center of the objective lens 102, or the interval of the diffracted light deviates from the above calculated value.
  • These deviation amounts can be calculated from the measurement result of the diffracted light position of the pattern chip 191 by the pupil observation system 109, and the calibration reference position of the illumination return light measurement can be corrected by a method based on the relationship shown in FIG.
  • the above is an example of the distribution of diffracted light of the pattern chip according to the second embodiment.
  • the deviation of the diffracted light can be specified by using this distribution example, and the calibration reference position can be corrected.
  • FIG. 18 shows a configuration example of the beam measurement unit according to the third embodiment.
  • the third embodiment has substantially the same configuration as the defect inspection apparatus according to the first embodiment, but there is a difference in the configuration of the beam measuring unit 1021.
  • the illumination return light is branched, and one of them is incident on the beam measuring section 1021.
  • the beam measuring unit 1021 uses the wave surface measuring instrument 1025 to measure the branched illumination return light.
  • the wavefront measuring instrument 1025 includes a Shackhardman type wavefront sensor capable of measuring the wavefront aberration of collimated light, or a four-wave lateral shearing interference type wavefront sensor capable of measuring the wavefront aberration of collimated light and non-colimated light. Etc. can be adopted.
  • the angular deviation of the illumination return light can be measured by measuring the wave surface of the illumination return light with the wave surface measuring instrument 1025 and calculating the tilt component of the aberration.
  • the focus shift of the illumination return light (deviation from the collimated state such as divergence or convergence) can be measured.
  • the illumination light branching element 1018 for branching the illumination light is inserted into the optical path instead of the illumination return light branching element 1019 for branching the illumination return light. It is possible to measure the deviation of the angle and the deviation of the collimated state.
  • the defect inspection device according to the third embodiment.
  • the condensing element 1022 as in the first embodiment is not required by using the wave surface measuring instrument 1025, it is not necessary to install or adjust the condensing element 1022.
  • the beam measuring unit 1021 of the first embodiment has an advantage that the cost can be kept low because the expensive wave surface measuring device 1025 is not adopted.
  • the illumination optical system, the XYZ- ⁇ stage, the pattern chip and its adjustment state change with time and the individual. Even if there is an error or variation due to the difference, the illumination angle for the sample can be adjusted with high accuracy, and the error in the irradiation angle due to adjustment variation between multiple defect inspection devices and changes over time can be reduced. it can.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and includes various modifications.
  • the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations.
  • each of the above configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. Further, each of the above configurations, functions, and the like may be realized by software by the processor interpreting and executing a program that realizes each function. Information such as programs, tables, and files that realize each function can be placed in a memory, a hard disk, a recording device such as an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
  • SSD Solid State Drive
  • control lines and information lines indicate what is considered necessary for explanation, and not all control lines and information lines are necessarily shown on the product. In practice, it can be considered that almost all configurations are interconnected.
  • the present invention is not limited to the defect inspection device and the calibration method of the defect inspection device, and can be provided in various forms such as a defect inspection system, a calibration method of an optical device, and a computer-readable program.

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Abstract

検査対象に照射する照明光の角度を高精度に計測することで、欠陥検査感度の機差および経時変化を低減する。　欠陥検査装置であって、光源から試料ステージ面上の所定の照射位置に対して、試料ステージ面の法線方向に対して所定の角度だけ傾いた方向から照明ビームを入射する照明光学系と、照明ビームを所定の方向に分岐する光路分岐素子と、光路分岐素子を通って照射位置に向かい、該照射位置から該光路分岐素子へ戻るビームの角度を計測する角度計測系と、を備える。

Description

欠陥検査装置及び欠陥検査装置の較正方法
　本発明は、欠陥検査装置及び欠陥検査装置の較正方法に関する。
　特許文献１には、「［形態１］ウェーハ表面を検査するスピンウェーハ検査システムであって、高周波オートフォーカス機構を備えるスピンウェーハ検査システム」、および「［形態２］前記オートフォーカス機構は、前記ウェーハ表面上に入射するレーザービームであって焦点スポットを有するレーザービーム、の入射角を動的に変化させることによって、前記ウェーハ表面上に前記焦点スポットを導くと共に維持する手段を備える、形態１に記載の検査システム」が記載されている。
国際公開第２０１９／０１６８５６号
　上述した特許文献１では、検査対象物に照射する照明光の入射角を動的に変化させることによって、検査対象物表面上の照射スポットの位置を維持する。ここで、半導体やフラットパネルディスプレイなどの製造工程において、一貫した基準での欠陥検査を行うためには、同一型式の複数台の欠陥検査装置の個体間における欠陥検出感度のばらつき（機差）、および一台の欠陥検査装置における欠陥検査感度の経時変化を、一定以下に抑えることも求められる。しかし、特許文献１には、精度のよい照明光の入射角の計測手段が記載されていない。
　本発明の目的は、検査対象に照射する照明光の角度を高精度に計測することで、欠陥検査感度の機差および経時変化を低減する技術を提供することにある。
　本願は、上記課題の少なくとも一部を解決する手段を複数含んでいるが、その例を挙げるならば、以下のとおりである。
　本発明の一態様は、欠陥検査装置であって、光源から試料ステージ面上の所定の照射位置に対して、上記試料ステージ面の法線方向に対して所定の角度だけ傾いた方向から照明ビームを入射する照明光学系と、上記照明ビームを所定の方向に分岐する光路分岐素子と、上記光路分岐素子を通って上記照射位置に向かい、該照射位置から該光路分岐素子へ戻るビームの角度を計測する角度計測系と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、検査対象に照射する照明光の角度を高精度に計測することで、欠陥検査感度の機差および経時変化を低減する欠陥検査装置を実現することができる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
第１実施形態に係る欠陥検出装置の構成例を示す図である。 複数の方向から試料に照明光を照射する照明光学系の構成例を示す図である。 照明光学系のより詳しい構成例を示す側面図である。 照明光を分岐させる光路分岐部とビーム計測部の詳細な構成例を示す図である。 照明戻り光を分岐させる光路分岐部と、ビーム計測部の詳細な構成例とを示す図である。 パターンチップの具体例を示す図である。 パターンチップに＋４５度方位の照明光を照射した際の回折光の出射方向の例を示す図である。 欠陥検査装置による照明角度の調整を含めた照明光調整処理の例を示すフローチャートである。 照明戻り光の角度を計測する際に求める基準位置の特定方法の例を示す図である。 照明戻り光の基準位置を補正する方法の例を示す図である。 斜方照明光学系によって集光される方向の照明戻り光計測方法の例を示す図である。 ビーム計測部における照明戻り光の角度の基準値からのオフセットの計測方法の例を示す図である。 照明光の角度ずれ計測・調整に用いられる操作画面の例を示す図である。 照明光学系の複数箇所で照明光の計測を行う構成の例を示す図である。 経時変化診断処理のフローチャートの例を示す図である。 検出光学系の構成例を示す図である。 第二の実施形態におけるパターンチップの回折光の分布例を示す図である。 第三の実施形態に係るビーム計測部の構成例を示す。
　以下の実施形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
　また、以下の実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
　さらに、以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
　同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
　また、実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の各実施形態について図面を用いて説明する。
　半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ素子、あるいはプリント基板等の製造工程においては、基板上にパターンを形成する製造工程が含まれる。実施される欠陥検査では、パターンの形成時に発生する欠陥を検査して対策を施す必要がある。この欠陥の発生状況を検出するには、検査対象試料に対して照明光（照明ビームともいう）を照射して、その反射光（正反射光、回折光、散乱光を含む）を検査器で計測する。このような欠陥検査装置では、検査対象試料に対する照明光の照射角度（入射角と方位角）が欠陥検査感度に影響する。従って、大規模に、かつ継続的にこれらの製造を行うためには、複数台の欠陥検査装置間での調整ばらつきおよび経時変化などによる照射角度の誤差を低減することが必要である。
　（１）第一の実施形態　図１に、本実施形態における欠陥検査装置１０００の構成例を示す。欠陥検査装置１０００は、光源部１０１、照明光整形部１１４、斜方照明光学系１１２ａ、検出光学系１２００（対物レンズ１０２、空間フィルタ１０３、偏光子１０４、結像レンズ１０５、検出器１０６）、信号処理部２００、全体制御部３０１、表示部３０２、演算部３０３、記憶部３０４、ステージ駆動部１５１、Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージ１５２（以下「ステージ１５２」という。）、パターンチップ１９１を有している。なお、対物レンズ１０２、空間フィルタ１０３、偏光子１０４、結像レンズ１０５、検出器１０６で構成される検出光学系１２００は、検査対象である試料２をその法線方向から観察するために、光軸が検査対象基板である試料２の法線方向となるように配置される。
　光源部１０１から発射された照明光は、照明光整形部１１４によって所望のビーム断面形状のコリメート光に整形され、ミラー１１０ａで反射され、その光路が斜方照明光学系１１２ａの方向に折り曲げられる。斜方照明光学系１１２ａに入射した照明光はミラー１１３ａにより反射される。ミラー１１３ａは、入射した照明光を反射して試料２表面の上方向にある対物レンズ１０２の視野位置に導く。照明光は、試料２をその斜め上方から照射することとなる。照明光路切替部１１１は、ミラー１１０ａおよびビームスプリッター１１０ｂをこのような照明光路内に出し入れすることで、照明光の光路の選択を可能にする。ビームスプリッター１１０ｂとして、キューブ型あるいはプレート型のビームスプリッター、例えばプリズムやハーフミラーが用いられる。
　図２は、複数の方向から試料に照明光を照射する照明光学系の構成例を示す図である。図２は、照明光路切替部１１１においてビームスプリッター１１０ｂを照明光路に挿入した状態を示す。ビームスプリッター１１０ｂによって、照明光は反射光と透過光とに分岐する。
　ビームスプリッター１１０ｂによる反射光は、斜方照明光学系１１２ａに入射して試料２の表面に導かれ、試料２を＋４５度の方位（図２の下方向を基準方位０度とする）でその斜め上方（入射角θＩ）から照射する。ここで、照射される領域を照射領域ＲＩとする。照射領域ＲＩの中心が対物レンズ１０２の視野の中心と一致するように、照射領域ＲＩの位置が光路上のミラーユニット等（図３で後述するように、光源部１０１と照明光整形部１１４との間のミラーユニット１１０１、照明光整形部１１４と斜方照明光学系１１２ａとの間のミラーユニット１１０２ａ、あるいは斜方照明光学系１１２ａと試料２との間のミラー１１３ａ（図３に図示する））によって調整される。
　ビームスプリッター１１０ｂにおける透過光は、斜方照明光学系１１２ｂに入射して試料２の表面に導かれ、照明光は試料２を－（マイナス）４５度の方位でその斜め上方（入射角θＩ）から照射する。斜方照明光学系１１２ａおよび１１２ｂは各々、シリンドリカルレンズを有し、照明光が試料２の表面上でＸ方向については収束光（クリティカル照明）、Ｙ方向についてはコリメート光（ケーラー照明）となるように、照明光の断面の一方向（試料２の表面上でＸ方向に相当する方向）に関して照明光を集光する。斜方照明光学系１１２ａと斜方照明光学系１１２ｂは共通する略同様の構成と作用を有するが、上述のとおり試料２に対して照明光を照射する方位が異なる。
　図２に示した構成例では、ビームスプリッター１１０ｂが光路上に配されるため、照明光は反射光と透過光に分配されて＋４５度と－４５度の２つの直交する方位から試料２に照明光が照射される。照明光路切替部１１１において、ビームスプリッター１１０ｂに代えてミラー１１０ａを照明光路に挿入すると、＋４５度の方位からの照明光のみが試料２に照射される。照明光路切替部１１１においてミラー１１０ａ、ビームスプリッター１１０ｂをともに照明光路から外すと、－４５度の方位からの照明光のみが試料２に照射される。
　斜方照明光学系１１２ａまたは斜方照明光学系１１２ｂを通過した斜方照明光が試料２を照射することにより生じた正反射光、回折光、散乱光を含む反射光は、対物レンズ１０２に入射して集光された後、空間フィルタ１０３、偏光子１０４、結像レンズ１０５を順に介して、検出器１０６の検出面上に結像され、電気信号に変換される。
　検出器１０６から出力された電気信号は信号処理部２００に入力される。信号処理部２００は、コンピュータを基本構成とする。すなわち、信号処理部２００は、入出力装置、記憶装置、制御装置、演算装置などで構成される。信号処理部２００は、検査領域に対応する電気信号と試料２上の他の領域から得られた電気信号との比較により欠陥の有無等を判別し、検出した欠陥の情報を出力する。信号処理部２００で検出された欠陥の信号強度を含む欠陥の特徴量と位置情報は、全体制御部３０１を介して記憶部３０４に記憶されると共に、表示部３０２に表示される。
　試料２は、ステージ駆動部１５１によって駆動されるステージ１５２によって走査され、全面が検査される。また、ステージ１５２の試料ステージ面上には、パターンチップ１９１が配されている。試料２およびパターンチップ１９１のいずれも、試料ステージ面の法線方向に対物レンズ１０２が配される状態では、対物レンズ１０２との間の距離が等距離となる。
　照明光学系、検出光学系が設置される装置内空間２００１には、温度や気圧をモニタする温度計２００２と、気圧計２００３とが設置され、装置内空間２００１の環境状態の計測値が全体制御部３０１に常時出力される。
　図３は、第一の実施形態における照明光学系のより詳しい構成例を示す側面図である。図３では、光源部１０１から発せられ、照明光整形部１１４を通過した照明光が、照明光路切替部１１１にて斜方照明光学系１１２ａに導かれる場合を示す。光源部１０１は、レーザ光源１０１１、アッテネータ１０１２、ＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ　Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルタ１０１３、および波長板１０１４を有する。照明光整形部１１４は、ビームエキスパンダ１０１５、およびアナモルフィックビームエキスパンダ１０１６を有する。
　ビームエキスパンダ１０１５は球面レンズで構成されたガリレオ型あるいはケプラー型ビームエキスパンダであり、照明光の断面形状を縦横比を維持したまま拡大あるいは縮小する。アナモルフィックビームエキスパンダ１０１６は、シリンドリカルレンズあるいはアナモルフィックプリズムを有し、照明光の断面形状の一方向を拡大または縮小することで縦横比（楕円率）を調整する。
　ミラーユニット１１０１および１１０２ａは、それぞれ光源部１０１と照明光整形部１１４との間の光路、照明光整形部１１４と斜方照明光学系１１２ａとの間の光路に配され、あおり角あるいは位置を調整可能なミラー２枚をそれぞれ有する。
　レーザ光源１０１１から発振出力された照明光は、アッテネータ１０１２で出力が調整され、ＮＤフィルタ１０１３で光量が調整され、波長板１０１４で偏光状態が調整される。その後、照明光整形部１１４で照明光の断面形状及び寸法が調整される。照明光整形部１１４を通過した照明光は、斜方照明光学系１１２ａによって集光され、試料２に導かれる。
　レーザ光源１０１１は、短波長、高輝度、単一横モード（シングルモード）発振のものが適しており、ＹＡＧレーザ（イットリウム（Ｙｉｔｔｒｉｕｍ）、アルミニウム（Ａｌｕｍｉｎｕｍ）、ガーネット（Ｇａｒｎｅｔ））の第三、第四、あるいは第五高調波（それぞれ波長が３５５、２６６、２１３ｎｍ（ナノメートル））を利用したものなどが用いられる。レーザ光源１０１１はフォトディテクタを内蔵し、出射するレーザ光のパワーを常時計測して全体制御部３０１に出力する。
　斜方照明光学系１１２ａに入射する照明光（照明ビーム）の角度と位置は、ミラーユニット１１０１および１１０２ａによって制御され、試料２上で所望の位置に照明光が照射されるように調整される。ミラーユニット１１０１及び１１０２ａは、それぞれ複数の平面ミラーで構成される。ミラーユニット１１０１及び１１０２ａを構成する平面ミラーの角度と位置の調整によって、照明光整形部１１４に入射する照明光および斜方照明光学系１１２ａに入射する照明光の角度と位置が調整される。さらに、斜方照明光学系１１２ａを通過して試料２に導かれる照明光の位置と角度は、ミラー１１３ａの角度あるいは位置調整によって調整される。
　光路分岐部１０１７は、レーザ光源１０１１と試料２との間の照明光の光路上において、レーザ光源１０１１から照射領域ＲＩに向けて進む順方向の光を分岐してビーム計測部１０２１に導く照明光分岐素子１０１８と、照射領域ＲＩからレーザ光源１０１１に向けて戻る逆方向の光を分岐してビーム計測部１０２１に導く照明戻り光分岐素子１０１９と、を備える。また、光路分岐部１０１７は、照明光分岐素子１０１８および照明戻り光分岐素子１０１９を含む光路分岐素子を照明光の光路上に出し入れする移動機構１０２０を有する。
　照明光分岐素子１０１８および照明戻り光分岐素子１０１９として、キューブ型あるいはプレート型のビームスプリッタで、偏光依存性が小さく、反射率が低いものが望ましい。キューブ型は透過光の光路がビームスプリッタ挿入前後で変化しない利点がある。このビームスプリッタの反射率が、例えば１％（パーセント）以下となるような低いものを用いることで、検査対象の試料２にレーザ光源１０１１から出射した高出力の照明光を効率よく照射しつつ、ビーム計測部１０２１に計測可能な必要最低限の強度の（照射光の１％程度の強度の）光を導いて、ビーム計測部１０２１を構成する素子へのレーザダメージを低減することができる。
　図４は、照明光を分岐させる光路分岐部とビーム計測部の詳細な構成例を示す図である。光路分岐部１０１７において、レーザ光源１０１１と照射領域ＲＩとの間の照明光の光路上であって、本実施形態では照明光整形部１１４と照明光路切替部１１１との間に、照明光分岐素子１０１８が移動機構１０２０によって挿入される。照明光分岐素子１０１８ではレーザ光源１０１１から照射領域ＲＩに向かう順方向の照明光が分岐され、分岐された光がビーム計測部１０２１の集光素子１０２２によって集光され、ビーム計測器１０２３によってビーム断面方向の強度分布およびビーム位置が計測される。計測値は全体制御部３０１に出力される。
　ビーム計測器１０２３は、集光素子１０２２の焦点面に設置される。集光素子１０２２は、凸レンズ、あるいは凸レンズと凹レンズの組合せからなる合成凸レンズ（あるいはミラー）で構成される。集光素子の焦点距離をｆとすると、凸レンズの性質から、入射光の集光位置Ｓが入射ビームの角度θに対応し、Ｓ＝ｆｓｉｎθの関係となる。θが小さい（θ＜＜１）場合は、近似的にＳ＝ｆθの関係となる。ビーム計測器１０２３は、ビーム計測部１０２１に、ある基準の角度で光が入射した場合のビーム計測器１０２３によるビーム位置計測値を記録し、その位置からのずれ量を計測することで、ビーム計測部１０２１に入射する分岐された照明光の基準角度からのずれ角を特定する。
　ビーム計測部１０２１の集光素子１０２２は、集光素子駆動部１０２４により移動可能であり、照明光分岐素子１０１８で分岐した光の光路から外すことが可能である。光路から集光素子１０２２を外した場合は、照明光分岐素子１０１８で分岐した光の断面方向の位置がビーム計測器１０２３によって計測される。
　以上に述べた構成により、照明光分岐素子１０１８を照明光の順方向の光路途中に挿入して分岐させ、分岐した光を上記のビーム計測部１０２１によって計測することで、照明光分岐素子１０１８を挿入した箇所での照明光の角度および位置を計測できる。照明光の光路を基準となる所定の状態に調整した状態での計測値を記録しておき、その値と比較することで、基準状態からの照明光の位置と角度のずれを計測できる。
　図５は、照明戻り光を分岐させてビーム計測部に導く光路分岐部と、ビーム計測部の詳細な構成例とを示す図である。本実施形態では、照明光整形部１１４と、照明光路切替部１１１との間に照明戻り光分岐素子１０１９が移動機構１０２０によって挿入される。レーザ光源１０１１から照射領域ＲＩに照射され同じ光路を逆向きに戻る逆方向の照明光が、照明戻り光分岐素子１０１９によって分岐され、分岐された光がビーム計測部１０２１に導かれる。ビーム計測部１０２１の構成は図４に示した構成のとおりであり、入射する照明戻り光のビームの位置および角度が計測される。ビーム計測部１０２１は、光路分岐素子である照明戻り光分岐素子１０１９を通って照射位置に向かい、該照射位置から該光路分岐素子へ戻るビームの角度を計測する角度計測系であるといえる。
　なお、上述した逆方向の照射光は、光源から光路を分岐する分岐素子を通ってステージ上の所定の照射位置に向かい、該照射位置から該分岐素子へ戻るビームと言い換えることができる。あるいは、光路上に存する素子を光路の逆順に通過するビーム、あるいは光源を上流として照射位置を最下流とする光路上で、最下流の光学素子に戻るビームとも言い換えられる。いずれにしろ、上述した「逆方向」という方向は、厳密な意味で完全に逆方向である必要はなく、むしろ較正を要する状態であればごくわずかに完全な逆方向と一致しない。完全に逆方向のビームが得られるのであれば、照射角度の較正を要しないといえる。
　ステージ１５２をステージ駆動部１５１により移動させ、パターンチップ１９１を対物レンズ１０２の視野位置に移動させて、照明光を所定の角度で照射することで、パターンチップ１９１が有する繰り返しパターンによる回折が発生する。この照射によって、照明の入射方向と逆方向に回折光（照明戻り光ともいう）が戻る。照明光の角度が所定の角度からずれた場合、照明戻り光の角度もずれるため、照明戻り光の角度ずれをビーム計測部１０２１によって計測することで、照明光のパターンチップ１９１に対する照射角度のずれ、すなわち試料２に対する照射角度ずれを計測できる。
　図６は、パターンチップの具体例を示す図である。パターンチップ１９１は、ステージ１５２上に設置され、その表面は試料２の表面と平行である。試料２とパターンチップ１９１の表面はともに、対物レンズ１０２の焦点面に合うようステージ１５２によってＺ（高さ）方向の位置が調整される。
　パターンチップ１９１は、シリコンや石英等で構成された基板であり、表面に凹凸あるいは光反射率の高低が互いに異なる領域が周期的に形成されたものである。図６は、シリコン基板にエッチングによって格子状に四角形を配列した周期パターンを形成した例を示している。
　周期パターンの繰り返しの一単位を一点鎖線で囲んだ領域で示す。照明光の＋４５度方位と－４５度方位に沿う方向の繰り返し周期をそれぞれＰ＋４５、Ｐ－４５とする。照明光の波長λ（ラムダ）、入射角θＩと、以下の式（１）の関係に従って周期パターンの周期が決定される。例えばλ＝３５５ｎｍ、θＩ＝７５度のとき、Ｐ＋４５＝Ｐ－４５＝１８３．８ｎｍである。なお、ミラー１１３ａ等の調整により、照明光の入射角を切り替える場合は、パターンチップ１９１の表面に複数の種類のピッチの繰り返しパターンを設け、使用する入射角に対応するパターン領域に照明光が照射されるように、ステージ１５２の移動によってパターンチップ１９１の位置を調整する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　周期Ｐのパターンに入射角θＩの照明光を照射したときの回折光の回折角（パターンチップ１９１表面の法線からの角度）をθＤとすると、回折の原理から、以下の式（２）が成り立つ。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　ここで、ｍは整数であり回折の次数に相当する。上記のパターンチップ１９１のパターン周期が上記のＰ＋４５＝Ｐ－４５＝λ／２ｓｉｎθＩ、かつｍ＝１のとき、ｓｉｎθＤ＝－ｓｉｎθＩとなり、照明光の入射方向に対して、逆方向に戻る一次回折光（照明戻り光）がパターンチップ１９１から発生する。照明光の入射角が基準角度θＩからΔ（デルタ）θずれた場合には、ｓｉｎθＤ＝－ｓｉｎ（θＩ＋Δθ）、よってθＤ＝－θＩ－Δθとなり、照明光の入射角のずれがパターンチップ１９１から照明戻り光の回折角のずれとして現れる。
　パターンチップ１９１に形成される周期パターンの個々の形状は、照明戻り光の強度が強くなるような形状が用いられるのが望ましい。具体的には、図６に示したように、照明の入射方位に対してパターンの凹凸の縁が直交するような形状が用いられる。また、一次回折光の回折効率を高める形状として、凹部１９１ｂｓ（図６の黒四角部分）と凸部１９１ｓ（図６の白抜き部分）の面積比を１対１とし、凹部１９１ｂｓと凸部１９１ｓの反射光間の位相差をπとする（凸部１９１ｓで反射する反射光Ｂと、凹部１９１ｂｓで反射する反射光Ｂ´と、の光路長の差がλ／２となる凹部１９１ｂｓの深さを有する）などの方法で、０次回折光の強度を弱めるように設計されたパターンなどが用いられるのが望ましい。また、凹部１９１ｂｓの底面と、凸部１９１ｓの表面とは、平行であることが望ましい。
　ただし、パターンチップ１９１は上記の条件を満たすものに限られるものではなく、いくつかの条件を満たさないものであってもよい。例えば凹部１９１ｂｓが楕円形であってもよい。楕円形であれば、照明戻り光の強度は図６の矩形の場合よりも下がる可能性があるが、パターンチップ１９１の成形が容易となる場合がある。
　図７は、パターンチップに＋４５度方位の照明光を照射した際の回折光の出射方向の例を示す図である。本図を用いて、照明光の方位角が＋４５度からずれた場合の照明戻り光のずれについて説明する。図７の例では、パターンチップ１９１の法線方向からの角度をθ、方位をφとし、パターンチップ１９１の法線方向を原点として、原点からの距離をｓｉｎθ、方位をφとして表示する。回折光の出射方向を黒い楕円形状で示す。ここの回折光スポットの角度広がりは、照明光の入射角度幅、波長分散およびパターンチップ１９１のパターンの周期性のばらつきによって決まる。本実施形態では、照明光をＸ方向に集光するため、回折光がＸ方向に広がりを持つ。０次回折光方向１９２０は、回折角がθＩ、方位が＋４５度であり、０次回折光すなわち正反射光の出射方向を示す。一次回折方向１９２１は一次回折光の出射方向を示す。
　照明光の方位角がΔφずれたときの０次回折光方向と一次回折光の方向を、それぞれ１９２０’、１９２１’で示す。照明光のずれに対応して、０次回折光方向がΔφずれる。一次回折光の方向は、回折の原理に従って、本図における０次回折光との相対的な位置関係を保ったまま、Δφずれる。従って、照明光の方位角のずれがパターンチップ１９１から照明戻り光の方位角のずれとして現れる。
　－４５度照明の入射方向は、＋４５度照明とＹＺ面に対して鏡像対称であり、またパターンチップ１９１に形成されたパターンも同じくＹＺ面に対して鏡像対称であるため、－４５度照明も＋４５度照明と同様に、パターンチップ１９１を照明光で照射した戻り光の角度ずれを計測することで、パターンチップ１９１に対する照明光の角度ずれを計測できる。
　図８は、欠陥検査装置による照明角度の調整を含めた照明光調整処理の例を示すフローチャートである。この処理は、信号処理部２００及び全体制御部３０１が検査の都度、実行する。まず、検査対象物（試料２）を装置に投入し、ステージ１５２に設置する（ステップＳ７０１）。次に、検査条件を設定する（ステップＳ７０２）。検査条件には、照明条件（例として、照明光強度、偏光、角度（入射角、方位角））、検出条件（空間フィルタ１０３および偏光子１０４の設定）、および信号処理条件（信号処理部２００における欠陥検出しきい値等の設定）が含まれる。
　次に、照明光学系、検出光学系、信号処理部の調整及び設定を行う（ステップＳ７０３）。ここで、調整及び設定する対象は、ステップＳ７０２にて設定した、使用を選択した照明光学系及び検出光学系である。
　そして、全体制御部３０１は、対象の光学系について、前回調整後に所定時間を経過したか否か判定する（ステップＳ７０４）。具体的には、全体制御部３０１は、前回調整してから経過した時間を求め、調整完了後に状態を維持可能な所定の時間を超えているかどうかを判定する。所定時間を経過している場合（ステップＳ７０４にて「Ｙｅｓ」の場合）は、ステップＳ１００に制御を移す。
　所定時間を経過していない場合（ステップＳ７０４にて「Ｎｏ」の場合）は、全体制御部３０１は、前回調整後に環境条件に所定以上の変化があったか判定する（ステップＳ７０５）。具体的には、全体制御部３０１は、前回調整時以降の環境条件の変化（装置内空間２００１の温度変化、気圧変化など）が所定のしきい値を超えているかどうかを判定する。変化がしきい値を超えている場合（ステップＳ７０５にて「Ｙｅｓ」の場合）は、ステップＳ１００に制御を移す。
　環境条件の変化が所定のしきい値を超えていない場合（ステップＳ７０５にて「Ｎｏ」の場合）は、前回調整時に保存された調整パラメータに基づき照明光学系、検出光学系を設定して検査を実行し（ステップＳ７０６）、検査結果を表示、保存する（ステップＳ７０７）。そして、照明光の調整処理を終了させる。
　ステップＳ７０４およびステップＳ７０５の判定において、いずれかが「Ｙｅｓ」となる場合には、以下の手順で照明角度の計測および調整を行う。まず、図１０（後述）に示す方法で、照明戻り光の基準位置の較正を行う（ステップＳ１００）。次に、図９（後述）に示す方法で、照明戻り光の基準位置を補正する（ステップＳ１０１）。次に、パターンチップ１９１を照射領域ＲＩに移動させる（ステップＳ１０２）。
　次に、図５、図１１（後述）、あるいは図１２（後述）に示す方法で、全体制御部３０１は、照明戻り光の強度分布を計測する（ステップＳ１０３）。そして、全体制御部３０１は、照明光の角度ずれおよびフォーカスずれを算出する（ステップＳ１０４）。全体制御部３０１は、ずれ量が所定のしきい値以下であれば調整完了と判定する（ステップＳ１０７）。
　調整完了であれば（ステップＳ１０７にて「Ｙｅｓ」）、全体制御部３０１は、ステップＳ７０６に制御を移す。ずれ量が所定のしきい値を超えている場合、すなわち調整完了でない場合（ステップＳ１０７にて「Ｎｏ」の場合）には、全体制御部３０１は、照明光のフォーカスずれについて、ずれ量を縮小するように計測結果に基く照明フォーカスの調整を行う（ステップＳ１０５）。そして、全体制御部３０１は、ずれ量を縮小するように照明光の角度ずれを計測結果に基く照明角度の調整を行う（ステップＳ１０６）。
　そして、全体制御部３０１は、ステップＳ１０３に制御を戻し、照明戻り光に基づく角度ずれ、フォーカスについてずれ計測を再度実施して調整を繰り返す。以上の手順により、照明光の角度ずれおよびフォーカスずれを所定のしきい値以下に抑えた状態で調整を完了し、その調整完了状態で検査を行うことができる。
　以上が、照明光調整処理の例である。照明光調整処理によれば、自動的に照明光の角度ずれおよびフォーカスずれを所定のしきい値以下に抑えた状態で調整を完了し、その調整完了状態で検査を行うことができるようになる。
　図９は、照明戻り光の角度を計測する際に求める基準位置の特定方法の例を示す図である。図９に示すように、まず、光路分岐部１０１７において照明戻り光分岐素子１０１９によって照明戻り光の角度をビーム計測部１０２１が計測可能なように各素子を配置する。そして、光路分岐部１０１７を照明光が通過した後、試料２あるいはパターンチップ１９１に到達するまでの光路の途中に、反射素子１０３３を設置する。反射素子１０３３として、任意の入射光に対してそれと逆向きの方向に光を反射するコーナーキューブなどレトロリフレクタを用いる。あるいは、ベースプレート１０３２に対して照明光の光路が平行になるようミラーユニット１１０１によって光路を微調整した上で、ベースプレート１０３２に対して反射面が垂直になるように反射ミラーを設置して用いる。このような構成により、照明光の進行方向と正確に逆方向に光を戻し、ビーム計測部１０２１によって角度を計測し、戻り光の角度の基準値とする。
　なお、０次回折光（正反射光）１９２０の角度および遠方での到達位置を計測して照明光の角度ずれを計測する手段もあるが、機構部品の機械加工精度の制約や温度変動による歪みによる計測器の設置角度および位置の誤差、あるいは試料の設置角度誤差の影響を受けて、角度ずれの計測精度自体が低下する問題がある。特に、正反射光の計測手段は試料を挟んで照明光学系と対向する位置に設置する必要があり、光学系固定用のベースプレート等を介して照明光学系と離れた位置に設置する必要があるため、ベースプレートの歪みや機械加工誤差の影響により設置精度を確保することが難しい特性がある。
　本実施形態における照明戻り光の角度ずれを計測する方法では、照明光路と同一の光路を逆向きに進行する光の角度を基準とし、その基準からのずれを計測するため、照明光路途中のミラーやレンズなどの光学素子のずれは相殺されて計測に影響しない。また、照明光学系と別に計測器を離れた位置に設置する必要がなく、その設置誤差の影響を受けることもない。さらには、パターンチップ１９１に対する入射角と回折角との関係を利用するため、パターンチップ１９１の設置角度ずれにも影響を受けず、パターンチップ１９１の表面に対する照明角度のずれを計測することができる。つまり、本実施形態における、照明戻り光の角度ずれを計測する方法を採用することで、簡便な構成で、較正の精度を確保することができる。
　図１０は、照明戻り光の基準位置を補正する方法の例を示す図である。設計上決められた所定の角度で照明光が照射された場合に、照明の入射方向と逆方向に回折光が出射するような理想的な周期Ｌのパターンを持つパターンチップ１９１が用いられるのが望ましい。しかし、現実には、パターンチップ１９１を製作する際に、製作精度の制約によって実際に形成されたパターンの周期がＬ´となることがあり、理想的な周期Ｌに対して誤差を持つ場合がある。このとき、照明光を設計上決められた所定の角度でパターンチップに照射すると、照明戻り光は、照明の入射方向と逆向きの方向に対してずれた角度で出射することとなる。このずれの量は、パターン周期Ｌ´の周期Ｌに対する誤差と、前述した回折の式（数１）によって求められる。
　このような場合に、パターンチップ１９１のパターン周期の実測値ＬＭを走査式電子顕微鏡や原子間力顕微鏡などの手段で実測して求めておき、それによる照明戻り光角度の基準値からのオフセット量ΔＲを回折の式（数１）に従って求め、図８に示した方法で照明戻り光計測の較正にて求めた基準位置Ｒ０に対してこのオフセット量ΔＲを差し引いて補正した位置を集光スポット調整目標位置Ｒ１として算出する。この方法によって、パターンチップ１９１に形成されたパターンの周期に誤差がある場合でも、誤差の影響が補正され、試料２およびパターンチップ１９１に対する照明の角度を高精度で調整することができる。
　また、パターンチップの周期以外にも、レーザ光源１０１１の個体差や状態による照明光の波長ずれも、パターンチップ１９１から出射する回折光の角度に影響する。レーザ光源１０１１が発する照明光の波長の実測値λＭを分光器や波長計によって実測し、その値を照明戻り光角度の基準値からのオフセット量ΔＲを求める際に用いることで、照明光の波長に設計基準値からの誤差がある場合でも誤差の影響が補正され、試料２およびパターンチップ１９１に対する照明の角度を高精度で調整することができる。
　以上の照明角度の計測・調整方法は、斜方照明光学系１１２ａの集光作用が考慮されておらず、斜方照明光学系１１２ａによって集光しない方向（図２にて試料２上でＹ方向に対応する照明光断面内での方向）に関して有効である。それと直交する方向の照明角度計測・調整方法に関しては、図１１を用いて説明する。
　図１１は、斜方照明光学系によって集光される方向の照明戻り光計測方法の例を示す図である。ビーム計測部１０２１の集光素子１０２２を集光素子駆動部１０２４によって移動させて、照明戻り光計測の光路から外す。斜方照明光学系１１２ａによって照明光が集光され、パターンチップ１９１上に所定の角度で入射し、フォーカスが合うように調整されると（この状態を基準状態とする）、照明光の光路と同一の光路を照明戻り光が通り、ビーム計測器１０２３に入射する。光路から外れているために集光素子１０２２が作用しないため、ビーム計測器１０２３では照明戻り光の断面方向の位置が計測されることとなる。
　ここで、パターンチップ１９１に対する照明光の角度がずれ、さらにパターンチップ１９１の表面に対して照明光のフォーカス位置がずれた場合を考える。この場合の照明戻り光の光路の一部を図１１に一点鎖線で模式的に示している。照明光の角度のずれにより、基準状態に対してずれた角度で照明戻り光が斜方照明光学系１１２ａに入射する（図１１にてミラー１１３ａから斜方照明光学系１１２ａに向かう一点鎖線）。その結果、斜方照明光学系１１２ａによって平行光に戻された光の出射位置が基準状態に対して横にシフトする（図１１にて斜方照明光学系１１２ａからビーム計測器１０２３に向かう一点鎖線）。その結果、ビーム計測器１０２３において計測される照明戻り光の位置が横にシフトする。
　一方で、照明光のフォーカス位置がずれると（本例ではパターンチップ１９１が基準位置から上（＋Ｚ方向）にずれたと仮定する）、斜方照明光学系１１２ａとパターンチップ１９１間の距離が縮まるため、斜方照明光学系１１２ａから出射する照明戻り光が平行光に戻らずに発散する（図１１にて斜方照明光学系１１２ａからビーム計測器１０２３に向かう一点鎖線）。その結果、ビーム計測器１０２３において計測される照明戻り光の断面寸法が基準状態に対して拡大する。逆に、パターンチップ１９１が基準位置から下（－Ｚ方向）にずれた場合には、照明戻り光が収束光となり、ビーム計測器１０２３において計測される照明戻り光の断面寸法が基準状態に対して縮小する。
　なお、斜方照明光学系１１２ａから出射する照明戻り光が平行光であるか、発散しているか、収束しているかを判定する方法については、集光素子１０２２を光路に挿入し、集光スポットの大きさを基準状態と比較する方法でも計測することができる。
　本実施形態に係る照明戻り光計測方法によって計測された照明光のフォーカスずれに基づいて、斜方照明光学系１１２ａを構成するレンズの位置の調整、ミラー１１３ａの回転方向あるいは傾きの調整、あるいはステージ１５２による試料２およびパターンチップ１９１の位置の調整によって、試料２およびパターンチップ１９１の表面に照明光のフォーカス位置を合わせる。
　例えば、図示しないが、全体制御部３０１に調整部を設け、ビーム計測部１０２１から該調整部へビームの角度のずれ量とフォーカスのずれ量を受け渡す。また、ミラー１１３ａは、ミラー１１３ａの垂直軸上の回転量と、アオリ角とをモータ等の駆動により調整するミラー駆動部を備えるものとする。調整部は、光路の最終段にあるミラー１１３ａの垂直軸上の回転量と、アオリ角の変動量をミラー駆動部に伝え、ミラー駆動部は伝えられた変動量に合わせてミラー１１３ａを駆動する。
　従来、試料上やパターンチップ上の照明集光スポットの大きさを、照明光路とは別に設けた観察光学系による画像計測によって計測し、基準値とのずれを検出して照明光のフォーカス位置がずれたことを判断することが行われていた。しかし、このような従来の方法では、試料やパターンチップがどちらの方向にずれているか（集光レンズに近いのか遠いのか）の判別ができなかった。また、別に設けた観察光学系の空間分解能の制約で、微小な集光スポットの寸法を高精度に計測しフォーカスずれを高精度に判断することが困難であった。本実施形態に係る照明戻り光計測方法によれば、観察光学系を別に設ける必要がなく、また空間分解能の制約を受けずに、照明光のフォーカスのずれを、ずれの方向まで含めて計測することができるようになる。
　図１２は、ビーム計測部における照明戻り光の角度の基準値からのオフセットの計測方法の例を示す図である。図１２では、ビーム計測部１０２１の集光素子１０２２として、シリンドリカル集光レンズを用いた例を示している。照明光の進行方向に直交する面内において、斜方照明光学系１１２ａによって集光される方向をＸ´´、それに直交する方向をＹ´´とする。それぞれに対応する集光素子１０２２の設置位置での方向をＸ´、Ｙ´とする。集光素子１０２２の集光作用が働く方向がＸ´方向となるように設置する。
　この配置により、照明光のＸ´´方向に関しては、パターンチップ１９１に対する角度ずれに対応する角度ずれを持った平行光が照明戻り光として集光素子１０２２に到達し、その角度ずれがビーム計測器１０２３によって計測される（図１２（ａ））。
　照明光のＹ´´方向に関しては、パターンチップ１９１に対する角度ずれに対応する角度ずれを持った発散光が斜方照明光学系１１２ａに入射して、角度ずれに対応する位置ずれを持った平行光の照明戻り光として集光素子１０２２に到達する。本実施形態では、集光素子１０２２がＹ´方向に集光作用を持たないため照明戻り光がそのまま透過し、ビーム計測器１０２３によって位置ずれ、すなわち対応する角度ずれが計測される（図１２（ｂ））。
　ここで、パターンチップ１９１上の照明光の到達点が斜方照明光学系１１２ａの焦点面からずれた（斜方照明光学系１１２ａに近づいた、あるいは遠ざかった）場合、パターンチップ１９１から斜方照明光学系１１２ａに戻った光が平行光ではなく発散光あるいは収束光となる。ビーム計測器１０２３において照明戻り光の断面寸法を計測することで、発散あるいは収束の程度が計測できる。発散あるいは収束の程度に基づいて、パターンチップ１９１が焦点面からのずれ量（近づいた距離、あるいは遠ざかった距離）を計算する（図１２（ｃ））。
　図１２に示す方法によれば、集光素子１０２２の光路への出し入れを不要として集光素子１０２２を固定したままとすることで、集光素子１０２２の設置位置のずれやばらつきによるビーム計測部１０２１の計測誤差を抑え、照明角度ずれを高精度に計測できる。
　図１３は、照明光の角度ずれ計測・調整に用いられる操作画面の例を示す図である。操作画面４０１には、集光位置を画面上に示す集光位置モニタ４０２と、現状の照明光の照射状態を基準位置として登録する指示を受け付ける登録ボタン４０３と、基準位置からのずれを最小にする指示を受け付ける調整ボタン４０４と、集光素子１０２２を光路に挿入するか否かの指示を受け付ける集光レンズ設定受付領域４０５と、が含まれる。
　集光レンズ設定受付領域４０５にＯＮ／ＯＦＦのいずれかの入力を受け付けると、集光素子１０２２を光路に挿入するか否かが選択される。集光位置モニタ４０２には、ビーム計測器１０２３にて照明戻り光の集光位置（光強度分布）が計測された結果がリアルタイムに表示される。集光素子１０２２が光路に挿入された状態では、集光位置モニタ４０２における集光スポット４１１の位置が、照明戻り光の角度に対応する。
　登録ボタン４０３が押下されると、全体制御部３０１は、現状の照明光の照射状態を基準位置として登録する処理を行う。これは、欠陥検査装置１０００の組立・調整時、あるいは定期的な照明光学系のメンテナンス時に、調整完了した状態で、あるいは図９に示した戻り光の基準位置を較正する状態で、集光スポット４１１の位置を計測し、基準位置（集光位置モニタ４０２内の点線が交差する位置）として登録する（図１３（ａ）における登録ボタン４０３への入力のあったタイミングで実施）。全体制御部３０１は、集光位置モニタ４０２の光強度分布から、背景ノイズを差し引いた後、光強度分布の重心を求める、あるいはガウシアン等の強度プロファイルのフィッティングを行い中心位置を求める、などの既存の方法により、集光スポットの位置（ｘ，ｙ）を定量的に計測して記憶部３０４に格納する。
　調整ボタン４０４が押下されると、全体制御部３０１は、照明戻り光の基準位置からのずれを最小にする。また、照明戻り光の基準位置からのずれに応じて、全体制御部３０１は、ミラーユニット１１０２ａ、ミラー１１３ａ等の位置、角度調整によって、図１３（ｃ）のように基準位置に集光スポット位置が合うように照明角度の調整を行い、照明光の角度を基準状態に合わせる。
　経時変化や環境温度、気圧等の変動による調整ずれを計測・調整するため、上記の基準位置を登録した後、一定期間後、あるいは温度計２００２と気圧計２００３で計測される温度、気圧変動量が所定の範囲を超えた時点で、全体制御部３０１は、照明戻り光の角度計測および調整を行う。ここで、集光スポット４１１の位置を上記の方法で計測し、ユーザの入力（調整ボタン４０４の押下）あるいは全体制御部３０１からの指示に応じて、全体制御部３０１は基準位置からのずれを縮小するように照明角度の調整を行う。
　上述の調整処理は、これに限られるものではなく、より計画的、予防的に行われるものとしてもよい。例えば、照明光学系の複数箇所で照明光の計測を行い、調整の必要性の予兆を検出する構成としてもよい。
　図１４は、照明光学系の複数箇所で照明光の計測を行う構成の例を示す図である。図１４では、光路分岐素子１０２７、光路分岐素子１０３０のそれぞれを、照明光路に出し入れする移動機構を持つ光路分岐部１０２６と、光路分岐部１０２９と、を備える。光源部１０１から照明光が出射し照明光整形部１１４に入射する前の照明光路、および斜方照明光学系１１２ａを通過した後の照明光路に、それぞれ光路分岐素子１０２７、１０３０が挿入されると、照明光の一部がそれぞれビーム計測部１０２８またはビーム計測部１０３１に導かれる。
　ビーム計測部１０２８およびビーム計測部１０３１は、ビーム計測部１０２１と同様に集光素子およびビームの強度分布を計測するビーム計測器を備え、入射するビームの強度、角度、および位置を計測し、全体制御部３０１に出力する。光路分岐素子１０２７、１０３０は、照明光分岐素子１０１８と同様のビームスプリッタである。ビーム計測部１０２８、１０３１は、集光素子を備えず光強度のみを計測する光パワーメータを用いてもよい。
　特に、照明波長が短波長（３５５ｎｍや２６６ｎｍ）、の場合に、高出力のレーザ光による試料２への照射を長時間行うことで、照明光学系を構成する光学素子へのダメージや表面汚染（コンタミネーション）による透過率の低下が起こり、欠陥検査装置１０００の欠陥検査性能の経時変化の要因となる。経時変化を監視して対策する経時変化診断処理について、説明する。
　図１５は、経時変化診断処理のフローチャートの例を示す図である。計時変化診断処理は、照明光学系の状態を監視して経時変化を診断する処理である。まずはじめに、全体制御部３０１は、レーザ光源１０１１の出力を計測する（ステップＳ８００）。
　次に、図１４に示した構成を利用して、全体制御部３０１は、ビーム計測部１０２８、ビーム計測部１０２１、ビーム計測部１０３１のそれぞれにおいて照明光を分岐した光の強度を計測する（ステップＳ８０１）。これにより、光源部１０１の出射光量、照明光整形部１１４の出射光量、斜方照明光学系１１２ａの出射光量が計測される。
　そして、これらの計測値、およびレーザ光源１０１１の出力計測値から、全体制御部３０１は、光源部１０１を構成する光学素子（アッテネータ１０１２、ＮＤフィルタ１０１３）の透過率（ミラーユニット１１０１の反射率も含む）、照明光整形部１１４の透過率、斜方照明光学系１１２ａの透過率（ミラーユニット１１０２ａの反射率も含む）、屈曲作用を算出する（ステップＳ８０２）。
　全体制御部３０１は、それらの透過率、屈曲作用を所定の基準値と比較することで、基準値からの変動を求めて、経時変化があるか否か判定する（ステップＳ８０３）。基準値からの変動が所定の範囲を超える場合（ステップＳ８０３で「Ｙｅｓ」の場合）には、全体制御部３０１は、透過率変動が起こった箇所、および透過率変化の度合いを記憶部３０４に記憶させ、表示部３０２に表示させる（ステップＳ８０４）。
　その内容に基づいて、装置管理者が透過率変動が起こった箇所の対策（光学素子の洗浄や交換）を行う（ステップＳ８０５）。その後、全体制御部３０１は、ステップＳ８００へ制御を戻し、再度照明光学系の状態計測を行う。ステップＳ８０３において経時変化が検知されなかった場合（ステップＳ８０３で「Ｎｏ」の場合）には、全体制御部３０１は、経時変化を診断する処理を終了させる。
　上記の方法により、照明光学系の構成要素の透過率を常時あるいは定期的に監視することが可能となり、照明光学系の透過率の経時変化の発生有無と程度を監視することができる。透過率の低下が検知された場合には、上記の光学素子ごとの透過率の比較から光学素子ダメージや汚染の発生箇所を絞り込むことが可能となり、洗浄や交換により対策することが迅速、容易となる。それによって、欠陥検査装置１０００の欠陥検査性能を長期間にわたって安定させることができる。
　なお、ビーム計測部１０２８、１０３１をビーム計測部１０２１と同様に入射するビームの角度および位置も計測可能とすると、上述のステップＳ８０１、Ｓ８０２において、照明光の強度に加えて角度やコリメート状態の変動も計測することができる。つまり、照明光学系を構成する光学素子のレーザ照射ダメージや汚染によって屈折作用が生じて照明光が偏向、収束、あるいは発散した場合にも検知することができるようになる。透過率の経時変化のみを監視する場合よりもさらに、欠陥検査装置１０００の欠陥検査性能の安定性を向上させることができる。
　図１６は、検出光学系の構成例を示す図である。検出光学系１２００は、対物レンズ１０２、空間フィルタ１０３、偏光子１０４、結像レンズ１０５、検出器１０６、光路分岐素子１０８、瞳観察系１０９を有する。検出光学系１２００は、試料２から発生後、対物レンズ１０２で集光された反射光による像を検出器１０６に結像することにより反射光を検出する。
　検出器１０６は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　ＭＯＳ）イメージセンサ、アバランシェフォトダイオードアレイ、あるいはＳｉＰＭ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｐｈｏｔｏ－Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）等の一次元、あるいは二次元検出器である。対物レンズ１０２および結像レンズ１０５による照射領域ＲＩの検出像の位置に検出器１０６の受光面が設置されることで、反射光を検出できる。
　空間フィルタ１０３は、対物レンズ１０２の瞳面において移動可能な遮光フィルタあるいは遮光領域を制御、切替可能な空間光変調素子で構成され、瞳面上の部分的な領域を通過する回折光あるいは散乱光を遮光する作用を持つ。なお、偏光子１０４は、結像レンズ１０５と検出器１０６との間であって、検出器１０６の直前に配置してもよい。偏光子１０４は、回転機構と光軸外に退避する機構とを有している。回転機構により、偏光子１０４を任意の検光角度に設定することができる。退避する機構により、偏光子１０４の使用と不使用を切り替えることができる。光路分岐素子１０８は、照明光分岐素子１０１８と同様にプリズムやハーフミラーのビームスプリッタであるが、これに限られず、光路の選択を可能とする素子であればよい。例えば、ミラー等の光路切替素子であってもよい。
　瞳観察系１０９は、レンズとカメラとを備え、対物レンズ１０２の瞳面の画像を全体制御部３０１に出力する。瞳観察系１０９により計測される瞳面の画像は、照射領域ＲＩから発生する反射、散乱、回折光の角度分布に相当する。瞳観察系１０９により計測される瞳面の画像に基づいて、空間フィルタ１０３の遮光領域が設定される。
　対物レンズ１０２としては、正弦条件を満たすレンズが用いられる。正弦条件を満たすことで、軸外光のコマ収差が抑えられる。また、瞳面上での位置が回折角の正弦に比例するため、試料２に存在する周期的なパターンから発生する回折光の間隔が瞳面上において等間隔となる。よって、間隔を調整可能な等間隔の遮光部材を空間フィルタ１０３として用いることで、任意の周期パターンの回折光を効率よく遮光することができ、高感度の欠陥検査を実現できる。
　以上が、第一の実施形態に係る欠陥検査装置である。本欠陥検査装置によると、複数台の欠陥検査装置間での調整ばらつきおよび経時変化などによる照射角度の誤差を低減することが容易に可能となる。そのため、大規模に、かつ継続的に半導体等の製造を行うことが可能となる。
　（２）第二の実施形態　図１７は、第二の実施形態におけるパターンチップの回折光の分布例を示す図である。図１７では、図７と同様の表示方法で回折光の分布例が示されている。図１７では、第一の実施形態に示したパターンチップ１９１とは異なるパターンチップを用いるが、これを除くと、欠陥検査装置は同様の構成である。そのため、中心からの距離は、回折角の正弦に比例する。第一の実施形態と同様に、対物レンズ１０２が正弦条件を満たすため、回折角θの回折光は対物レンズ瞳面上で中心からｆｓｉｎθ（ｆは対物レンズ１０２の焦点距離）の位置に到達する。よって、瞳観察系１０９では、図１７と相似形の回折光の分布が計測されることとなる。第二の実施形態では、パターンチップ１９１は、図６に例示したようなパターン配列を備え、そのパターンの周期は以下の式３の関係に従う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　このとき、図１７に示したように、０次回折光の位置１９３０に対して、１次から４次の回折光がλ／Ｐ＋４５の間隔で並ぶ。４次の回折光が照明の入射方向に対して逆方向に戻る照明戻り光となり、２次の回折光の出射方向がパターンチップ１９１の法線方向、すなわち検出光学系１２００の検出光軸方向に一致する。１次、２次、３次の回折光（１９３１、１９３２、１９３３）の間隔は、瞳観察系１０９のカメラ上において、Ｍｆλ／Ｐ＋４５となる。ここで、Ｍは瞳観察系１０９の光学倍率である。
　仮に、照明波長が設計上の波長λからずれていた場合、あるいはパターンチップ１９１のパターン周期が設計上の値であるＰ＋４５からずれていた場合、あるいは照明光の入射方向が設計上の方向からずれていた場合には、２次の回折光１９３２の出射方向が対物レンズ１０２の中心からずれる、あるいは回折光の間隔が上記の計算値からずれる。これらのずれ量を瞳観察系１０９によるパターンチップ１９１の回折光位置の計測結果から算出し、図１０に示した関係に基く方法で照明戻り光計測の較正基準位置を補正することができる。
　以上が、第二の実施形態に係るパターンチップの回折光の分布例である。この分布例を用いて回折光のずれを特定し、較正基準位置を補正することができる。
　（３）第三の実施形態　図１８は、第三の実施形態に係るビーム計測部の構成例を示す。第三の実施形態は、第一の実施形態にかかる欠陥検査装置と略同様の構成を備えるが、ビーム計測部１０２１の構成に差異がある。第三の実施形態に係る光路分岐部１０１７では、照明戻り光が分岐され、そのうちの一方はビーム計測部１０２１に入射する。ビーム計測部１０２１は、この分岐された照明戻り光を計測するのに、波面計測器１０２５を用いる。
　波面計測器１０２５には、コリメート光の波面収差を計測可能なシャックハルトマン型波面センサ、あるいはコリメート光および非コリメート光の波面収差を計測可能な四波ラテラルシアリング干渉型（Ｑｕａｄｒｉｗａｖｅ　Ｌａｔｅｒａｌ　Ｓｈｅａｒｉｎｇ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｙ）波面センサ等が採用可能である。波面計測器１０２５によって照明戻り光の波面を計測し、収差のチルト成分を計算することで、照明戻り光の角度ずれを計測できる。
　また、波面計測器１０２５によって照明戻り光の波面を計測し、収差のデフォーカス成分を計算することで、照明戻り光のフォーカスずれ（発散あるいは収束など、コリメート状態からのずれ）を計測できる。なお、光路分岐部１０１７において、照明戻り光を分岐させる照明戻り光分岐素子１０１９に代えて、照明光を分岐させる照明光分岐素子１０１８を光路に挿入することで、ビーム計測部１０２１において、照明光の角度ずれおよびコリメート状態のずれを計測することが可能である。
　以上が、第三の実施形態にかかる欠陥検査装置である。本実施形態に係る欠陥検査装置では、波面計測器１０２５を用いることで、第一の実施形態のような集光素子１０２２が不要であるため、集光素子１０２２の設置や調整も不要であり、その調整精度による誤差の影響を受けず高精度に照明光および照明戻り光の角度ずれやフォーカス（コリメート状態）ずれを計測可能である利点がある。それに対し、第一の実施形態のビーム計測部１０２１では、高価な波面計測器１０２５を採用しないため、コストを低く抑えることができるという利点がある。
　このように、第一の実施形態乃至第三の実施形態にかかる欠陥検査装置を採用することで、照明光学系、Ｘ－Ｙ－Ｚ－θステージ、パターンチップやその調整状態に経時変化や個体差による誤差やばらつきが合った場合でも、試料に対する照明角度を高精度に調整することができ、複数台の欠陥検査装置間での調整ばらつきおよび経時変化などによる照射角度の誤差を低減することができる。
　なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
　また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
　また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
　本発明は、欠陥検査装置、及び欠陥検査装置の較正方法に限られず、欠陥検査システム、光学装置の較正方法、コンピュータ読み取り可能なプログラム、などの様々な態様で提供できる。
　２・・・試料、１０１・・・光源部、１０２・・・対物レンズ、１０３・・・空間フィルタ、１０４・・・偏光子、１０５・・・結像レンズ、１０６・・・検出器、１０８・・・光路分岐素子、１０９・・・瞳観察系、１１０ａ・・・ミラー、１１０ｂ・・・ビームスプリッター、１１１・・・照明光路切替部、１１２ａ，ｂ・・・斜方照明光学系、１１３ａ・・・ミラー、１１４・・・照明光整形部、１５１・・・ステージ駆動部、１５２・・・Ｘ-Ｙ-Ｚ-θステージ、１９１・・・パターンチップ、１９１ｂｓ・・・凹部、１９１ｓ・・・凸部、２００・・・信号処理部、３０１・・・全体制御部、３０２・・・表示部、３０３・・・演算部、３０４・・・記憶部、１０００・・・欠陥検査装置、１０１１・・・レーザ光源、１０１２・・・アッテネータ、１０１３・・・フィルタ、１０１４・・・波長板、１０１５・・・ビームエキスパンダ、１０１６・・・アナモルフィックビームエキスパンダ、１０１７・・・光路分岐部、１０１８・・・照明光分岐素子、１０１９・・・照明戻り光分岐素子、１０２０・・・移動機構、１０２１・・・ビーム計測部、１０２２・・・集光素子、１０２３・・・ビーム計測器、１０２４・・・集光素子駆動部、１０２５・・・波面計測器、１０２６・・・光路分岐部、１０２７・・・光路分岐素子、１０２８・・・ビーム計測部、１０２９・・・光路分岐部、１２００・・・検出光学系、ＲＩ・・・照射領域。

Claims (9)

  1. 　光源から試料ステージ面上の所定の照射位置に対して、前記試料ステージ面の法線方向に対して所定の角度だけ傾いた方向から照明ビームを入射する照明光学系と、
    　前記照明ビームを所定の方向に分岐する光路分岐素子と、
    　前記光路分岐素子を通って前記照射位置に向かい、該照射位置から該光路分岐素子へ戻るビームの角度を計測する角度計測系と、
    　を有することを特徴とする欠陥検査装置。
  2. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記角度計測系を用いて計測した前記光路分岐素子へ戻るビームの角度を用いて、前記照明ビームの前記照射位置への入射角度を較正する量を特定する演算部、
    　を有することを特徴とする欠陥検査装置。
  3. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記試料ステージ面上に、所定の周期の凹凸の繰り返しパターンを備える、
    　ことを特徴とする欠陥検査装置。
  4. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記試料ステージ面上の所定の照射位置に、所定の周期の凹凸の繰り返しパターンを備え、
    　前記角度計測系は、前記照明ビームを前記繰り返しパターンに照射して得られる回折光のうち、前記光路分岐素子へ戻る回折光の角度を計測する、
    　ことを特徴とする欠陥検査装置。
  5. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記照明ビームを照射することで前記照射位置から前記試料ステージ面の法線方向に発生する光を検出する検出光学系を備える、
    　ことを特徴とする欠陥検査装置。
  6. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記照明ビームを照射することで前記照射位置から前記試料ステージ面の法線方向に発生する光を検出する検出光学系と、
    　前記検出光学系に前記検出光学系の瞳面の光強度分布を計測する瞳観察系を備える、
    　ことを特徴とする欠陥検査装置。
  7. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記角度計測系は、波面計測器により前記光路分岐素子へ戻るビームの角度を計測する、
    　ことを特徴とする欠陥検査装置。
  8. 　請求項１に記載の欠陥検査装置であって、
    　前記照明光学系は、前記所定の照射位置に対して、前記試料ステージ面の法線方向に対して所定の角度だけ傾いた複数の方向から前記照明ビームを入射する、
    　ことを特徴とする欠陥検査装置。
  9. 　光源から試料ステージ面上の所定の照射位置に対して、前記試料ステージ面の法線方向に対して所定の角度だけ傾いた方向から照明ビームを入射する照明工程と、
    　前記照明ビームを光路分岐素子を用いて所定の方向に分岐させる光路分岐工程と、
    　前記光路分岐素子を通って前記照射位置に向かい、該照射位置から該光路分岐素子へ戻るビームの角度を計測する角度計測工程と、
    　を実施することを特徴とする欠陥検査装置の較正方法。
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