以下、本発明の実施の形態の例を、図を� ��いて説明する。図1は、本発明の実施の形態 の一例である表面検査装置の概要を示す図で ある。光源1から射出された発散光は、偏光� �2により直線偏光に変換され、凹面鏡3により ほぼ平行光となり被検査基板であるウエハ4� �体を照明する。図2に示すように、ウエハ4上 には複数のショット12が並んでおり、ショッ� ��12内には露光・現像されたレジストパター� �13(以後、単にパターンと記す)が形成されて� ��る。また、1ショット12内のパターンは必ず� ��も同じ微細パターンが並んでいるとは限ら� ��、場所により異なった微細パターンから成� ��ている場合もある。これらのパターン13は� �期が照明光の波長の2分の1以下の微細なパタ ーンを有している。すなわち、回折光が発生 せず、回折光を利用した検査装置では検査で きないような微細なパターンである。

 ウエハ4によって正反射された光はパター ン13が有する構造性複屈折によって偏光状態� ��変化を受けている。ここで、パターン13の� �造複屈折による偏光状態変化は、そのパタ� �ン13の状態、たとえば線幅や断面の台形度や エッジラフネスなどにより異なるため、パタ ーンの欠陥検査に利用することが出来る。照 明光のストークスパラメータは既知であるか ら反射された光のストークスパラメータを測 定すれば、そのパターン13による偏光状態の� ��化量を知ることが出来る。ここで、ストー� ��スパラメータ(S0、S1、S2、S3)とは、偏光状態 を示すパラメータの一つである。良く知られ ているようにS0は光強度(1に規格化)であり、S 1、S2成分が直線偏光成分の量と方位角に、S3� ��分が円偏光成分の量に対応するため、直線� ��光成分の変化と円偏光成分の変化とに分離� ��て検出することが可能となる。

 図3は、ストークスパラメータをポワンカ レ球を用いて視覚的に表現した図である。

 ポワンカレ球の三次元座標xyzの各軸にS1� �S2、S3をとれば、完全偏光である場合、偏光� ��態は、必ずポワンカレ球上の一点で表され� ��。

 ポワンカレ球を地球に見立てると、赤道� ��は直線偏光、北極は右まわりの円偏光、南� ��は左まわりの円偏光を表す。赤道とS1との� �点上の直線偏光は、赤道上を一周する間に18 0度回転する(非特許文献1第202頁、203頁参照)� �

 ウエハ4において、パターン13により偏光� ��態の変化を受けながら正反射された光は凹� ��鏡5によって収束光となり、回転移相子とし ての4分の1波長板6と検光子7を通過し、レン� �8を介して2次元撮像素子9上にウエハ4の全体� ��を形成する。

 ところで、4分の1波長板として一般的に� �く用いられているものは、複屈折性結晶板� �結晶軸が互いに直交するように2枚張り合わ� ��て、その厚みの差によって4分の1波長の光� �差を作り出すものであり、たとえば非特許� �献1の184ページに示されるものである。しか� ��、このタイプの波長板は入射光束が垂直入� ��のときは4分の1波長板として作用するが、� �が斜入射になると光路差が大きく変化し4分� ��1波長板として作用しないという問題がある 。本発明においてはその問題を回避するため 、単板で4分の1波長の光路差を発生させるべ� ��非常に薄い複屈折物質を用いている。たと� ��ば波長546nm用の4分の1波長板を単板の水晶で 作成した場合はその厚みは約15μmである。こ� ��場合、波長板が非常に薄いため強度的に弱� ��なるため、この波長板を複屈折性がない基� ��に接着もしくはオプティカルコンタクトす� ��ことが好ましい。また同様の効果を持つも� ��として非複屈折性基板上に複屈折性を有す� ��薄いポリマーを形成したものを用いても良� ��。ポリマーを用いたこの種の波長板として� ��、非特許文献2の79ページに掲載されている� ��ポリマー波長板 トゥルーゼロオーダータ� �プ」などが知られている。また非特許文献3� ��927~928ページに示されているごとく正結晶と 負結晶の組み合わせて入射角依存性を低減し た波長板を用いることも有効である。具体的 には非特許文献3には結晶石英(水晶)とサファ イアを組み合わせた例が開示されている。

 4分の1波長板6を360度回転させると正反射� ��の偏光状態が変調され2次元撮像素子9の各� �素の出力信号が変化し、その信号変化から� �号処理ユニット10により、周知の回転移相子 法を使用して、各画素のストークスパラメー タを計算することができる。なお、回転移相 子法によるストークスパラメータの測定につ いてはさまざまな書籍、雑誌類で紹介されて おり、たとえば非特許文献1の233ページに「� �転λ/4板による方法」として紹介されている� ��回転移相子法について簡単に述べると、移� ��子の回転角をθとするときに360度回転した� �きに得られる信号成分をフーリエ級数展開� �ると、S0はバイアス成分とcos4θ成分に、S1はc os4θ成分に、S2はsin4θ成分に、S3はsin2θ成分に 対応していることになり、これらのフーリエ 係数からストークスパラメータを求めること が可能である。この計算のより詳細な説明は 、本出願と同一出願人による特開2006-179660号� ��報にも記載されている。

 ここで、反射光の偏光状態をストークスパ� ��メータをもちいて表現しているので、あら� ��じめパターン13のないウエハについて、ウ� �ハからの反射光のストークスパラメータを� �定しておけば、光学系に起因して変化する� �光状態のみを知ることが出来るので、これ� �補正パラメータとする。すなわちパターン13 がある基板を測定したときの各画素のストー クスパラメータから、パターンがない基板を 測定したときの各画素のストークスパラメー タを差し引くことにより光学系に起因する偏 光状態の変化(量)を排除することが可能であ� ��。つまり、パターン13による偏光状態変化� �けを検出することが可能である。なお、こ� �ようにストークスパラメータを差し引くと� �にはS0が1に規格化されたストークスパラメ� �タを用いることが好ましい。
 なお、特開2006-343102号公報に開示されるよ� �な手段では、光学系自体で発生する偏光状� �の変化により漏れ光量が変化してしまうと� �う問題点があった。換言すれば基板上にパ� �ーンがなく偏光状態変化が起きない状態に� �いて、クロスニコル配置で基板を2次元撮像� ��ると本来全体が光量ゼロになるはずである� ��、実際は光学系による偏光の乱れによりク� ��スニコル系が完全ではないため、基板を2次 元撮像すると全体が光量ゼロにはならず、場 所によって異なる光量が検出される。パター ンによる偏光状態変化が小さいときにはクロ スニコル系からの漏れ光量での検出では十分 な欠陥検出精度を達成できないという問題点 があった。

 次に、検出された偏光状態変化から、パ� ��ーンの欠陥の有無の判定方法を以下に説明� ��る。

 あらかじめ走査型電子顕微鏡などで良品� ��あると判定されたショットの各画素ごとに� ��けるストークスパラメータの各成分ごとの� ��化量分布を記憶しておき、それとの比較に� ��り、各ショットが良品であるか不良品であ� ��かの判定を行う。

 ここで偏光状態(ストークスパラメータ)� �化(量)を画像化する際、明るさという一つの スカラー量に変換し、モニタ11上に可視化し� ��ウエハ画像を表示する。これは、例えば、� ��3に示すようなストークスパラメータのポア ンカレ球上のある2点間の直線距離、又はポ� �ンカレ球上のある2点間の球面に沿った距離� ��明るさに対応させることにより実現できる� ��また、表示する画像として、ストークスパ� ��メータの各成分の変化量、即ちS1、S2、S3の� ��化量をそれぞれ独立に表示することも可能� ��ある。

 その結果、パターン13の露光時の露光量� �差やフォーカス誤差などに起因してパター� �の線幅変化を起こした不良ショットがあれ� �、その不良ショットだけが明るさが違って� �示されることになる。また、1ショット内の� ��部に部分的に欠陥がある場合には、欠陥部� ��だけが部分的に明るさが違って表示される� ��とになる。

 また構造複屈折による偏光変化はS3成分(� ��偏光成分)に現れるためS3成分の変化量だけ� ��見るという方法も有効である。この場合は� ��S3成分の変化量を明るさに対応させて表示� �る。また、パターンの形状によってはスト� �クスパラメータをひとつのスカラー量に換� �せず、前述のように、各パラメータS1、S2、S 3の変化量をそれぞれ算出し、良品、不良品� �判断をすることも有効である。

 なお、上記の説明は二次元撮像素子の各� ��素ごとにストークスパラメータを求めるも� ��としたが、たとえば各画素の感度誤差や電� ��的ノイズの低減のために複数の画素の信号� ��平均をとっても構わない。たとえば2×2の4� �素の信号の平均を取るようにしてもよく、� �の場合は最終的に得られる画像の画素数は� �の画素数の4分の1となる。

 図4は、パターン13による構造性複屈折が� ��大になるための条件を表す図である。図の� ��うにライン14とスペースが並んだパターン13 では、図に示されたx方向とy方向の実効的な� ��折率が異なる。そのため図3のようにライン 14に対して45度の角度を成す振動方向を有す� �直線偏光を入射させた場合に偏光状態の変� �が最大となり、図5のようにS3成分が発生し� �出光は楕円偏光となる。なお、ここでは簡� �のため垂直入射として説明しているが斜入� �の場合には光のx方向の振動成分とy方向の振 動成分の反射率に差が発生するためS2成分も� ��時に発生し、45度よりも傾いた楕円偏光に� �る。そのため斜入射の場合には偏光状態変� �が最大になる直線偏光の振動方向の角度は45 度からずれることもあり、その角度はパター ン13の構造に依存する。

 入射偏光の振動方向とパターン13に所望� �角度を持たせるためには、偏光子2を回転さ� ��る方法とウエハ4を回転させる方法の2種類� �あるが、本実施の形態では、偏光子2は振動� ��向が紙面内になるように配置し、ウエハ回� ��装置(図示せず)によりウエハ4を回転させて� ��望の角度を成すようにしている。しかし本� ��的にはどちらでも構わない。なお、ウエハ4 の回転は、ウエハ回転装置をウエハを載置す るステージに設置して、ウエハをステージ上 で回転させるようにしても良いし、一旦、ウ エハをステージから離脱して、ウエハ回転装 置まで搬送してウエハ回転装置で回転させた 後、再度ステージに載置するという方法でも かまわない。

 図6は、光源1を詳細に描いた図である。� �銀ランプ101から発せられた光は楕円鏡102で� �光された後レンズ103でコリメートされ、波� �選択フィルタ104と減光フィルタ105を通過し� �後、レンズ106で集光されランダムファイバ� �107に入射する。

 このランダムファイバー107の射出端であ� ��107aが図1の光源1の射出端に相当する。ここ� ��波長選択フィルタ104は水銀ランプの輝線を� ��択できるよう切り替え式となっており、e線 、g線、h線、i線、j線(313nm)、248nmのフィルタ� �選択可能となっている。構造性複屈折は波� �が短いほど偏光状態の変化が大きいことか� �なるべく短い波長を用いることが好ましい� �、短波長側はランプのスペクトル分布や光� �素子の透過率などの影響で光量が落ちるな� �好ましくない要素もあり、パターンの状況� �より各種波長を使い分けることができるよ� �にしている。減光フィルタ105も状況に応じ� �各種透過率を切り替えられるようになって� �る。

 また波長を変更した場合には移相子が4分の 1波長からずれることになるので波長に応じ� �移相子を交換可能としてもよい。また、た� �えば水晶波長板とMgF ₂ 波長板を組み合わせた広帯域波長板を採用し 、交換しないシステムとしてもよい。この場 合は波長により4分の1波長から少しずれるこ� ��になるが回転移相子法では移相子の移相角� ��厳密に90度(4分の1波長)でなくともズレ量が� ��かっていれば補正可能であるので問題は無� ��。また検光子の消光比があまり高くない場� ��でも消光比そのものが既知であれば同様に� ��正可能である。

 なお、以上の説明においては、偏光状態を� ��す指標としてストークスパラメータを用い� ��例を示しているが、偏光状態を表す指標と� ��ては、ストークスパラメータに限るもので� ��ない。偏光状態を表す指標についてはさま� ��まなものがあり、たとえば
(1)偏光状態を楕円で表したときの、長軸方位 角と楕円率、または長軸方位角と楕円率角
(2)偏光状態をジョーンズベクトルで表したと きの複素振幅の振幅項と位相項
(3)偏光状態をジョーンズベクトルで表したと きの複素振幅の実数項と虚数項
などの方法が挙げられる。本質的にはこれら を偏光状態を表す指標として用いても構わな いが、最もわかりやすい指標としてストーク スパラメータを用いることが好ましい。