表面検査装置
【課題】 表面検査装置において、被検面の略全面を検査する場合にも効率的に検査を行うことができるとともに、被検面が粗面の場合にもノイズ成分の重畳を防止する。
【解決手段】 被検面の所定領域Ｐ０に対してレーザ光Ｌ０′を照射し、所定領域Ｐ０内の互いに異なる４つの小領域Ｐ１〜Ｐ４からの各正反射光Ｌ１〜Ｌ４を、４つの開口を有する視野絞り５３により空間的に分離して通過させるとともに、これら４つの開口に、各正反射光Ｌ１〜Ｌ４を互いに異なる４つの偏光成分として通過させる偏光素子６１〜６４が配設され、各小領域Ｐ１〜Ｐ４に対応した偏光成分Ｍ１〜Ｍ４が視野絞り５３の全ての開口を順次通過するように、ｘｙ２次元走査ステージ２０がレーザ光Ｌ０′に対して被検面を変位させることにより、各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとにそれぞれ４つの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度を検出する。
【解決手段】 被検面の所定領域Ｐ０に対してレーザ光Ｌ０′を照射し、所定領域Ｐ０内の互いに異なる４つの小領域Ｐ１〜Ｐ４からの各正反射光Ｌ１〜Ｌ４を、４つの開口を有する視野絞り５３により空間的に分離して通過させるとともに、これら４つの開口に、各正反射光Ｌ１〜Ｌ４を互いに異なる４つの偏光成分として通過させる偏光素子６１〜６４が配設され、各小領域Ｐ１〜Ｐ４に対応した偏光成分Ｍ１〜Ｍ４が視野絞り５３の全ての開口を順次通過するように、ｘｙ２次元走査ステージ２０がレーザ光Ｌ０′に対して被検面を変位させることにより、各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとにそれぞれ４つの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面検査装置に関し、詳細には、被検面を被膜している所定の薄膜の膜厚等物性を求める表面検査装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検面に形成された被膜の膜厚や、この被膜の光学的物性（屈折率等）などの特性を求める表面検査装置としてエリプソメータが知られている。
【０００３】
このエリプソメータは、薄膜が形成された被検面の所定領域に対して光源から出射した光束を照射し、この所定領域で正反射した反射光の光強度を、互いに異なる３つの偏光方向（ｐ偏光面の方向、ｓ偏光面の方向、ｐ偏光面およびｓ偏光面に対して主軸がそれぞれ＋４５°傾いた方向）についての下記４つのデータＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４として検出する。
【０００４】
Ｉ１＝｜Ｅｘ｜2
Ｉ２＝｜Ｅｙ｜2
Ｉ３＝（１／２）｜Ｅｘ＋Ｅｙ｜2
＝（１／２）｛｜Ｅｘ｜2＋｜Ｅｙ｜2｝＋｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜cosδ
Ｉ４＝（１／２）｜ｉＥｘ＋Ｅｙ｜2
＝（１／２）｛｜Ｅｘ｜2＋｜Ｅｙ｜2｝＋｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜sinδ
ここで、Ｅｘはｓ偏光成分の強度、Ｅｙはｐ偏光成分の強度、δはｐ偏光の反射前後の位相差δｙとｓ偏光の反射前後の位相差δｘとの差（＝δｘ−δｙ）をそれぞれ示し、ｉは虚数単位であり、Ｉ１はｓ偏光面についての強度、Ｉ２はｐ偏光面についての強度、Ｉ３は主軸の方向が４５°（方位角４５°）の偏光面についての強度、Ｉ４は１／４波長板を通過させて直線偏光に変換した後の方位角４５°の偏光面についての強度をそれぞれ示す。
【０００５】
一方、偏光状態を特定する４つの指標値（ストークスパラメータ）Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれ以下のように規定される。
【０００６】
Ｓ０＝｜Ｅｘ｜2＋｜Ｅｙ｜2
Ｓ１＝｜Ｅｘ｜2−｜Ｅｙ｜2
Ｓ２＝２｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜cosδ
Ｓ３＝２｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜sinδ
したがって、ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３は、検出された４つの光強度データＩ１〜Ｉ４を用いて、以下のように算出することができる。
【０００７】
Ｓ０＝Ｉ１＋Ｉ２
Ｓ１＝Ｉ１−Ｉ２
Ｓ２＝２・Ｉ３−（Ｉ１＋Ｉ２）
Ｓ３＝２・Ｉ４−（Ｉ１＋Ｉ２）
そして、このように求められたストークスパラメータに基づいて、薄膜の膜厚ｄや、薄膜の屈折率ｎおよび吸収係数（消衰係数）Ｋ等の光学定数（以下、これらを総称するときは、薄膜の物性と称するものとする。）を求めることができ、さらに、光学定数と物質名称とを予め対応付けたデータベースとの連係により、薄膜を形成する未知の物質を特定することもできる。
【０００８】
しかし、エリプソメータは上述した３つの偏光方向について４つの光強度を各別に測定する必要があるため、単一の光強度検出器しか備えないものでは、検出しようとする反射光の光路上に配置する検光子や１／４波長板を順次切り換えて、光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を各別に得るために４回の測定を行う必要があり、測定時間の短縮化が求められている。
【０００９】
そこで、ビームスプリッタを用いて反射光の光路を４つの光路に分割し、これら分割して得られた４つの光路のうち３つには、主軸の方向が互いに異なる３つの検光子を対応させて各別に配置し、他の１つには、１／４波長板と検光子とを配置して、各光路の検光子を通過した反射光を４つの光強度検出器により各別に検出することにより、１回の測定で４つの偏光状態の反射光の強度Ｉ１〜Ｉ４を同時に検出するエリプソメータが提案されている（特許文献１）。
【００１０】
この技術によれば、４つの偏光状態の光強度を同時に測定することができるため、繰返しの測定が不要となり、測定時間の短縮することができる。
【特許文献１】特開平７−１５９１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述した従来のエリプソメータは、被検面の特定の領域について反射光の強度を検出するに際し、偏光方向ごとに複数回繰返しの測定を行うものであったため、被検面のうち一部領域のみを測定対象とする場合には支障がないものの、被検面の略全面を詳細に測定するような多数の領域を測定対象とする場合には、１つの領域の測定が終了する都度、領域を手動で移動させて測定を行う必要があり、多大なる測定時間や手間を要するものとなっている。
【００１２】
また、特許文献１では、反射光の光路を分割することで、１つの領域について１回の測定で同時に４つの検出値を得るようにした技術が記載されているが、被検面が平滑な鏡面である場合においては問題はないが、被検面が鏡面以外の粗面をも含む場合には、信号成分としての正反射光に、粗面で反射したノイズ成分である散乱光が重畳して検出されるため、Ｓ／Ｎが低下し、測定結果の信頼性を低下させるものであった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、被検面の略全面を検査するような多数領域を検査対象とする場合にも、簡易かつ効率的に検査を行うことができるとともに、被検面が粗面の場合にもノイズ成分の重畳を防止または大幅に抑制することができる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る表面検査装置は、所定の薄膜が形成された被検面の所定領域に対して光源から出射した偏光状態が既知の光束を照射光学系により照射し、前記所定領域で反射した反射光の光強度を互いに異なる複数の偏光成分ごとに検出することにより、前記反射光の偏光状態を検出し、この検出された偏光状態に基づいて前記薄膜の膜厚および該薄膜の物性のうち少なくとも１つを求める表面検査装置において、前記所定領域のうち前記光強度を検出する前記偏光成分の数に応じた互いに異なる複数の小領域からの各反射光を空間的に分離して通過させる、レンズおよび前記小領域の数に対応した数の開口を有する視野絞りと、前記視野絞りの各開口を通過した前記各反射光の光路上にそれぞれ配設された、互いに異なる偏光成分を通過させる偏光素子（１／４波長板を含む）と、前記各偏光素子を通過した各反射光の光強度を各別に検出する光強度検出手段と、前記各小領域からの各反射光が前記視野絞りの全ての開口を順次通過するように、前記光束を前記被検面に対して走査させる走査手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、反射光の光強度を検出する偏光成分としては、例えば、ｐ偏光成分、ｓ偏光成分、およびｐ偏光成分とｓ偏光成分とに対して方位角がそれぞれ４５°傾いた成分、および１／４波長板を通過した偏光のうち方位角４５°の成分（合計４つの偏光成分）などである。
【００１６】
これらの偏光成分ごとに光強度を検出するための具体的な構成としては、光源から被検面までの間の出射光の光路上に、被検面への照射光の偏光面を一定の方位角に規制して偏光状態を既知とするための偏光素子（偏光子）を配設した上で、被検面での反射光のうち検出しようとする偏光成分の方向に沿った主軸を有する偏光素子（検光子）を、それぞれ対応する光路上に配設し、方位角４５°の成分のうち一方については、さらに検光子の手前（反射光の進行方向の上流側）に１／４波長板を配置した構成とすればよい。
【００１７】
また、走査手段は、光束を被検面に対して走査させるものであれば、光束を変位させることにより光束を被検面に対して走査させるものであってもよいし、被検面を変位させることにより光束を被検面に対して走査させるものであってもよいし、光束および被検面の両方を変位させるものであってもよい。
【００１８】
走査手段による走査方向としては、ｘｙ走査（ｘ軸に沿った主走査とｙ軸に沿った副走査との組合せ）であってもよいし、回転変位と半径方向への変位とを組み合わせた回転走査等公知の種々の走査を適用することができ、被検面を有する被検体の形状や性状等に応じて適宜選択して適用すればよい。
【００１９】
このように構成された本発明に係る表面検査装置によれば、レンズと複数の開口が形成された視野絞りとにより、被検面の所定領域内の複数の小領域からの正反射光のみが、対応する視野絞りを通過し、散乱光は遮断される。
【００２０】
そして、視野絞りの各開口を通過した小領域からの正反射光は、対応して設けられた光強度検出手段によってそれぞれ入射して、その光強度が検出されるが、各正反射光は、視野絞りと光強度検出手段の間に配設された偏光素子（１／４波長板を含む）により、光強度検出手段に入射する際には、それぞれ互いに異なる偏光成分とされる。
【００２１】
すなわち、例えば視野絞りに４つの開口Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が形成されている構成においては、第１の開口Ｗ１を通過する正反射光Ｌ１は、所定領域からの正反射光のうち、第１の小領域Ｐ１からの正反射光に限定され、第２の開口Ｗ２を通過する正反射光Ｌ２は、所定領域からの正反射光のうち、第２の小領域Ｐ２からの正反射光に限定され、第３の開口Ｗ３を通過する正反射光Ｌ３は、所定領域からの正反射光のうち第３の小領域Ｐ３からの正反射光に限定され、第４の開口Ｗ４を通過する正反射光Ｌ４は、所定領域からの正反射光のうち、第４の小領域Ｐ４からの正反射光に限定される。
【００２２】
そして、第１の開口Ｗ１を通過した第１の小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１は、その光路上に配設された第１の偏光素子により、正反射光Ｌ１のうち第１の偏光成分Ｍ１のみが通過して、その光強度Ｉ１が光強度検出手段により検出される。このとき、光強度検出手段は、第１の小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１が通過する光路上に配置されているため、第１の小領域Ｐ１で正反射方向以外に散乱反射したノイズ成分である散乱光がこの光強度検出手段に入射するのを防止・抑制することができる。
【００２３】
同様に、第２の開口Ｗ２を通過した第２の小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２は、その光路上に配設された第２の偏光素子により、正反射光Ｌ２のうち第２の偏光成分Ｍ２のみが通過して、その光強度Ｉ２が光強度検出手段により検出され、第３の開口Ｗ３を通過した第３の小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３は、その光路上に配設された第３の偏光素子により、正反射光Ｌ３のうち第３の偏光成分Ｍ３のみが通過して、その光強度Ｉ３が光強度検出手段により検出され、第４の開口Ｗ４を通過した第４の小領域Ｐ４からの正反射光Ｌ４は、その光路上に配設された１／４波長板および第４の偏光素子により、正反射光Ｌ４のうち第４の偏光成分Ｍ４のみが通過して、その光強度Ｉ４が光強度検出手段により検出される。そして、各光強度検出手段には、対応する小領域からの正反射光のみが入射し、散乱光の重畳した正反射光として誤検出するのが防止・抑制される。
【００２４】
ここで、小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は同一の領域ではなく、重複している部分がなく互いに独立した領域であるか、あるいは重複しているとしてもその重複は一部のみであるような領域である。したがって、これらの互いに異なる小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４からそれぞれ正反射した光は空間的に分離され、互いに異なる偏光成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４として、光強度検出手段に検出される。
【００２５】
そして、走査手段が各小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４からの各反射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が視野絞りの全ての開口Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を順次通過するように光束を被検面に対して走査させることにより、被検面に対する１回の走査で、各小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ごとに各正反射光の４つの偏光成分を順次検出することができる。
【００２６】
すなわち、薄膜の膜厚や薄膜の物性等を特定するこの種の従来の表面検査装置は、被検面の一部領域のみを検査対象としており、しかも、その検査対象である一部領域からの反射光について異なる複数の偏光成分を取得する必要により繰返しの複数回の検査を行う必要性から、走査光学系（走査手段）を組み合せた構成は採用されていなかったが、本発明の表面検査装置は、この走査手段との組合せにより、被検面の一部領域のみならず略全面に亘って検査対象とすることができるとともに、ある瞬間において光束が照射されている走査領域からの反射光の偏光成分の検出と、その瞬間から時系列的に進んだ後のある瞬間における走査領域からの反射光の偏光成分の検出とを、空間的に対応付けたことにより、複数回の走査を要することなく、１回の走査で、被検面の略全面について各小領域からの反射光の複数の偏光成分を得ることができ、効率的な表面検査を行うことが可能となる。
【００２７】
また、本発明の表面検査装置は、走査手段が満たすべき条件と視野絞りにおける複数の開口の配置とは、これらの間の相対的な関係が満たされれば足りるため、視野絞りにおける複数の開口の配置が規定されている場合には、走査条件は視野絞りにおける複数の開口の配置に応じて設定されるが、これとは反対に、走査条件が規定されている場合には、この走査条件に応じて、視野絞りにおける複数の開口の配置が設定されればよく、これら２つの条件の関係は、いずれを主とし、いずれを従としてもよい。
【００２８】
本発明に係る表面検査装置においては、前記走査手段による走査は、平行移動または回転移動による主走査と、前記主走査方向に略直交する方向への平行移動による副走査との組合せであり、前記視野絞りにおける前記複数の開口は、前記副走査の方向に対応した方向に沿って配列されていることが好ましい。
【００２９】
主走査と副走査との組合せによって被検面に光束を走査させる走査手段は、他の種類の装置において利用される場合、被検面を走査する光束の進行方向（照射方向）が主走査方向に対して略直交するように構成されるのが一般的である。この場合、断面略円形の光束は、入射した被検面において、主走査方向に短径を有し副走査方向に長径を有する楕円形状の走査スポットを形成する。
【００３０】
したがって、本発明の表面検査装置においても、光源、照射光学系および走査手段の配置や走査方向等を一般的な配置に設定すると、主走査方向よりも副走査方向に長い楕円形状の走査スポットが形成されることとなる。
【００３１】
そして、このように副走査方向に長径を有する楕円形状の走査スポットを形成した場合、この走査スポット（所定領域）を視野絞りの複数個の開口によって複数の小領域に分解するには、その長径方向について分解するのが、分解精度を高めるうえで好ましい。
【００３２】
よって、走査スポットを空間的に複数の小領域に分解する方向を規定する開口の配列方向を、光束の副走査方向に対応した方向に沿ったものとすることにより、小領域の空間的な分解精度すなわち正反射光の空間的な弁別精度を高めることができ、測定精度を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明の表面検査装置は、各偏光素子は、それぞれの光路に対応する前記視野絞りの前記開口を塞ぐように配設されて、前記視野絞りと一体的に形成されていることが好ましい。
【００３４】
視野絞りと各偏光素子とが一体的に形成されているため、これらの取扱いを容易にすることができ、また、照射野絞りの開口という空間に各偏光子が配設されているため、空間利用効率を向上させることができ、装置全体の小型化にも資することができる。
【００３５】
また、本発明の表面検査装置は、光源から出射され前記所定領域に到達した光束の光量分布が全ての前記小領域について均一となるように、前記光量分布を調整する光量分布調整手段を備えていることが好ましい。
【００３６】
所定領域内の各小領域は、相異なる偏光成分の検出が行われる都度、光束の走査によって、所定領域内における相対的な位置が変化する。すなわち、例えば所定領域内の第１の小領域Ｐ１は、第１の偏光成分Ｍ１が検出される際には、その所定領域内の第１の小領域Ｐ１として位置しているが、走査によって走査スポットの位置が移動していることにより、第２の偏光成分Ｍ２が検出される際には、その第１の小領域Ｐ１は、走査スポットの領域（所定領域）内における第２の小領域Ｐ２に位置することになる。
【００３７】
さらに走査が進み、第３の偏光成分Ｍ３が検出される際には、元の第１の小領域Ｐ１は、走査スポットの領域（所定領域）内における第３の小領域Ｐ３に位置し、第４の偏光成分Ｍ４が検出される際には、元の第１の小領域Ｐ１は、走査スポットの領域（所定領域）内における第４の小領域Ｐ４に位置することとなる。
【００３８】
したがって、走査スポットの領域内の光強度分布が均一でないときは、第１の偏光成分Ｍ１が検出されたとき、第２の偏光成分Ｍ２が検出されたとき、第３の偏光成分Ｍ３が検出されたとき、第４の偏光成分Ｍ４が検出されたときとでは、そもそも照射光量が異なるため、これらの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４に基づいて偏光状態を特定するストークスパラメータを精度よく算出することはできないが、光量分布調整手段によって、少なくとも全ての小領域について、照射光量の分布が均一となるように調整することにより、精度よく算出することが可能となる。
【００３９】
ここで、光量分布調整手段は、例えば、光源自体を複数の光源を配列したアレイ光源として構成してもよいし、照射光学系の一部として組み込んだ構成としてもよい。
【００４０】
なお、光量分布調整手段を備えないために走査スポット内の光量分布が均一でないものであっても、少なくとも全ての小領域について照射光量の分布が均一であれば、小領域以外の領域の光量分布が均一であることまでは要しない。
【００４１】
また、光量分布調整手段を備えないために走査スポット内の全ての小領域の光量分布が均一でないものであっても、そのような不均一な光量分布の状態で実際に検出された反射光の光強度の検出値に対して、走査スポット内の全ての小領域の光量分布が均一であったとすれば得られる補正値に補正処理する補正手段を備えたものであれば好ましい。
【００４２】
そのような補正手段を有するものであれば、全ての小領域の光量分布が均一でない状態で検出された検出値に対して、検出の後に演算処理等の補正処理を施すことによって、均一な光量分布の状態で検出されたものと見なすことができ、そのように補正された検出値（補正値）を用いることにより、ストークスパラメータを精度よく算出することが可能となる。
【００４３】
なお、補正手段としては、例えば、補正用パラメータや補正用演算式あるいは補正用関数等を記憶させたメモリと、このメモリに記憶された補正用パラメータ等を用いて、実際の検出値に補正処理を施す補正演算処理手段等とからなるものなどを適用することができる。
【００４４】
これら補正パラメータ等は、薄膜の膜厚やその薄膜の物性等が予め既知のテストピースに、本発明に係る表面検査装置による走査スポットを形成し、この走査スポットの領域内の光量分布と正反射光の各偏光成分の光強度等との関係を、既知の膜厚や物性等に基づいて予め実験的に求めておき、一方、同一のテストピースに光量分布が均一な走査スポットを照射したときの正反射光の各偏光成分の光強度等を予め実験的に求め、両実験結果の対応関係に基づいて求めることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る表面検査装置によれば、正反射方向以外に散乱反射したノイズ成分である散乱光の重畳を防止・抑制することができ、検出精度を向上させることができる。
【００４６】
しかも、被検面の一部領域のみならず略全面に亘って検査対象とすることができるとともに、簡易かつ効率的な表面検査を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明に係る表面検査装置についての最良の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置１００の構成を示す図、図２は照射光と反射光との関係を示す図であり、図２（ａ）は斜視図、（ｂ）は光路に沿った断面を示す図をそれぞれ表す。
【００４８】
図示の表面検査装置１００は、所定の薄膜２１０が形成された被検面２２０を有する被検体２００が載置されるｘｙ２次元走査ステージ２０（走査手段）と、照射光であるレーザ光Ｌ０を出射するレーザ光源１０と、この光源１０から出射されたレーザ光Ｌ０を、ステージ２０上に載置された被検体２００の被検面２２０の所定領域Ｐ０に、所定の入射角度αで入射させる照射光学系３０と、光強度（光量）Ｉ１，Ｉ２Ｉ３，Ｉ４を検出する４つの受光素子４１，４２，４３，４４（光強度検出手段）と、上記所定領域Ｐ０で反射した正反射光をこの所定領域Ｐ０内の互いに異なる４つの小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４でそれぞれ反射した４つの正反射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に空間的に分離して、それぞれを対応する受光素子４１〜４４に各別に導く、対物レンズ５１、集光レンズ５２および４つの開口５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが形成された視野絞り５３を有する検出光学系５０と、この検出光学系５０を通過して得られた４つの正反射光Ｌ１〜Ｌ４の各光路上に各別に配置されて、各正反射光Ｌ１〜Ｌ４を互いに異なる偏光成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４として通過させる偏光素子６０と、各受光素子４１〜４４によって検出された光強度Ｉ１〜Ｉ４に基づいて各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとの偏光状態を特定し、特定された偏光状態に基づいて薄膜２１０の膜厚ｄおよび薄膜を構成する材料の種別を特定する光学定数（屈折率や消衰定数等）を算出する演算処理手段７０とを備えた構成である。
【００４９】
ここで、照射光学系３０は、集光レンズ３１と、この集光レンズ３１を通過したレーザ光Ｌ０を所定の偏光成分に規制する偏光子３２とを備えており、偏光子３２を通過して被検面２２０に到達するレーザ光Ｌ０′の偏光状態は既知とされている。
【００５０】
また、偏光素子６０は、詳しくは図３に示すように、４つの検光子６１，６２，６３，６４および検光子６４の光の入射面側に貼り合わされた１／４波長板６５からなり、検光子６１は視野絞り５３の開口５３ａを、検光子６２は開口５３ｂを、検光子６３は開口５３ｃを、１／４波長板６５および検光子６４は開口５３ｄを、それぞれ塞ぐように配設されて、視野絞り５３と一体化されている。なお、開口５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは等間隔Δｙ′に形成されている。
【００５１】
検光子６１は、対応する開口５３ａを通過する小領域Ｐ１（図２）からの正反射光Ｌ１のうちｓ偏光成分Ｍ１（以下、第１の偏光成分Ｍ１という。）を通過させるように、検光子６２は、対応する開口５３ｂを通過する小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２のうちｐ偏光成分Ｍ２（以下、第２の偏光成分Ｍ２という。）を通過させるように、検光子６３は、対応する開口５３ｃを通過する小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３のうちｐ偏光面およびｓ偏光面に対してそれぞれ４５°傾いた方向の偏光成分Ｍ３（以下、第３の偏光成分Ｍ３という。）を通過させるように、検光子６４は、１／４波長板６５によって直線偏光化された偏光成分のうちｐ偏光面およびｓ偏光面に対してそれぞれ４５°傾いた方向の偏光成分Ｍ４（以下、第４の偏光成分Ｍ４という。）を通過させるように、それぞれの主軸方向が設定されている。
【００５２】
したがって、受光素子４１には小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１のうち第１の偏光成分Ｍ１が入射し、受光素子４２には小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２のうち第２の偏光成分Ｍ２が入射し、受光素子４３には小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３のうち第３の偏光成分Ｍ３が入射し、受光素子４４には小領域Ｐ４からの正反射光Ｌ４のうち第４の偏光成分Ｍ４が入射する。
【００５３】
また、ステージ２０は、ステージ２０上に載置された被検体２００の被検面２２０に対してレーザ光Ｌ０′が相対的に、図１におけるｘ方向に主走査しｙ方向に副走査して被検面２２０の略全面をレーザ光Ｌ０′が順次照射するように、−ｘ方向への移動と−ｙ方向への移動とを組み合わせて駆動するように構成されている。
【００５４】
ここで、ステージ２０の−ｙ方向への副走査のピッチΔｙは、レーザ光Ｌ０′が被検面２２０上で照射する所定領域Ｐ０すなわち走査スポットの、ｙ方向に沿った径の略３／４に設定されている。すなわち、図４に示すように、任意の主走査ライン（ｙ＝ｊ）上のｘ＝ｉにおける所定領域（走査スポット）Ｐ０（ｉ，ｊ）に対して、副走査方向に１段ずれた次の主走査ライン（ｙ＝ｊ＋１）上のｘ＝ｉにおける走査スポットＰ０（ｉ，ｊ＋１）は、ｙ方向にΔｙだけずれる。
【００５５】
そして、この副走査方向のピッチΔｙは、走査スポットＰ０（ｉ，ｊ）内の小領域Ｐ２（ｉ，ｊ），Ｐ３（ｉ，ｊ），Ｐ４（ｉ，ｊ）が、副走査方向に１行ずれた次の主走査ライン上の走査スポットＰ０（ｉ，ｊ＋１）内においてそれぞれ小領域Ｐ１（ｉ，ｊ＋１），Ｐ２（ｉ，ｊ＋１），Ｐ３（ｉ，ｊ＋１）に対応するように設定されている。
【００５６】
すなわち、レーザ光Ｌ０′の副走査ピッチΔｙは、視野絞り５３の開口５３ａ，５３ｂ間、開口５３ｂ，５３ｃ間、開口５３ｃ，５３ｄ間の各ピッチΔｙ′に対応して設定されている。
【００５７】
この結果、小領域Ｐ４からの反射光Ｌ４は、副走査が進むにしたがって、具体的には副走査方向（ｙ方向）に隣接する４本の主走査ライン（ｙ＝ｊ，ｊ＋１，ｊ＋２，ｊ＋３）内で、視野絞り５３の全ての開口５３ｄ，５３ｃ，５３ｂ，５３ａをこの順序で順次通過する。
【００５８】
他の小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの各反射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３についても、反射光Ｌ４と同様に、４本の主走査ライン内で、視野絞り５３の全ての開口５３ｄ，５３ｃ，５３ｂ，５３ａを順次通過するため、走査開始直後および走査終了直前の端部領域を除いて、走査範囲の全ての小領域ごとに、４つの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の全てを時間差を以て得ることができる。
【００５９】
また、演算処理手段７０は、各受光素子４１〜４４にそれぞれ各別に接続され、各受光素子４１〜４４によって各別に検出された各小領域Ｐ１〜Ｐ４からの正反射光Ｌ１〜Ｌ４の偏光成分Ｍ１〜Ｍ４を増幅するアンプ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと、各アンプ７３ａ〜７３ｄに各別に接続されて、ステージ２０の走査に同期した所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄと、各Ａ／Ｄコンバータ７４ａ〜７４ｄに各別に接続されて、デジタル化された偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４を記憶するメモリ７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄと、メモリ７５ａ〜７５ｄに接続されて、これらメモリ７５ａ〜７５ｄに記憶された各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４について各小領域Ｐ１〜Ｐ４を対応させた演算により、各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとのストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を算出し、このストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に基づいて薄膜２１０の膜厚や薄膜２１０の物性データを求める演算部７２と、これらアンプ７３ａ〜７３ｄ、Ａ／Ｄコンバータ７４ａ〜７４ｄ、メモリ７５ａ〜７５ｄおよび演算部７２を制御する制御部７１とを備えた構成である。
【００６０】
なお、演算処理手段７０に、物性データと物質名等とが予め対応付けられたデータ群が格納されたデータベース８０を接続して、演算処理手段７０の演算部７０が求めた物性データを、データベース８０のデータ群と比較参照することにより、演算処理手段７０が薄膜２１０の物質名等を特定するようにしてもよい。
【００６１】
また、レーザ光源１０から出射されるレーザ光Ｌ０は、単一のビームのみを出射するものであってもよいが、ビームの強度分布は一般にガウス分布を呈するため、単一のビームであると走査スポットＰ０内の光量分布（光強度Ｉの分布）が均一ではない状態となる。
【００６２】
そこで、本実施形態の表面検査装置１００における光源１０は、図５に示すように、例えば１０本（２本以上のビームであれば、何本のビームであってもよい。）のビームＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ，Ｌｇ，Ｌｈ，Ｌｉ，Ｌｊを出射するものとし、これらのビームＬａ〜Ｌｊが走査スポットＰ０内において一部分同士が重畳してｙ方向に並ぶことにより、レーザ光Ｌ０′全体のｙ方向についての光強度Ｉの分布が略均一となるものが用いられている。
【００６３】
このように構成された光源１０は、所定領域Ｐ０に到達したレーザ光Ｌ０′の光量分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一となるように光量分布を調整する光量分布調整手段として機能する。
【００６４】
なお、単一のビームのみを出射する光源１０であっても、光強度Ｉの分布が略一定となるようなビームの中心部のみが所定領域Ｐ０となるように、太径の走査スポットを開口絞り等によって絞るようにしてもよく、そのような開口絞りは、光量分布調整手段として機能する。
【００６５】
次に、本実施形態の表面検査装置１００の作用について説明する。
【００６６】
まず、光源１０から、ステージ２０上に載置された被検体２００の被検面２２０上において略均一の強度分布となるレーザ光Ｌ０が出射され、このレーザ光Ｌ０は集光レンズ３１を通過し、偏光子３２により、その主軸に沿った偏光面のレーザ光Ｌ０′として、被検面２２０の所定領域Ｐ０を走査スポットとして照射する。
【００６７】
被検面２２０の所定領域Ｐ０からは、入射したレーザ光Ｌ０′の正反射光が出射し、対物レンズ５１および集光レンズ５２を通過して、視野絞り５３に到達する。
【００６８】
ここで、視野絞り５３に形成された開口５３ａを通過するのは、図２（ｂ）に示すように、所定領域Ｐ０内の小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１のみであり、同様に、開口５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを通過するのは、それぞれ所定領域Ｐ０内の小領域Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４からの各正反射光Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のみである。
【００６９】
そして、開口５３ａに入射した小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１は、この開口５３ａに設けられた検光子６１により、正反射光Ｌ１のうち第１の偏光成分Ｍ１として通過を許容され、この第１の偏光成分Ｍ１は、この開口５３ａに対応して配設された受光素子４１に入射してその強度Ｉ１が検出される。
【００７０】
同様に、開口５３ａに入射した小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２は、検光子６２により正反射光Ｌ２のうち第２の偏光成分Ｍ２として通過を許容され、この第２の偏光成分Ｍ２は、開口５３ｂに対応して配設された受光素子４２に入射してその強度Ｉ２が検出され、開口５３ｃに入射した小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３は、検光子６３により正反射光Ｌ３のうち第３の偏光成分Ｍ３として通過を許容され、この第３の偏光成分Ｍ３は、開口５３ｃに対応して配設された受光素子４３に入射してその強度Ｉ３が検出され、開口５３ｄに入射した小領域Ｐ４からの正反射光Ｌ４は、１／４波長板６５により位相がずらされて直線偏光とされ、検光子６４により、この直線偏光のうち第４の偏光成分Ｍ４として通過を許容され、この第４の偏光成分Ｍ４は、この開口５３ｄに対応して配設された受光素子４４に入射してその強度Ｉ４が検出される。
【００７１】
そして、これら各受光素子４１〜４４により検出された光強度Ｉ１〜Ｉ４はそれぞれ、対応するアンプ７３ａ〜７３ｄに入力されて増幅され、次いで対応するＡ／Ｄコンバータ７４ａ〜７４ｄに入力されて、ステージ２０の走査に同期してサンプリングされ、対応するメモリ７４ａ〜７５ｄに記憶される。
【００７２】
一方、この間も、ステージ２０が−ｘ方向に平行移動することにより、被検面２２０におけるレーザ光Ｌ０′の照射部分がｘ方向に連続的に変位して、レーザ光Ｌ０′が被検面２２０を主走査し、この順次変位した走査スポットＰ０内における各小領域Ｐ１〜Ｐ４についても、上述した作用により、偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の強度Ｉ１〜Ｉ４がその走査位置に対応して、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周期にしたがい、メモリ７５ａ〜７５ｄにそれぞれ記憶されていく。
【００７３】
ｘ方向への主走査が終了すると、ステージ２０はｘ方向については元の位置まで戻されるとともに、−ｙ方向にピッチΔｙだけ変位して副走査が行われた後、再度−ｘ方向に変位することにより、２行目の主走査が行われる。
【００７４】
ここで、図４に示すように、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ４であった被検面２２０上の部位（Ｐ４（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、小領域Ｐ３（Ｐ３（ｉ，ｊ＋１）に一致する。
【００７５】
同様に、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ３であった被検面２２０上の部位（Ｐ３（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、小領域Ｐ２（Ｐ２（ｉ，ｊ＋１）に一致し、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ２であった被検面２２０上の部位（Ｐ２（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、小領域Ｐ１（Ｐ１（ｉ，ｊ＋１）に一致する。なお、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ１であった被検面２２０上の部位（Ｐ１（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、走査スポットＰ０の範囲外となるため、対応する小領域は存在しない。
【００７６】
このように、２行目の主走査における作用は１行目の主走査における作用の繰返しとなるが、１行目の主走査の際に例えば小領域Ｐ４であった部位からは、１行目の主走査においては正反射光Ｌ４の第４の偏光成分Ｍ４の光強度Ｉ４が検出されたが、この部位（Ｐ４（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査においては小領域Ｐ３（Ｐ３（ｉ，ｊ＋１））として振る舞うため、正反射光Ｌ３の第３の偏光成分Ｍ３として光強度Ｉ３が検出されることになる。
【００７７】
さらに、次の副走査後は、小領域Ｐ２（Ｐ２（ｉ，ｊ＋２））として振る舞うため、正反射光Ｌ２の第２の偏光成分Ｍ２として光強度Ｉ２が検出され、次々副走査後は、小領域Ｐ１（Ｐ１（ｉ，ｊ＋３））として振る舞うため、正反射光Ｌ１の第１の偏光成分Ｍ１として光強度Ｉ１が検出されることになる。
【００７８】
このように、走査が進むにしたがって、レーザ光Ｌ０′の走査範囲における端部を除く被検面２２０上の全ての各小領域Ｐ１〜４からは、各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとに、第１〜第４の４つの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４が検出されて、それらの各強度Ｉ１〜Ｉ４がメモリ７５ａ〜７５ｄに記憶されることになる。
【００７９】
そして、走査スポットＰ０内の光強度分布は均一であるため、１行目の主走査の際に検出された光強度と、２行目以後の主走査の際に検出された光強度とは、レーザ光Ｌ０′の照射条件は同一視することができ、被検面２２０上の同一部位（小領域）について、副走査ごとに順次取得された４つの光強度Ｉ１〜Ｉ４は、同時に取得されたものとして取り扱っても弊害はない。
【００８０】
したがって、被検面２２０上の走査範囲の端部を除く全ての各小領域について、各小領域に対応して取得され、メモリ７５ａ〜７５ｄにそれぞれ記憶された各光強度Ｉ１〜Ｉ４に対して、制御部７１により制御された演算部７２が、被検面２２０の部位を対応させて、それぞれ下記演算を施すことにより、各部位ごとのストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が算出される。
【００８１】
Ｓ０＝Ｉ１＋Ｉ２
Ｓ１＝Ｉ１−Ｉ２
Ｓ２＝２・Ｉ３−（Ｉ１＋Ｉ２）
Ｓ３＝２・Ｉ４−（Ｉ１＋Ｉ２）
そして、このように求められた部位ごとのストークスパラメータＳ０〜Ｓ３は、その部位における偏光状態を特定するものであり、これらに基づいて演算部７２は、エリプソメトリックの手法により、薄膜２１０の膜厚や薄膜２１０の物性等（薄膜２１０の屈折率ｎおよび吸収係数（消衰係数）Ｋ等）を算出する。
【００８２】
なお、演算処理手段７０に、物性データと物質名等とが予め対応付けられたデータ群が格納されたデータベース８０が接続されているものにあっては、演算処理手段７０の演算部７２が求めたこれらの光学特性を、データベース８０のデータ群と比較参照して、演算処理手段７０が薄膜２１０の物質名等を特定する。
【００８３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の表面検査装置１００によれば、走査ステージ２０との組合せにより、被検面２２０の一部領域のみならず略全面に亘って検査対象とすることができるとともに、１回の走査で、被検面２２０の略全面について各小領域からの正反射光の複数種類の偏光成分（偏光状態を特定するに足る数の偏光成分）の光強度を得ることができ、効率的な表面検査を行うことが可能となる。
【００８４】
しかも、視野絞り５３に形成された開口５３ａ〜５３ｄが、正反射光Ｌ１〜Ｌ４以外の、被検面２２０からの散乱光すなわちノイズ成分の受光素子４１〜４４への到達を阻止するため、検出値のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００８５】
このことは、被検面２２０が平坦で滑らかな鏡面として仕上げられている被検体２００を検査する場合のみならず、被検面２２０が粗面であるような被検体２００を検査対象とした場合にも、精度のよい検出結果を得ることができることを意味し、検査対象の種別を拡充することができるという効果が発揮される。
【００８６】
さらに、被検面２２０上における走査スポットＰ０内を４つの小領域Ｐ１〜Ｐ４に分けて、これら小領域の単位で薄膜２１０の膜厚や物性等を検出することができるため、空間的に高分解能の検出結果を得ることができる。
【００８７】
また、本実施形態の表面検査装置１００は、各偏光素子６０が、小領域Ｐ１〜Ｐ４の各正反射光Ｌ１〜Ｌ４の光路となる開口５３ａ〜５３ｄを塞ぐように配設されて、視野絞り５３と一体化されているため、これらの取扱いを容易にすることができ、また、空間利用効率を向上させることができ、表面検査装置１００の小型化に資することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態の表面検査装置１００は、視野絞りにおける４つの開口５３ａ〜５３ｄが、副走査の方向（ｙ方向）に対応した方向に沿って配列されているため、小領域Ｐ１〜Ｐ４の空間的な分解精度すなわち正反射光Ｌ１〜Ｌ４の空間的な弁別精度を高めることができ、測定精度を向上させることができる。
【００８９】
すなわち、主走査と副走査との組合せによって被検面２２０に走査スポットＰ０を走査させる場合、被検面２２０を走査する走査スポットＰ０の進行方向（照射方向）が主走査方向（ｘ方向）に対して略直交するように構成されるのが一般的であり、本実施形態の表面検査装置１００もそのように構成されている。
【００９０】
この場合、断面略円形のレーザ光Ｌ０′は、入射した被検面２２０において、主走査方向（ｘ方向）に短径を有し副走査方向（ｙ方向）に長径を有する楕円形状の走査スポットＰ０を形成する。
【００９１】
そして、このように副走査方向に長径を有する楕円形状の走査スポットＰ０を形成した場合、この走査スポットＰ０（所定領域）を視野絞りの４つの開口５３ａ〜５３ｄによって４つの小領域Ｐ１〜Ｐ４に空間的に分解するには、その長径方向（ｙ方向）について分解する方が、短径方向（ｘ方向）について分解するよりも、分解精度を高めることができる。
【００９２】
ただし、本発明に係る表面検査装置はこの態様に限定されるものではなく、開口５３ａ〜５３ｄの配列方向を、副走査の方向に対応した方向ではなく、主走査の方向に対応した方向に沿って配列されているものであってもよいし、主走査方向および副走査方向に対してそれぞれ傾いた方向に沿って配列されたものであってもよい。
【００９３】
特に、図７に示すように、４つの開口５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが、主走査方向（ｘ方向）および副走査方向（ｙ方向）に対してそれぞれ４５°傾いた方向に沿って配列されたものでは、主走査方向についてはＡ／Ｄコンバータ７３ａ〜７３ｄのサンプリング周期をさらに高周波とし、副走査方向についてはピッチをΔｙよりも小さくする（略１／２1/2倍）ことができ、より高分解能の検査結果を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施形態の表面検査装置１００は、走査手段として−ｙ方向への平行移動および−ｘ方向への平行移動による並進走査を行うｘｙ２次元走査ステージ２０を適用したものであるが、本発明に係る表面検査装置は、この態様の走査手段に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、走査手段として、−Ｒ方向への回転移動による主走査と、この主走査方向に略直交する−ｙ方向（半径方向）への平行移動による副走査とを組み合せた回転走査を行う回転２次元走査ステージ２０を適用することもできる。
【００９５】
このような回転走査は、被検体２００が半導体ウエハなど円形の輪郭を有する場合に、有効に広い走査範囲を確保することができる点で、特に有用である。
【００９６】
また、図１に示した実施形態における走査手段および図６に示した走査手段はいずれも、主走査方向および副走査方向の２方向とも２次元走査ステージ２０側が変位し、レーザ光Ｌ０′は変位しないものであるが、主走査方向および副走査方向のうち少なくとも一方の方向については、回転多面鏡およびｆθレンズ等の公知の走査光学系を適用して、レーザ光Ｌ０′を走査させるものとしてもよい。
【００９７】
なお、前記並進走査や回転走査による走査スポットの、被検面上における位置は、リニアセンサやエンコーダ等の各走査手段に適した位置検出手段からの出力に基づいて、演算処理手段７０により求めるものとして、光強度検出手段により検出された結果と走査スポットの被検面上における位置とを関連付けられるように構成してもよい。
【００９８】
本実施形態の表面検査装置１００は、光源１０がマルチビームを出射して光量分布調整手段としての機能も果たし、光源１０から出射され所定領域Ｐ０に到達したレーザ光Ｌ０′の光量分布を全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一としたものであるが、このような光量分布調整手段を用いずに、所定領域Ｐ０に到達したレーザ光Ｌ０′の光量分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一でないものであってもよい。
【００９９】
この場合には、所定領域Ｐ０からの各正反射光Ｌ１〜Ｌ４の偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４の検出値に対して、所定領域Ｐ０の光量分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一であったとすれば得られるであろう補正値に補正処理する補正手段を備えたものとすればよい。
【０１００】
すなわち、図８に示した表面検査装置１００は、図１に示した表面検査装置１００に対して、光源１０が単一ビームのレーザ光Ｌ０を出射するものであり、また、演算処理手段７０が、上述した補正手段としての補正部７６を備えた点において相違する。
【０１０１】
ここで、光源１０から出射された単一ビームのレーザ光Ｌ０は、集光レンズ３１および偏光子３２を通過してレーザ光Ｌ０′として被検面２２０上に到達し、この被検面２２０上の所定領域Ｐ０を走査スポットとして照射するが、この走査スポットＰ０における光強度分布は、例えば図９に示すようなガウス分布を呈し、中心部が最も強い光強度Ｉ０、周辺部が最も弱い光強度Ｉ０／ｅ2を示す。
【０１０２】
この結果、周辺部に位置する小領域Ｐ１およびＰ４からの正反射光Ｌ１，Ｌ４は、中心部に位置する小領域Ｐ２およびＰ３からの正反射光Ｌ２，Ｌ３よりも、当然に弱いものとなり、最終的な検出値である偏光成分Ｍの光強度Ｉも、走査スポットＰ０における光強度分布に依存して小さくなる。
【０１０３】
ここで、補正部７６が、小領域Ｐ１〜Ｐ４の光強度分布が均一でない状態で検出された検出値に対して、所定領域Ｐ０の光強度分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一であったとすれば得られるであろう補正値に補正処理することにより、ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を精度よく算出することが可能となる。
【０１０４】
このような補正処理としては、例えば図１０に示すように、所定領域Ｐ０内の小領域Ｐ１〜Ｐ４の各光強度Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄを、それぞれ所定値Ｉ０とするために要する演算上の補正パラメータ等を予め求め、この求められた補正パラメータを補正部７６に予め記憶させて、検出された偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４に対して、補正部７６がこの補正パラメータを用いた補正演算処理を施すようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面検査装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示した表面検査装置によるレーザ光（照射光）と正反射光との関係を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は光路に沿った断面を示す図をそれぞれ表す。
【図３】各開口に偏光素子が組み込まれた視野絞りを示す図である。
【図４】走査にしたがって小領域の対応関係が変化する様子を示す模式図である。
【図５】光源からの出射光の略均一な光強度分布を示す図である。
【図６】回転走査の走査手段の一例を示す図である。
【図７】視野絞りにおける開口の他の配列態様を示す図である。
【図８】不均一な光強度分布に基づいて検出された検出値に対して補正する補正部を有する実施形態の表面検査装置を示すブロック図である。
【図９】所定領域における不均一な光強度分布を示す図である。
【図１０】不均一な光強度分布を均一な光強度分布に補正する概念を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０ レーザ光源（光源、光量調整手段）
２０ ２次元走査ステージ（走査手段）
３０ 照射光学系
４１〜４４ 受光素子
５０ 検出光学系
５３ 視野絞り
５３ａ〜５３ｄ 開口
６０ 偏光素子
６１〜６４ 検光子（偏光素子）
６５ １／４波長板（偏光素子）
７０ 演算処理手段
７１ 制御部
７２ 演算部
１００ 表面検査装置
２００ 被検体
２２０ 被検面
Ｌ０，Ｌ０′ レーザ光
Ｐ０ 走査スポット（所定領域）
Ｐ１〜Ｐ４ 小領域
Ｌ１〜Ｌ４ 正反射光
Ｍ１〜Ｍ４ 偏光成分
Δｙ′ 開口のピッチ
Δｙ 副走査のピッチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面検査装置に関し、詳細には、被検面を被膜している所定の薄膜の膜厚等物性を求める表面検査装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被検面に形成された被膜の膜厚や、この被膜の光学的物性（屈折率等）などの特性を求める表面検査装置としてエリプソメータが知られている。
【０００３】
このエリプソメータは、薄膜が形成された被検面の所定領域に対して光源から出射した光束を照射し、この所定領域で正反射した反射光の光強度を、互いに異なる３つの偏光方向（ｐ偏光面の方向、ｓ偏光面の方向、ｐ偏光面およびｓ偏光面に対して主軸がそれぞれ＋４５°傾いた方向）についての下記４つのデータＩ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４として検出する。
【０００４】
Ｉ１＝｜Ｅｘ｜2
Ｉ２＝｜Ｅｙ｜2
Ｉ３＝（１／２）｜Ｅｘ＋Ｅｙ｜2
＝（１／２）｛｜Ｅｘ｜2＋｜Ｅｙ｜2｝＋｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜cosδ
Ｉ４＝（１／２）｜ｉＥｘ＋Ｅｙ｜2
＝（１／２）｛｜Ｅｘ｜2＋｜Ｅｙ｜2｝＋｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜sinδ
ここで、Ｅｘはｓ偏光成分の強度、Ｅｙはｐ偏光成分の強度、δはｐ偏光の反射前後の位相差δｙとｓ偏光の反射前後の位相差δｘとの差（＝δｘ−δｙ）をそれぞれ示し、ｉは虚数単位であり、Ｉ１はｓ偏光面についての強度、Ｉ２はｐ偏光面についての強度、Ｉ３は主軸の方向が４５°（方位角４５°）の偏光面についての強度、Ｉ４は１／４波長板を通過させて直線偏光に変換した後の方位角４５°の偏光面についての強度をそれぞれ示す。
【０００５】
一方、偏光状態を特定する４つの指標値（ストークスパラメータ）Ｓ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３は、それぞれ以下のように規定される。
【０００６】
Ｓ０＝｜Ｅｘ｜2＋｜Ｅｙ｜2
Ｓ１＝｜Ｅｘ｜2−｜Ｅｙ｜2
Ｓ２＝２｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜cosδ
Ｓ３＝２｜Ｅｘ｜｜Ｅｙ｜sinδ
したがって、ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３は、検出された４つの光強度データＩ１〜Ｉ４を用いて、以下のように算出することができる。
【０００７】
Ｓ０＝Ｉ１＋Ｉ２
Ｓ１＝Ｉ１−Ｉ２
Ｓ２＝２・Ｉ３−（Ｉ１＋Ｉ２）
Ｓ３＝２・Ｉ４−（Ｉ１＋Ｉ２）
そして、このように求められたストークスパラメータに基づいて、薄膜の膜厚ｄや、薄膜の屈折率ｎおよび吸収係数（消衰係数）Ｋ等の光学定数（以下、これらを総称するときは、薄膜の物性と称するものとする。）を求めることができ、さらに、光学定数と物質名称とを予め対応付けたデータベースとの連係により、薄膜を形成する未知の物質を特定することもできる。
【０００８】
しかし、エリプソメータは上述した３つの偏光方向について４つの光強度を各別に測定する必要があるため、単一の光強度検出器しか備えないものでは、検出しようとする反射光の光路上に配置する検光子や１／４波長板を順次切り換えて、光強度Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４を各別に得るために４回の測定を行う必要があり、測定時間の短縮化が求められている。
【０００９】
そこで、ビームスプリッタを用いて反射光の光路を４つの光路に分割し、これら分割して得られた４つの光路のうち３つには、主軸の方向が互いに異なる３つの検光子を対応させて各別に配置し、他の１つには、１／４波長板と検光子とを配置して、各光路の検光子を通過した反射光を４つの光強度検出器により各別に検出することにより、１回の測定で４つの偏光状態の反射光の強度Ｉ１〜Ｉ４を同時に検出するエリプソメータが提案されている（特許文献１）。
【００１０】
この技術によれば、４つの偏光状態の光強度を同時に測定することができるため、繰返しの測定が不要となり、測定時間の短縮することができる。
【特許文献１】特開平７−１５９１３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、上述した従来のエリプソメータは、被検面の特定の領域について反射光の強度を検出するに際し、偏光方向ごとに複数回繰返しの測定を行うものであったため、被検面のうち一部領域のみを測定対象とする場合には支障がないものの、被検面の略全面を詳細に測定するような多数の領域を測定対象とする場合には、１つの領域の測定が終了する都度、領域を手動で移動させて測定を行う必要があり、多大なる測定時間や手間を要するものとなっている。
【００１２】
また、特許文献１では、反射光の光路を分割することで、１つの領域について１回の測定で同時に４つの検出値を得るようにした技術が記載されているが、被検面が平滑な鏡面である場合においては問題はないが、被検面が鏡面以外の粗面をも含む場合には、信号成分としての正反射光に、粗面で反射したノイズ成分である散乱光が重畳して検出されるため、Ｓ／Ｎが低下し、測定結果の信頼性を低下させるものであった。
【００１３】
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、被検面の略全面を検査するような多数領域を検査対象とする場合にも、簡易かつ効率的に検査を行うことができるとともに、被検面が粗面の場合にもノイズ成分の重畳を防止または大幅に抑制することができる表面検査装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る表面検査装置は、所定の薄膜が形成された被検面の所定領域に対して光源から出射した偏光状態が既知の光束を照射光学系により照射し、前記所定領域で反射した反射光の光強度を互いに異なる複数の偏光成分ごとに検出することにより、前記反射光の偏光状態を検出し、この検出された偏光状態に基づいて前記薄膜の膜厚および該薄膜の物性のうち少なくとも１つを求める表面検査装置において、前記所定領域のうち前記光強度を検出する前記偏光成分の数に応じた互いに異なる複数の小領域からの各反射光を空間的に分離して通過させる、レンズおよび前記小領域の数に対応した数の開口を有する視野絞りと、前記視野絞りの各開口を通過した前記各反射光の光路上にそれぞれ配設された、互いに異なる偏光成分を通過させる偏光素子（１／４波長板を含む）と、前記各偏光素子を通過した各反射光の光強度を各別に検出する光強度検出手段と、前記各小領域からの各反射光が前記視野絞りの全ての開口を順次通過するように、前記光束を前記被検面に対して走査させる走査手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
ここで、反射光の光強度を検出する偏光成分としては、例えば、ｐ偏光成分、ｓ偏光成分、およびｐ偏光成分とｓ偏光成分とに対して方位角がそれぞれ４５°傾いた成分、および１／４波長板を通過した偏光のうち方位角４５°の成分（合計４つの偏光成分）などである。
【００１６】
これらの偏光成分ごとに光強度を検出するための具体的な構成としては、光源から被検面までの間の出射光の光路上に、被検面への照射光の偏光面を一定の方位角に規制して偏光状態を既知とするための偏光素子（偏光子）を配設した上で、被検面での反射光のうち検出しようとする偏光成分の方向に沿った主軸を有する偏光素子（検光子）を、それぞれ対応する光路上に配設し、方位角４５°の成分のうち一方については、さらに検光子の手前（反射光の進行方向の上流側）に１／４波長板を配置した構成とすればよい。
【００１７】
また、走査手段は、光束を被検面に対して走査させるものであれば、光束を変位させることにより光束を被検面に対して走査させるものであってもよいし、被検面を変位させることにより光束を被検面に対して走査させるものであってもよいし、光束および被検面の両方を変位させるものであってもよい。
【００１８】
走査手段による走査方向としては、ｘｙ走査（ｘ軸に沿った主走査とｙ軸に沿った副走査との組合せ）であってもよいし、回転変位と半径方向への変位とを組み合わせた回転走査等公知の種々の走査を適用することができ、被検面を有する被検体の形状や性状等に応じて適宜選択して適用すればよい。
【００１９】
このように構成された本発明に係る表面検査装置によれば、レンズと複数の開口が形成された視野絞りとにより、被検面の所定領域内の複数の小領域からの正反射光のみが、対応する視野絞りを通過し、散乱光は遮断される。
【００２０】
そして、視野絞りの各開口を通過した小領域からの正反射光は、対応して設けられた光強度検出手段によってそれぞれ入射して、その光強度が検出されるが、各正反射光は、視野絞りと光強度検出手段の間に配設された偏光素子（１／４波長板を含む）により、光強度検出手段に入射する際には、それぞれ互いに異なる偏光成分とされる。
【００２１】
すなわち、例えば視野絞りに４つの開口Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が形成されている構成においては、第１の開口Ｗ１を通過する正反射光Ｌ１は、所定領域からの正反射光のうち、第１の小領域Ｐ１からの正反射光に限定され、第２の開口Ｗ２を通過する正反射光Ｌ２は、所定領域からの正反射光のうち、第２の小領域Ｐ２からの正反射光に限定され、第３の開口Ｗ３を通過する正反射光Ｌ３は、所定領域からの正反射光のうち第３の小領域Ｐ３からの正反射光に限定され、第４の開口Ｗ４を通過する正反射光Ｌ４は、所定領域からの正反射光のうち、第４の小領域Ｐ４からの正反射光に限定される。
【００２２】
そして、第１の開口Ｗ１を通過した第１の小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１は、その光路上に配設された第１の偏光素子により、正反射光Ｌ１のうち第１の偏光成分Ｍ１のみが通過して、その光強度Ｉ１が光強度検出手段により検出される。このとき、光強度検出手段は、第１の小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１が通過する光路上に配置されているため、第１の小領域Ｐ１で正反射方向以外に散乱反射したノイズ成分である散乱光がこの光強度検出手段に入射するのを防止・抑制することができる。
【００２３】
同様に、第２の開口Ｗ２を通過した第２の小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２は、その光路上に配設された第２の偏光素子により、正反射光Ｌ２のうち第２の偏光成分Ｍ２のみが通過して、その光強度Ｉ２が光強度検出手段により検出され、第３の開口Ｗ３を通過した第３の小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３は、その光路上に配設された第３の偏光素子により、正反射光Ｌ３のうち第３の偏光成分Ｍ３のみが通過して、その光強度Ｉ３が光強度検出手段により検出され、第４の開口Ｗ４を通過した第４の小領域Ｐ４からの正反射光Ｌ４は、その光路上に配設された１／４波長板および第４の偏光素子により、正反射光Ｌ４のうち第４の偏光成分Ｍ４のみが通過して、その光強度Ｉ４が光強度検出手段により検出される。そして、各光強度検出手段には、対応する小領域からの正反射光のみが入射し、散乱光の重畳した正反射光として誤検出するのが防止・抑制される。
【００２４】
ここで、小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４は同一の領域ではなく、重複している部分がなく互いに独立した領域であるか、あるいは重複しているとしてもその重複は一部のみであるような領域である。したがって、これらの互いに異なる小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４からそれぞれ正反射した光は空間的に分離され、互いに異なる偏光成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４として、光強度検出手段に検出される。
【００２５】
そして、走査手段が各小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４からの各反射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４が視野絞りの全ての開口Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４を順次通過するように光束を被検面に対して走査させることにより、被検面に対する１回の走査で、各小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４ごとに各正反射光の４つの偏光成分を順次検出することができる。
【００２６】
すなわち、薄膜の膜厚や薄膜の物性等を特定するこの種の従来の表面検査装置は、被検面の一部領域のみを検査対象としており、しかも、その検査対象である一部領域からの反射光について異なる複数の偏光成分を取得する必要により繰返しの複数回の検査を行う必要性から、走査光学系（走査手段）を組み合せた構成は採用されていなかったが、本発明の表面検査装置は、この走査手段との組合せにより、被検面の一部領域のみならず略全面に亘って検査対象とすることができるとともに、ある瞬間において光束が照射されている走査領域からの反射光の偏光成分の検出と、その瞬間から時系列的に進んだ後のある瞬間における走査領域からの反射光の偏光成分の検出とを、空間的に対応付けたことにより、複数回の走査を要することなく、１回の走査で、被検面の略全面について各小領域からの反射光の複数の偏光成分を得ることができ、効率的な表面検査を行うことが可能となる。
【００２７】
また、本発明の表面検査装置は、走査手段が満たすべき条件と視野絞りにおける複数の開口の配置とは、これらの間の相対的な関係が満たされれば足りるため、視野絞りにおける複数の開口の配置が規定されている場合には、走査条件は視野絞りにおける複数の開口の配置に応じて設定されるが、これとは反対に、走査条件が規定されている場合には、この走査条件に応じて、視野絞りにおける複数の開口の配置が設定されればよく、これら２つの条件の関係は、いずれを主とし、いずれを従としてもよい。
【００２８】
本発明に係る表面検査装置においては、前記走査手段による走査は、平行移動または回転移動による主走査と、前記主走査方向に略直交する方向への平行移動による副走査との組合せであり、前記視野絞りにおける前記複数の開口は、前記副走査の方向に対応した方向に沿って配列されていることが好ましい。
【００２９】
主走査と副走査との組合せによって被検面に光束を走査させる走査手段は、他の種類の装置において利用される場合、被検面を走査する光束の進行方向（照射方向）が主走査方向に対して略直交するように構成されるのが一般的である。この場合、断面略円形の光束は、入射した被検面において、主走査方向に短径を有し副走査方向に長径を有する楕円形状の走査スポットを形成する。
【００３０】
したがって、本発明の表面検査装置においても、光源、照射光学系および走査手段の配置や走査方向等を一般的な配置に設定すると、主走査方向よりも副走査方向に長い楕円形状の走査スポットが形成されることとなる。
【００３１】
そして、このように副走査方向に長径を有する楕円形状の走査スポットを形成した場合、この走査スポット（所定領域）を視野絞りの複数個の開口によって複数の小領域に分解するには、その長径方向について分解するのが、分解精度を高めるうえで好ましい。
【００３２】
よって、走査スポットを空間的に複数の小領域に分解する方向を規定する開口の配列方向を、光束の副走査方向に対応した方向に沿ったものとすることにより、小領域の空間的な分解精度すなわち正反射光の空間的な弁別精度を高めることができ、測定精度を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明の表面検査装置は、各偏光素子は、それぞれの光路に対応する前記視野絞りの前記開口を塞ぐように配設されて、前記視野絞りと一体的に形成されていることが好ましい。
【００３４】
視野絞りと各偏光素子とが一体的に形成されているため、これらの取扱いを容易にすることができ、また、照射野絞りの開口という空間に各偏光子が配設されているため、空間利用効率を向上させることができ、装置全体の小型化にも資することができる。
【００３５】
また、本発明の表面検査装置は、光源から出射され前記所定領域に到達した光束の光量分布が全ての前記小領域について均一となるように、前記光量分布を調整する光量分布調整手段を備えていることが好ましい。
【００３６】
所定領域内の各小領域は、相異なる偏光成分の検出が行われる都度、光束の走査によって、所定領域内における相対的な位置が変化する。すなわち、例えば所定領域内の第１の小領域Ｐ１は、第１の偏光成分Ｍ１が検出される際には、その所定領域内の第１の小領域Ｐ１として位置しているが、走査によって走査スポットの位置が移動していることにより、第２の偏光成分Ｍ２が検出される際には、その第１の小領域Ｐ１は、走査スポットの領域（所定領域）内における第２の小領域Ｐ２に位置することになる。
【００３７】
さらに走査が進み、第３の偏光成分Ｍ３が検出される際には、元の第１の小領域Ｐ１は、走査スポットの領域（所定領域）内における第３の小領域Ｐ３に位置し、第４の偏光成分Ｍ４が検出される際には、元の第１の小領域Ｐ１は、走査スポットの領域（所定領域）内における第４の小領域Ｐ４に位置することとなる。
【００３８】
したがって、走査スポットの領域内の光強度分布が均一でないときは、第１の偏光成分Ｍ１が検出されたとき、第２の偏光成分Ｍ２が検出されたとき、第３の偏光成分Ｍ３が検出されたとき、第４の偏光成分Ｍ４が検出されたときとでは、そもそも照射光量が異なるため、これらの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４に基づいて偏光状態を特定するストークスパラメータを精度よく算出することはできないが、光量分布調整手段によって、少なくとも全ての小領域について、照射光量の分布が均一となるように調整することにより、精度よく算出することが可能となる。
【００３９】
ここで、光量分布調整手段は、例えば、光源自体を複数の光源を配列したアレイ光源として構成してもよいし、照射光学系の一部として組み込んだ構成としてもよい。
【００４０】
なお、光量分布調整手段を備えないために走査スポット内の光量分布が均一でないものであっても、少なくとも全ての小領域について照射光量の分布が均一であれば、小領域以外の領域の光量分布が均一であることまでは要しない。
【００４１】
また、光量分布調整手段を備えないために走査スポット内の全ての小領域の光量分布が均一でないものであっても、そのような不均一な光量分布の状態で実際に検出された反射光の光強度の検出値に対して、走査スポット内の全ての小領域の光量分布が均一であったとすれば得られる補正値に補正処理する補正手段を備えたものであれば好ましい。
【００４２】
そのような補正手段を有するものであれば、全ての小領域の光量分布が均一でない状態で検出された検出値に対して、検出の後に演算処理等の補正処理を施すことによって、均一な光量分布の状態で検出されたものと見なすことができ、そのように補正された検出値（補正値）を用いることにより、ストークスパラメータを精度よく算出することが可能となる。
【００４３】
なお、補正手段としては、例えば、補正用パラメータや補正用演算式あるいは補正用関数等を記憶させたメモリと、このメモリに記憶された補正用パラメータ等を用いて、実際の検出値に補正処理を施す補正演算処理手段等とからなるものなどを適用することができる。
【００４４】
これら補正パラメータ等は、薄膜の膜厚やその薄膜の物性等が予め既知のテストピースに、本発明に係る表面検査装置による走査スポットを形成し、この走査スポットの領域内の光量分布と正反射光の各偏光成分の光強度等との関係を、既知の膜厚や物性等に基づいて予め実験的に求めておき、一方、同一のテストピースに光量分布が均一な走査スポットを照射したときの正反射光の各偏光成分の光強度等を予め実験的に求め、両実験結果の対応関係に基づいて求めることができる。
【発明の効果】
【００４５】
本発明に係る表面検査装置によれば、正反射方向以外に散乱反射したノイズ成分である散乱光の重畳を防止・抑制することができ、検出精度を向上させることができる。
【００４６】
しかも、被検面の一部領域のみならず略全面に亘って検査対象とすることができるとともに、簡易かつ効率的な表面検査を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明に係る表面検査装置についての最良の実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る表面検査装置１００の構成を示す図、図２は照射光と反射光との関係を示す図であり、図２（ａ）は斜視図、（ｂ）は光路に沿った断面を示す図をそれぞれ表す。
【００４８】
図示の表面検査装置１００は、所定の薄膜２１０が形成された被検面２２０を有する被検体２００が載置されるｘｙ２次元走査ステージ２０（走査手段）と、照射光であるレーザ光Ｌ０を出射するレーザ光源１０と、この光源１０から出射されたレーザ光Ｌ０を、ステージ２０上に載置された被検体２００の被検面２２０の所定領域Ｐ０に、所定の入射角度αで入射させる照射光学系３０と、光強度（光量）Ｉ１，Ｉ２Ｉ３，Ｉ４を検出する４つの受光素子４１，４２，４３，４４（光強度検出手段）と、上記所定領域Ｐ０で反射した正反射光をこの所定領域Ｐ０内の互いに異なる４つの小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４でそれぞれ反射した４つの正反射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４に空間的に分離して、それぞれを対応する受光素子４１〜４４に各別に導く、対物レンズ５１、集光レンズ５２および４つの開口５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが形成された視野絞り５３を有する検出光学系５０と、この検出光学系５０を通過して得られた４つの正反射光Ｌ１〜Ｌ４の各光路上に各別に配置されて、各正反射光Ｌ１〜Ｌ４を互いに異なる偏光成分Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４として通過させる偏光素子６０と、各受光素子４１〜４４によって検出された光強度Ｉ１〜Ｉ４に基づいて各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとの偏光状態を特定し、特定された偏光状態に基づいて薄膜２１０の膜厚ｄおよび薄膜を構成する材料の種別を特定する光学定数（屈折率や消衰定数等）を算出する演算処理手段７０とを備えた構成である。
【００４９】
ここで、照射光学系３０は、集光レンズ３１と、この集光レンズ３１を通過したレーザ光Ｌ０を所定の偏光成分に規制する偏光子３２とを備えており、偏光子３２を通過して被検面２２０に到達するレーザ光Ｌ０′の偏光状態は既知とされている。
【００５０】
また、偏光素子６０は、詳しくは図３に示すように、４つの検光子６１，６２，６３，６４および検光子６４の光の入射面側に貼り合わされた１／４波長板６５からなり、検光子６１は視野絞り５３の開口５３ａを、検光子６２は開口５３ｂを、検光子６３は開口５３ｃを、１／４波長板６５および検光子６４は開口５３ｄを、それぞれ塞ぐように配設されて、視野絞り５３と一体化されている。なお、開口５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄは等間隔Δｙ′に形成されている。
【００５１】
検光子６１は、対応する開口５３ａを通過する小領域Ｐ１（図２）からの正反射光Ｌ１のうちｓ偏光成分Ｍ１（以下、第１の偏光成分Ｍ１という。）を通過させるように、検光子６２は、対応する開口５３ｂを通過する小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２のうちｐ偏光成分Ｍ２（以下、第２の偏光成分Ｍ２という。）を通過させるように、検光子６３は、対応する開口５３ｃを通過する小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３のうちｐ偏光面およびｓ偏光面に対してそれぞれ４５°傾いた方向の偏光成分Ｍ３（以下、第３の偏光成分Ｍ３という。）を通過させるように、検光子６４は、１／４波長板６５によって直線偏光化された偏光成分のうちｐ偏光面およびｓ偏光面に対してそれぞれ４５°傾いた方向の偏光成分Ｍ４（以下、第４の偏光成分Ｍ４という。）を通過させるように、それぞれの主軸方向が設定されている。
【００５２】
したがって、受光素子４１には小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１のうち第１の偏光成分Ｍ１が入射し、受光素子４２には小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２のうち第２の偏光成分Ｍ２が入射し、受光素子４３には小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３のうち第３の偏光成分Ｍ３が入射し、受光素子４４には小領域Ｐ４からの正反射光Ｌ４のうち第４の偏光成分Ｍ４が入射する。
【００５３】
また、ステージ２０は、ステージ２０上に載置された被検体２００の被検面２２０に対してレーザ光Ｌ０′が相対的に、図１におけるｘ方向に主走査しｙ方向に副走査して被検面２２０の略全面をレーザ光Ｌ０′が順次照射するように、−ｘ方向への移動と−ｙ方向への移動とを組み合わせて駆動するように構成されている。
【００５４】
ここで、ステージ２０の−ｙ方向への副走査のピッチΔｙは、レーザ光Ｌ０′が被検面２２０上で照射する所定領域Ｐ０すなわち走査スポットの、ｙ方向に沿った径の略３／４に設定されている。すなわち、図４に示すように、任意の主走査ライン（ｙ＝ｊ）上のｘ＝ｉにおける所定領域（走査スポット）Ｐ０（ｉ，ｊ）に対して、副走査方向に１段ずれた次の主走査ライン（ｙ＝ｊ＋１）上のｘ＝ｉにおける走査スポットＰ０（ｉ，ｊ＋１）は、ｙ方向にΔｙだけずれる。
【００５５】
そして、この副走査方向のピッチΔｙは、走査スポットＰ０（ｉ，ｊ）内の小領域Ｐ２（ｉ，ｊ），Ｐ３（ｉ，ｊ），Ｐ４（ｉ，ｊ）が、副走査方向に１行ずれた次の主走査ライン上の走査スポットＰ０（ｉ，ｊ＋１）内においてそれぞれ小領域Ｐ１（ｉ，ｊ＋１），Ｐ２（ｉ，ｊ＋１），Ｐ３（ｉ，ｊ＋１）に対応するように設定されている。
【００５６】
すなわち、レーザ光Ｌ０′の副走査ピッチΔｙは、視野絞り５３の開口５３ａ，５３ｂ間、開口５３ｂ，５３ｃ間、開口５３ｃ，５３ｄ間の各ピッチΔｙ′に対応して設定されている。
【００５７】
この結果、小領域Ｐ４からの反射光Ｌ４は、副走査が進むにしたがって、具体的には副走査方向（ｙ方向）に隣接する４本の主走査ライン（ｙ＝ｊ，ｊ＋１，ｊ＋２，ｊ＋３）内で、視野絞り５３の全ての開口５３ｄ，５３ｃ，５３ｂ，５３ａをこの順序で順次通過する。
【００５８】
他の小領域Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３からの各反射光Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３についても、反射光Ｌ４と同様に、４本の主走査ライン内で、視野絞り５３の全ての開口５３ｄ，５３ｃ，５３ｂ，５３ａを順次通過するため、走査開始直後および走査終了直前の端部領域を除いて、走査範囲の全ての小領域ごとに、４つの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の全てを時間差を以て得ることができる。
【００５９】
また、演算処理手段７０は、各受光素子４１〜４４にそれぞれ各別に接続され、各受光素子４１〜４４によって各別に検出された各小領域Ｐ１〜Ｐ４からの正反射光Ｌ１〜Ｌ４の偏光成分Ｍ１〜Ｍ４を増幅するアンプ７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄと、各アンプ７３ａ〜７３ｄに各別に接続されて、ステージ２０の走査に同期した所定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄコンバータ７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄと、各Ａ／Ｄコンバータ７４ａ〜７４ｄに各別に接続されて、デジタル化された偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４を記憶するメモリ７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄと、メモリ７５ａ〜７５ｄに接続されて、これらメモリ７５ａ〜７５ｄに記憶された各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４について各小領域Ｐ１〜Ｐ４を対応させた演算により、各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとのストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３を算出し、このストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に基づいて薄膜２１０の膜厚や薄膜２１０の物性データを求める演算部７２と、これらアンプ７３ａ〜７３ｄ、Ａ／Ｄコンバータ７４ａ〜７４ｄ、メモリ７５ａ〜７５ｄおよび演算部７２を制御する制御部７１とを備えた構成である。
【００６０】
なお、演算処理手段７０に、物性データと物質名等とが予め対応付けられたデータ群が格納されたデータベース８０を接続して、演算処理手段７０の演算部７０が求めた物性データを、データベース８０のデータ群と比較参照することにより、演算処理手段７０が薄膜２１０の物質名等を特定するようにしてもよい。
【００６１】
また、レーザ光源１０から出射されるレーザ光Ｌ０は、単一のビームのみを出射するものであってもよいが、ビームの強度分布は一般にガウス分布を呈するため、単一のビームであると走査スポットＰ０内の光量分布（光強度Ｉの分布）が均一ではない状態となる。
【００６２】
そこで、本実施形態の表面検査装置１００における光源１０は、図５に示すように、例えば１０本（２本以上のビームであれば、何本のビームであってもよい。）のビームＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄ，Ｌｅ，Ｌｆ，Ｌｇ，Ｌｈ，Ｌｉ，Ｌｊを出射するものとし、これらのビームＬａ〜Ｌｊが走査スポットＰ０内において一部分同士が重畳してｙ方向に並ぶことにより、レーザ光Ｌ０′全体のｙ方向についての光強度Ｉの分布が略均一となるものが用いられている。
【００６３】
このように構成された光源１０は、所定領域Ｐ０に到達したレーザ光Ｌ０′の光量分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一となるように光量分布を調整する光量分布調整手段として機能する。
【００６４】
なお、単一のビームのみを出射する光源１０であっても、光強度Ｉの分布が略一定となるようなビームの中心部のみが所定領域Ｐ０となるように、太径の走査スポットを開口絞り等によって絞るようにしてもよく、そのような開口絞りは、光量分布調整手段として機能する。
【００６５】
次に、本実施形態の表面検査装置１００の作用について説明する。
【００６６】
まず、光源１０から、ステージ２０上に載置された被検体２００の被検面２２０上において略均一の強度分布となるレーザ光Ｌ０が出射され、このレーザ光Ｌ０は集光レンズ３１を通過し、偏光子３２により、その主軸に沿った偏光面のレーザ光Ｌ０′として、被検面２２０の所定領域Ｐ０を走査スポットとして照射する。
【００６７】
被検面２２０の所定領域Ｐ０からは、入射したレーザ光Ｌ０′の正反射光が出射し、対物レンズ５１および集光レンズ５２を通過して、視野絞り５３に到達する。
【００６８】
ここで、視野絞り５３に形成された開口５３ａを通過するのは、図２（ｂ）に示すように、所定領域Ｐ０内の小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１のみであり、同様に、開口５３ｂ，５３ｃ，５３ｄを通過するのは、それぞれ所定領域Ｐ０内の小領域Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４からの各正反射光Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４のみである。
【００６９】
そして、開口５３ａに入射した小領域Ｐ１からの正反射光Ｌ１は、この開口５３ａに設けられた検光子６１により、正反射光Ｌ１のうち第１の偏光成分Ｍ１として通過を許容され、この第１の偏光成分Ｍ１は、この開口５３ａに対応して配設された受光素子４１に入射してその強度Ｉ１が検出される。
【００７０】
同様に、開口５３ａに入射した小領域Ｐ２からの正反射光Ｌ２は、検光子６２により正反射光Ｌ２のうち第２の偏光成分Ｍ２として通過を許容され、この第２の偏光成分Ｍ２は、開口５３ｂに対応して配設された受光素子４２に入射してその強度Ｉ２が検出され、開口５３ｃに入射した小領域Ｐ３からの正反射光Ｌ３は、検光子６３により正反射光Ｌ３のうち第３の偏光成分Ｍ３として通過を許容され、この第３の偏光成分Ｍ３は、開口５３ｃに対応して配設された受光素子４３に入射してその強度Ｉ３が検出され、開口５３ｄに入射した小領域Ｐ４からの正反射光Ｌ４は、１／４波長板６５により位相がずらされて直線偏光とされ、検光子６４により、この直線偏光のうち第４の偏光成分Ｍ４として通過を許容され、この第４の偏光成分Ｍ４は、この開口５３ｄに対応して配設された受光素子４４に入射してその強度Ｉ４が検出される。
【００７１】
そして、これら各受光素子４１〜４４により検出された光強度Ｉ１〜Ｉ４はそれぞれ、対応するアンプ７３ａ〜７３ｄに入力されて増幅され、次いで対応するＡ／Ｄコンバータ７４ａ〜７４ｄに入力されて、ステージ２０の走査に同期してサンプリングされ、対応するメモリ７４ａ〜７５ｄに記憶される。
【００７２】
一方、この間も、ステージ２０が−ｘ方向に平行移動することにより、被検面２２０におけるレーザ光Ｌ０′の照射部分がｘ方向に連続的に変位して、レーザ光Ｌ０′が被検面２２０を主走査し、この順次変位した走査スポットＰ０内における各小領域Ｐ１〜Ｐ４についても、上述した作用により、偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の強度Ｉ１〜Ｉ４がその走査位置に対応して、Ａ／Ｄコンバータのサンプリング周期にしたがい、メモリ７５ａ〜７５ｄにそれぞれ記憶されていく。
【００７３】
ｘ方向への主走査が終了すると、ステージ２０はｘ方向については元の位置まで戻されるとともに、−ｙ方向にピッチΔｙだけ変位して副走査が行われた後、再度−ｘ方向に変位することにより、２行目の主走査が行われる。
【００７４】
ここで、図４に示すように、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ４であった被検面２２０上の部位（Ｐ４（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、小領域Ｐ３（Ｐ３（ｉ，ｊ＋１）に一致する。
【００７５】
同様に、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ３であった被検面２２０上の部位（Ｐ３（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、小領域Ｐ２（Ｐ２（ｉ，ｊ＋１）に一致し、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ２であった被検面２２０上の部位（Ｐ２（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、小領域Ｐ１（Ｐ１（ｉ，ｊ＋１）に一致する。なお、１行目の主走査の際には、小領域Ｐ１であった被検面２２０上の部位（Ｐ１（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査の際には、走査スポットＰ０の範囲外となるため、対応する小領域は存在しない。
【００７６】
このように、２行目の主走査における作用は１行目の主走査における作用の繰返しとなるが、１行目の主走査の際に例えば小領域Ｐ４であった部位からは、１行目の主走査においては正反射光Ｌ４の第４の偏光成分Ｍ４の光強度Ｉ４が検出されたが、この部位（Ｐ４（ｉ，ｊ））は、２行目の主走査においては小領域Ｐ３（Ｐ３（ｉ，ｊ＋１））として振る舞うため、正反射光Ｌ３の第３の偏光成分Ｍ３として光強度Ｉ３が検出されることになる。
【００７７】
さらに、次の副走査後は、小領域Ｐ２（Ｐ２（ｉ，ｊ＋２））として振る舞うため、正反射光Ｌ２の第２の偏光成分Ｍ２として光強度Ｉ２が検出され、次々副走査後は、小領域Ｐ１（Ｐ１（ｉ，ｊ＋３））として振る舞うため、正反射光Ｌ１の第１の偏光成分Ｍ１として光強度Ｉ１が検出されることになる。
【００７８】
このように、走査が進むにしたがって、レーザ光Ｌ０′の走査範囲における端部を除く被検面２２０上の全ての各小領域Ｐ１〜４からは、各小領域Ｐ１〜Ｐ４ごとに、第１〜第４の４つの偏光成分Ｍ１〜Ｍ４が検出されて、それらの各強度Ｉ１〜Ｉ４がメモリ７５ａ〜７５ｄに記憶されることになる。
【００７９】
そして、走査スポットＰ０内の光強度分布は均一であるため、１行目の主走査の際に検出された光強度と、２行目以後の主走査の際に検出された光強度とは、レーザ光Ｌ０′の照射条件は同一視することができ、被検面２２０上の同一部位（小領域）について、副走査ごとに順次取得された４つの光強度Ｉ１〜Ｉ４は、同時に取得されたものとして取り扱っても弊害はない。
【００８０】
したがって、被検面２２０上の走査範囲の端部を除く全ての各小領域について、各小領域に対応して取得され、メモリ７５ａ〜７５ｄにそれぞれ記憶された各光強度Ｉ１〜Ｉ４に対して、制御部７１により制御された演算部７２が、被検面２２０の部位を対応させて、それぞれ下記演算を施すことにより、各部位ごとのストークスパラメータＳ０，Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が算出される。
【００８１】
Ｓ０＝Ｉ１＋Ｉ２
Ｓ１＝Ｉ１−Ｉ２
Ｓ２＝２・Ｉ３−（Ｉ１＋Ｉ２）
Ｓ３＝２・Ｉ４−（Ｉ１＋Ｉ２）
そして、このように求められた部位ごとのストークスパラメータＳ０〜Ｓ３は、その部位における偏光状態を特定するものであり、これらに基づいて演算部７２は、エリプソメトリックの手法により、薄膜２１０の膜厚や薄膜２１０の物性等（薄膜２１０の屈折率ｎおよび吸収係数（消衰係数）Ｋ等）を算出する。
【００８２】
なお、演算処理手段７０に、物性データと物質名等とが予め対応付けられたデータ群が格納されたデータベース８０が接続されているものにあっては、演算処理手段７０の演算部７２が求めたこれらの光学特性を、データベース８０のデータ群と比較参照して、演算処理手段７０が薄膜２１０の物質名等を特定する。
【００８３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の表面検査装置１００によれば、走査ステージ２０との組合せにより、被検面２２０の一部領域のみならず略全面に亘って検査対象とすることができるとともに、１回の走査で、被検面２２０の略全面について各小領域からの正反射光の複数種類の偏光成分（偏光状態を特定するに足る数の偏光成分）の光強度を得ることができ、効率的な表面検査を行うことが可能となる。
【００８４】
しかも、視野絞り５３に形成された開口５３ａ〜５３ｄが、正反射光Ｌ１〜Ｌ４以外の、被検面２２０からの散乱光すなわちノイズ成分の受光素子４１〜４４への到達を阻止するため、検出値のＳ／Ｎを向上させることができる。
【００８５】
このことは、被検面２２０が平坦で滑らかな鏡面として仕上げられている被検体２００を検査する場合のみならず、被検面２２０が粗面であるような被検体２００を検査対象とした場合にも、精度のよい検出結果を得ることができることを意味し、検査対象の種別を拡充することができるという効果が発揮される。
【００８６】
さらに、被検面２２０上における走査スポットＰ０内を４つの小領域Ｐ１〜Ｐ４に分けて、これら小領域の単位で薄膜２１０の膜厚や物性等を検出することができるため、空間的に高分解能の検出結果を得ることができる。
【００８７】
また、本実施形態の表面検査装置１００は、各偏光素子６０が、小領域Ｐ１〜Ｐ４の各正反射光Ｌ１〜Ｌ４の光路となる開口５３ａ〜５３ｄを塞ぐように配設されて、視野絞り５３と一体化されているため、これらの取扱いを容易にすることができ、また、空間利用効率を向上させることができ、表面検査装置１００の小型化に資することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態の表面検査装置１００は、視野絞りにおける４つの開口５３ａ〜５３ｄが、副走査の方向（ｙ方向）に対応した方向に沿って配列されているため、小領域Ｐ１〜Ｐ４の空間的な分解精度すなわち正反射光Ｌ１〜Ｌ４の空間的な弁別精度を高めることができ、測定精度を向上させることができる。
【００８９】
すなわち、主走査と副走査との組合せによって被検面２２０に走査スポットＰ０を走査させる場合、被検面２２０を走査する走査スポットＰ０の進行方向（照射方向）が主走査方向（ｘ方向）に対して略直交するように構成されるのが一般的であり、本実施形態の表面検査装置１００もそのように構成されている。
【００９０】
この場合、断面略円形のレーザ光Ｌ０′は、入射した被検面２２０において、主走査方向（ｘ方向）に短径を有し副走査方向（ｙ方向）に長径を有する楕円形状の走査スポットＰ０を形成する。
【００９１】
そして、このように副走査方向に長径を有する楕円形状の走査スポットＰ０を形成した場合、この走査スポットＰ０（所定領域）を視野絞りの４つの開口５３ａ〜５３ｄによって４つの小領域Ｐ１〜Ｐ４に空間的に分解するには、その長径方向（ｙ方向）について分解する方が、短径方向（ｘ方向）について分解するよりも、分解精度を高めることができる。
【００９２】
ただし、本発明に係る表面検査装置はこの態様に限定されるものではなく、開口５３ａ〜５３ｄの配列方向を、副走査の方向に対応した方向ではなく、主走査の方向に対応した方向に沿って配列されているものであってもよいし、主走査方向および副走査方向に対してそれぞれ傾いた方向に沿って配列されたものであってもよい。
【００９３】
特に、図７に示すように、４つの開口５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄが、主走査方向（ｘ方向）および副走査方向（ｙ方向）に対してそれぞれ４５°傾いた方向に沿って配列されたものでは、主走査方向についてはＡ／Ｄコンバータ７３ａ〜７３ｄのサンプリング周期をさらに高周波とし、副走査方向についてはピッチをΔｙよりも小さくする（略１／２1/2倍）ことができ、より高分解能の検査結果を得ることができる。
【００９４】
なお、本実施形態の表面検査装置１００は、走査手段として−ｙ方向への平行移動および−ｘ方向への平行移動による並進走査を行うｘｙ２次元走査ステージ２０を適用したものであるが、本発明に係る表面検査装置は、この態様の走査手段に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、走査手段として、−Ｒ方向への回転移動による主走査と、この主走査方向に略直交する−ｙ方向（半径方向）への平行移動による副走査とを組み合せた回転走査を行う回転２次元走査ステージ２０を適用することもできる。
【００９５】
このような回転走査は、被検体２００が半導体ウエハなど円形の輪郭を有する場合に、有効に広い走査範囲を確保することができる点で、特に有用である。
【００９６】
また、図１に示した実施形態における走査手段および図６に示した走査手段はいずれも、主走査方向および副走査方向の２方向とも２次元走査ステージ２０側が変位し、レーザ光Ｌ０′は変位しないものであるが、主走査方向および副走査方向のうち少なくとも一方の方向については、回転多面鏡およびｆθレンズ等の公知の走査光学系を適用して、レーザ光Ｌ０′を走査させるものとしてもよい。
【００９７】
なお、前記並進走査や回転走査による走査スポットの、被検面上における位置は、リニアセンサやエンコーダ等の各走査手段に適した位置検出手段からの出力に基づいて、演算処理手段７０により求めるものとして、光強度検出手段により検出された結果と走査スポットの被検面上における位置とを関連付けられるように構成してもよい。
【００９８】
本実施形態の表面検査装置１００は、光源１０がマルチビームを出射して光量分布調整手段としての機能も果たし、光源１０から出射され所定領域Ｐ０に到達したレーザ光Ｌ０′の光量分布を全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一としたものであるが、このような光量分布調整手段を用いずに、所定領域Ｐ０に到達したレーザ光Ｌ０′の光量分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一でないものであってもよい。
【００９９】
この場合には、所定領域Ｐ０からの各正反射光Ｌ１〜Ｌ４の偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４の検出値に対して、所定領域Ｐ０の光量分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一であったとすれば得られるであろう補正値に補正処理する補正手段を備えたものとすればよい。
【０１００】
すなわち、図８に示した表面検査装置１００は、図１に示した表面検査装置１００に対して、光源１０が単一ビームのレーザ光Ｌ０を出射するものであり、また、演算処理手段７０が、上述した補正手段としての補正部７６を備えた点において相違する。
【０１０１】
ここで、光源１０から出射された単一ビームのレーザ光Ｌ０は、集光レンズ３１および偏光子３２を通過してレーザ光Ｌ０′として被検面２２０上に到達し、この被検面２２０上の所定領域Ｐ０を走査スポットとして照射するが、この走査スポットＰ０における光強度分布は、例えば図９に示すようなガウス分布を呈し、中心部が最も強い光強度Ｉ０、周辺部が最も弱い光強度Ｉ０／ｅ2を示す。
【０１０２】
この結果、周辺部に位置する小領域Ｐ１およびＰ４からの正反射光Ｌ１，Ｌ４は、中心部に位置する小領域Ｐ２およびＰ３からの正反射光Ｌ２，Ｌ３よりも、当然に弱いものとなり、最終的な検出値である偏光成分Ｍの光強度Ｉも、走査スポットＰ０における光強度分布に依存して小さくなる。
【０１０３】
ここで、補正部７６が、小領域Ｐ１〜Ｐ４の光強度分布が均一でない状態で検出された検出値に対して、所定領域Ｐ０の光強度分布が全ての小領域Ｐ１〜Ｐ４について均一であったとすれば得られるであろう補正値に補正処理することにより、ストークスパラメータＳ０〜Ｓ３を精度よく算出することが可能となる。
【０１０４】
このような補正処理としては、例えば図１０に示すように、所定領域Ｐ０内の小領域Ｐ１〜Ｐ４の各光強度Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ，Ｉｄを、それぞれ所定値Ｉ０とするために要する演算上の補正パラメータ等を予め求め、この求められた補正パラメータを補正部７６に予め記憶させて、検出された偏光成分Ｍ１〜Ｍ４の光強度Ｉ１〜Ｉ４に対して、補正部７６がこの補正パラメータを用いた補正演算処理を施すようにすればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の一実施形態に係る表面検査装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示した表面検査装置によるレーザ光（照射光）と正反射光との関係を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は光路に沿った断面を示す図をそれぞれ表す。
【図３】各開口に偏光素子が組み込まれた視野絞りを示す図である。
【図４】走査にしたがって小領域の対応関係が変化する様子を示す模式図である。
【図５】光源からの出射光の略均一な光強度分布を示す図である。
【図６】回転走査の走査手段の一例を示す図である。
【図７】視野絞りにおける開口の他の配列態様を示す図である。
【図８】不均一な光強度分布に基づいて検出された検出値に対して補正する補正部を有する実施形態の表面検査装置を示すブロック図である。
【図９】所定領域における不均一な光強度分布を示す図である。
【図１０】不均一な光強度分布を均一な光強度分布に補正する概念を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０ レーザ光源（光源、光量調整手段）
２０ ２次元走査ステージ（走査手段）
３０ 照射光学系
４１〜４４ 受光素子
５０ 検出光学系
５３ 視野絞り
５３ａ〜５３ｄ 開口
６０ 偏光素子
６１〜６４ 検光子（偏光素子）
６５ １／４波長板（偏光素子）
７０ 演算処理手段
７１ 制御部
７２ 演算部
１００ 表面検査装置
２００ 被検体
２２０ 被検面
Ｌ０，Ｌ０′ レーザ光
Ｐ０ 走査スポット（所定領域）
Ｐ１〜Ｐ４ 小領域
Ｌ１〜Ｌ４ 正反射光
Ｍ１〜Ｍ４ 偏光成分
Δｙ′ 開口のピッチ
Δｙ 副走査のピッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の薄膜が形成された被検面の所定領域に対して光源から出射した偏光状態が既知の光束を照射光学系により照射し、前記所定領域で反射した反射光の光強度を互いに異なる複数の偏光成分ごとに検出することにより、前記反射光の偏光状態を検出し、この検出された偏光状態に基づいて前記薄膜の膜厚および該薄膜の物性のうち少なくとも１つを求める表面検査装置において、
前記所定領域のうち前記光強度を検出する前記偏光成分の数に応じた互いに異なる複数の小領域からの各反射光を空間的に分離して通過させる、レンズおよび前記小領域の数に対応した数の開口を有する視野絞りと、前記視野絞りの各開口を通過した前記各反射光の光路上にそれぞれ配設された、互いに異なる偏光成分を通過させる偏光素子と、前記各偏光素子を通過した各反射光の光強度を各別に検出する光強度検出手段と、前記各小領域からの各反射光が前記視野絞りの全ての開口を順次通過するように、前記光束を前記被検面に対して走査させる走査手段とを備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記走査手段による走査は、平行移動または回転移動による主走査と、前記主走査方向に略直交する方向への平行移動による副走査との組合せであり、前記視野絞りにおける前記複数の開口は、前記副走査の方向に対応した方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記各偏光素子は、それぞれの光路に対応する前記視野絞りの前記開口を塞ぐように配設されて、前記視野絞りと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記光源から出射され前記所定領域に到達した光束の光量分布が全ての前記小領域について均一となるように、前記光量分布を調整する光量分布調整手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記光源から出射され前記所定領域に到達した光束の光量分布が全ての前記小領域について不均一であり、前記反射光の光強度の検出値に対して、前記光量分布が全ての前記小領域について均一であったとすれば得られる補正値に補正処理する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項１】
所定の薄膜が形成された被検面の所定領域に対して光源から出射した偏光状態が既知の光束を照射光学系により照射し、前記所定領域で反射した反射光の光強度を互いに異なる複数の偏光成分ごとに検出することにより、前記反射光の偏光状態を検出し、この検出された偏光状態に基づいて前記薄膜の膜厚および該薄膜の物性のうち少なくとも１つを求める表面検査装置において、
前記所定領域のうち前記光強度を検出する前記偏光成分の数に応じた互いに異なる複数の小領域からの各反射光を空間的に分離して通過させる、レンズおよび前記小領域の数に対応した数の開口を有する視野絞りと、前記視野絞りの各開口を通過した前記各反射光の光路上にそれぞれ配設された、互いに異なる偏光成分を通過させる偏光素子と、前記各偏光素子を通過した各反射光の光強度を各別に検出する光強度検出手段と、前記各小領域からの各反射光が前記視野絞りの全ての開口を順次通過するように、前記光束を前記被検面に対して走査させる走査手段とを備えたことを特徴とする表面検査装置。
【請求項２】
前記走査手段による走査は、平行移動または回転移動による主走査と、前記主走査方向に略直交する方向への平行移動による副走査との組合せであり、前記視野絞りにおける前記複数の開口は、前記副走査の方向に対応した方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
【請求項３】
前記各偏光素子は、それぞれの光路に対応する前記視野絞りの前記開口を塞ぐように配設されて、前記視野絞りと一体的に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表面検査装置。
【請求項４】
前記光源から出射され前記所定領域に到達した光束の光量分布が全ての前記小領域について均一となるように、前記光量分布を調整する光量分布調整手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。
【請求項５】
前記光源から出射され前記所定領域に到達した光束の光量分布が全ての前記小領域について不均一であり、前記反射光の光強度の検出値に対して、前記光量分布が全ての前記小領域について均一であったとすれば得られる補正値に補正処理する補正手段を備えたことを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１項に記載の表面検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１４５３０５（Ｐ２００６−１４５３０５Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３３８５８（Ｐ２００４−３３３８５８）
【出願日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１８日（２００４．１１．１８）
【出願人】（０００２２０３４３）株式会社トプコン (904)
【Ｆターム（参考）】
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