(57)【要約】【課題】環境温度が変化しても欠陥を誤検出することがない欠陥検査装置を提供する。【解決手段】欠陥検査装置１が、ウェハ５を支持するステージ１０と、ステージ１０と対向するように配設された対物レンズ１１と、ステージ１０に支持されたウェハ５の表面に、落射照明により対物レンズ１１を介して照明光を照射する照明光学系２０と、照明光が照射されたウェハ５の表面からの反射光を、対物レンズ１１を介して受光し、対物レンズ１１の瞳面における輝度情報を検出する検出光学系３０と、検出光学系３０に検出された対物レンズ１１の瞳面における輝度情報に基づいて、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターンにおける欠陥を検出する画像処理部４５とを備え、ステージ１０に支持されたウェハ５と対物レンズ１１との間において、照明光および反射光の光路上に偏光素子１５が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の繰り返しパターンを有する基板の表面を検査する欠陥検査装置であって、
前記基板を支持するステージと、
前記ステージと対向するように配設された対物レンズと、
前記ステージに支持された前記基板の表面に、落射照明により前記対物レンズを介して照明光を照射する照明光学系と、
前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を、前記対物レンズを介して受光し、前記対物レンズの瞳面における輝度情報を検出する検出部と、
前記検出部に検出された前記対物レンズの瞳面における輝度情報に基づいて、前記繰り返しパターンにおける欠陥を検出する欠陥判定部とを備え、
前記ステージに支持された前記基板と前記対物レンズとの間において、前記照明光および前記反射光の光路上に偏光素子が設けられることを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項２】
前記照明光学系は、前記対物レンズの瞳面で当該瞳面の半分以内の領域を通過するように前記照明光を調整する調整機構を有することを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記偏光素子は、前記照明光の光路上に配設されて前記照明光を直線偏光にする第１の偏光板と、前記反射光の光路上に配設されて前記基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光とは異なる偏光方向の偏光成分を透過させる第２の偏光板とから構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記第１の偏光板および前記第２の偏光板がそれぞれ別体に形成されて前記対物レンズの光軸に対して別個に傾動可能に構成されることを特徴とする請求項３に記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の繰り返しパターンが形成された基板の表面を検査する欠陥検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体回路素子等の製造工程においてウェハの表面に形成された繰り返しパターンの欠陥検査装置として、従来から回折光を利用したものが知られている。これは、ウェハの表面に照明光を照射して当該ウェハの表面に形成された繰返しパターンからの回折光を検出し、パターン形状の変化に伴う回折光の輝度変化を検出して欠陥の有無を検査するものである。また、回折光が発生し難い微細なパターンの検査では、繰り返しパターンの構造性複屈折を利用したものがある（例えば、特許文献１を参照）。これは、繰り返しパターンに直線偏光を照射し、当該直線偏光と直交する偏光成分を受光して検査するものである。
【０００３】
このような欠陥検査装置では、例えば、図６に示すように、光源１０１から射出されて、集光レンズ１０２、均一化照明部１０３、開口絞り１０４、視野絞り１０５、およびコリメータレンズ１０６を通過した所定波長の照明光を、偏光子１０７、ハーフミラー１０８、および高倍率の（例えば、１００倍等の）対物レンズ１０９を介して、落射照明によりステージ１１０に支持されたウェハ１１１の表面に照射する。このとき、ウェハ１１１の表面で正反射した反射光は、対物レンズ１０９、ハーフミラー１０８および、偏光子１０７とクロスニコルの条件を満足する検光子１１２を通過し、さらに、レンズ１１３、ハーフプリズム１１４、ベルトランレンズ１１５、および視野絞り１１６を通過して、第１の撮像素子１１７の撮像面に対物レンズ１０９の瞳面の像（すなわち、瞳面における輝度分布）が投影される。そこで、第１の撮像素子１１７により対物レンズ１０９の瞳面の像を撮像し、パターン形状の変化に伴う偏光の（瞳面における）輝度変化を検出して欠陥の有無を検査する。なお、必要に応じて、このときのパターン像を第２の撮像素子１１８により撮像可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０１５９７３号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような欠陥検査装置では、設置環境温度の変化に伴い欠陥を誤検出してしまうという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、環境温度が変化しても欠陥を誤検出することがない欠陥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】
【０００７】
このような目的達成のため、本発明に係る欠陥検査装置は、所定の繰り返しパターンを有する基板の表面を検査する欠陥検査装置であって、前記基板を支持するステージと、前記ステージと対向するように配設された対物レンズと、前記ステージに支持された前記基板の表面に、落射照明により前記対物レンズを介して照明光を照射する照明光学系と、前記照明光が照射された前記基板の表面からの反射光を、前記対物レンズを介して受光し、前記対物レンズの瞳面における輝度情報を検出する検出部と、前記検出部に検出された前記対物レンズの瞳面における輝度情報に基づいて、前記繰り返しパターンにおける欠陥を検出する欠陥判定部とを備え、前記ステージに支持された前記基板と前記対物レンズとの間において、前記照明光および前記反射光の光路上に偏光素子が設けられている。
【０００８】
なお、上述の欠陥検査装置において、前記照明光学系は、前記対物レンズの瞳面で当該瞳面の半分以内の領域を通過するように前記照明光を調整する調整機構を有することが好ましい。
【０００９】
また、上述の欠陥検査装置において、前記偏光素子は、前記照明光の光路上に配設されて前記照明光を直線偏光にする第１の偏光板と、前記反射光の光路上に配設されて前記基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光とは異なる偏光方向の偏光成分を透過させる第２の偏光板とから構成されることが好ましい。
【００１０】
さらに、上述の欠陥検査装置において、前記第１の偏光板および前記第２の偏光板がそれぞれ別体に形成されて前記対物レンズの光軸に対して別個に傾動可能に構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、環境温度の変化に伴う欠陥の誤検出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態の欠陥検査装置を示す図である。
【図２】偏光素子を示す図である。
【図３】半導体ウェハの表面を示す図である。
【図４】ホールパターンの一例を示す図である。
【図５】第２実施形態の欠陥検査装置を示す図である。
【図６】従来の欠陥検査装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。第１実施形態に係る欠陥検査装置１を図１に示している。この欠陥検査装置１は、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターンの検査を自動で行う装置であり、図１に示すように、ウェハ５を支持する可動式のステージ１０と、対物レンズ１１およびハーフミラー１２と、照明光学系２０と、検出光学系３０と、画像処理部４５とを主体に構成される。
【００１４】
ウェハ５は、最上層のレジスト膜への露光・現像後、不図示の搬送系によりウェハカセットまたは現像装置（図示せず）から搬送されてステージ１０上に吸着保持される。ウェハ５の表面（レジスト膜）には、図３に示すように、複数のショット領域６が縦横に配列され、各ショット領域６の中に検査すべき繰り返しパターン７（例えば、図４を参照）が形成されている。図４に示す繰り返しパターン７は、所定の繰り返しピッチＰで繰り返し配列された孔状のホールパターンであるが、線状のラインアンドスペースパターンであってもよい。
【００１５】
図１に示すステージ１０は、互いに直交する３軸方向へ移動可能に構成されており、ステージ１０とともにウェハ５を移動させて、ウェハ５の表面における所定の部位を検査することが可能である。また、ステージ１０は、ステージ１０の上面に対する法線を回転軸として回転できるように構成されている。
【００１６】
照明光学系２０は、図１の左側から右側へ向けて配置順に、光源２１と、集光レンズ２２と、均一化照明部２３と、開口絞り２４と、視野絞り２５と、コリメータレンズ２６と、バンドパスフィルタ２７とを有して構成される。光源２１は、例えば、水銀ランプや、キセノンランプ、メタルハライドランプ、白色ＬＥＤ等であるが、本実施形態においては、白色ＬＥＤを用いることにする。白色ＬＥＤは、水銀ランプやメタルハライドランプ等と比較して、安価で発熱が少なく、さらに長寿命であるため扱いやすい光源である。
【００１７】
ここで、照明光学系２０の光源２１（白色ＬＥＤ）から射出された光は、集光レンズ２２および均一化照明部２３を介して、開口絞り２４および視野絞り２５に導かれる。均一化照明部２３は、照明光を散乱し、光量分布を均一化する。開口絞り２４および視野絞り２５は、照明光学系２０の光軸に対して開口部の形状および位置が変更可能な構造になっている。これにより、照明領域の大きさおよび位置を変更することができる。なお、図１に示すように、本実施形態においては、照明光が対物レンズ１１の瞳面で対物レンズ１１の光軸を含む境界が設定された当該瞳面の半分の領域内（半円形の領域内）を通過するように開口絞り２４の形状が決定（調整）される。そして、開口絞り２４および視野絞り２５を通過した光は、コリメータレンズ２６によって平行光にされた後にバンドパスフィルタ２７を通過してハーフミラー１２に入射する。このとき、バンドパスフィルタ２７によって、所定の波長を有する照明光（平行光）がハーフミラー１２に入射する。
【００１８】
ハーフミラー１２は、照明光学系２０からの光を下方に反射して対物レンズ１１に導く。また、対物レンズ１１は、ステージ１０と対向するように配設されている。これにより、照明光学系２０は、ステージ１０に支持されたウェハ５の表面に、落射照明により（ハーフミラー１２および）対物レンズ１１を介して照明光を照射する。なおこのとき、ハーフミラー１２で反射した照明光は、対物レンズ１１の瞳面で当該瞳面の半分の領域内（半円形の領域内）を通過する。このようにしてウェハ５の表面に照射された照明光は、ウェハ５の表面で反射して再び対物レンズ１１に戻り、ハーフミラー１２を透過して検出光学系３０に入射することができる。
【００１９】
なお、ウェハ５の表面からの正反射光は、対物レンズ１１の瞳面で照明光が通過した領域と異なる残り半分の領域内（半円形の領域内）を通過する。ウェハ５の表面に形成された繰り返しパターン７は線対称であるので、反射光による対物レンズ１１の瞳面の像も線対称である。したがって、落射照明により照明光を照射する場合、照明光および反射光の光路が線対称となるように対物レンズ１１の瞳面の半分の領域内に照明光を通せば、瞳面における輝度情報を得るのに十分である。
【００２０】
ところで、ステージ１０に支持されたウェハ５と対物レンズ１１との間には、偏光素子１５が配設されている。偏光素子１５は、例えばヨウ素または二色性染料で染色したＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を用いて円板状に形成され、図２に示すように、照明光の光路上に配設されて照明光学系２０からの照明光を直線偏光にする半円形の第１の偏光板１６（偏光子）と、反射光の光路上に配設されてウェハ５の表面からの反射光のうち照明側の直線偏光とは異なる偏光方向の偏光成分を透過させる半円形の第２の偏光板１７（検光子）とから構成される。なお、第１の偏光板１６および第２の偏光板１７は、一体的に形成されて円板状の偏光素子１５を構成する。
【００２１】
第１の偏光板１６は、ウェハ５の表面にＳ偏光を照射できるように配置される。なお、第１の偏光板１６がウェハ５の表面にＰ偏光を照射できるように配置されてもよく、繰り返しパターン７の検出感度等の観点から最適な条件が決定される。例えば、Ｓ偏光はＰ偏光に比べて表面反射率が高いため、Ｐ偏光に比べて下地の影響を受け難いので検出感度が高くなる傾向である。一方、第２の偏光板１７は、第１の偏光板１６に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置される。これにより、第１の偏光板１６（偏光子）と第２の偏光板１７（検光子）とがクロスニコルの条件を満たすので、ウェハ５のパターンで偏光主軸が回転しない限り、検出光学系３０で受光される光量は零に近くなる。
【００２２】
検出光学系３０は、図１の下側から上側に向けて配置順に、レンズ３１と、ハーフプリズム３２と、ベルトランレンズ３３と、視野絞り３４と、２つの撮像素子４１，４２とを有して構成される。ハーフプリズム３２は、入射光束を二方向に分岐させる。ハーフプリズム３２を通過する一方の光束は、ベルトランレンズ３３を介して視野絞り３４にウェハ５の表面の像を結像させるとともに、対物レンズ１１の瞳面の像を第１の撮像素子４１に投影させるので、第１の撮像素子４１の撮像面に対物レンズ１１の瞳面上の輝度分布が再現されて、第１の撮像素子４１によりフーリエ変換されたウェハ５の像（フーリエ変換像）を撮像することが可能である。ここで、フーリエ変換像における（光軸を中心とした）半径方向の位置は、ウェハ５への照明光の入射角度（反射角度）に対応する。すなわち、瞳内の光軸から同一半径内の位置に結像する光は、ウェハ５に同一角度で入射（正反射）した光である。また、ハーフプリズム３２を通過する他方の光束は、フーリエ変換されていない通常のウェハ５の画像を撮像するための第２の撮像素子４２に導かれる。
【００２３】
第１の撮像素子４１は、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の２次元イメージセンサであり、対物レンズ１１の瞳面の像（フーリエ変換像）を撮像（検出）して、検出信号を画像処理部４５に出力する。画像処理部４５は、第１の撮像素子４１から入力された対物レンズ１１の瞳面における輝度情報に基づいて、繰り返しパターン７における欠陥の有無を検査する。そして、画像処理部４５による繰り返しパターン７の検査結果および、そのときの画像（フーリエ変換像）が図示しないモニターで出力表示される。
【００２４】
以上のように構成される欠陥検査装置１を用いて、ウェハ５の欠陥検査を行うには、まず、繰り返しパターン７が形成されたウェハ５をステージ１０上に搬送し、ウェハ５上の測定するパターン（例えば、１ショット分）をステージ１０により対物レンズ１１の下方に移動させる。このとき、繰り返しパターン７の繰り返し方向が照明方向（ウェハ５の表面における直線偏光の進行方向）に対して４５度だけ傾くようにステージ１０を回転させる。なお、アライメントの角度は４５度に限らず、６７．５度あるいは２２．５度であってもよい。
【００２５】
次に、照明光学系２０によりウェハ５の表面に照明光（直線偏光）を照射する。このとき、光源２１から射出された照明光は、集光レンズ２２および均一化照明部２３を介して、開口絞り２４および視野絞り２５を通過し、コリメータレンズ２６で平行光にされた後にバンドパスフィルタ２７を通過してハーフミラー１２で反射した後、対物レンズ１１および第１の偏光板１６を通ってウェハ５の表面に照射される。これにより、ウェハ５の表面に照射される照明光は直線偏光となる。そして、ウェハ５からの反射光は、第２の偏光板１７、対物レンズ１１、およびハーフミラー１２を通過して検出光学系３０に入射し、検出光学系３０に入射した光は、レンズ３１、ハーフプリズム３２、ベルトランレンズ３３、および視野絞り３４を通過し、第１の撮像素子４１の撮像面に対物レンズ１１の瞳面の像（フーリエ変換像）が投影される。
【００２６】
そこで、第１の撮像素子４１により対物レンズ１１の瞳面の像（フーリエ変換像）を撮像（検出）して、検出信号を画像処理部４５に出力する。そうすると、画像処理部４５は、第１の撮像素子４１から入力された対物レンズ１１の瞳面における輝度情報に基づいて、繰り返しパターン７における欠陥の有無を検査する。そして、画像処理部４５による繰り返しパターン７の検査結果および、そのときの画像（フーリエ変換像）が図示しないモニターで出力表示される。
【００２７】
対物レンズ１１の瞳面の像は、照明光の入射角に対する反射強度を示している。すなわち、瞳面における各点での輝度値が各入射角での検査結果を表している。そこで、画像処理部４５を用いて、繰り返しパターン７の形状変化に対して敏感に輝度値が変化する瞳面内の箇所での輝度値をモニターすることにより、高感度な欠陥検査を行うことができる。
【００２８】
また、瞳全面における輝度分布の変化に基づいて欠陥検査を行うようにしてもよい。この場合、欠陥の種類に応じた輝度分布の特徴を見つけるようにすれば、例えば、ドーズエラーとフォーカスエラーの区別ができる等、欠陥の種類を判別することも可能になる。具体的には、瞳面における輝度分布の分散量を計算し、所定の閾値を設けて欠陥の有無を判定すればよい。例えば、瞳面における任意の位置（ｘ，ｙ）での輝度値（検出値）をＥ（ｘ，ｙ）とし、基準となる輝度値をＥ0（ｘ，ｙ）としたとき、分散値Ｂを次の（１）式で表すことができる。
【００２９】
Ｂ＝Σ｛Ｅ0（ｘ，ｙ）−Ｅ（ｘ，ｙ）｝2  …（１）
【００３０】
欠陥の種類を判別する場合、ドーズエラーやフォーカスエラー等の欠陥の種類に応じた輝度分布を予め記憶しておき、検出した輝度分布とのつき合わせを行うことにより欠陥の種類を判別することが可能である。つき合わせを行うには、（１）式から算出される分散値Ｂが所定の閾値内に入るような（分散値Ｂが小さくなる）輝度値Ｅ0（ｘ，ｙ）の分布を選択し、選択した輝度値Ｅ0（ｘ，ｙ）の分布から欠陥の種類や程度を判別する。
【００３１】
また、照明光の波長が異なると瞳面内の輝度分布も異なるので、照明光の波長を適宜選択して欠陥検査を行うことにより高精度な欠陥検査が可能となる。例えば、照明光の波長がλのときの瞳面における任意の位置（ｘ，ｙ）での輝度値（検出値）をＥλ（ｘ，ｙ）とし、基準となる輝度値をＥλ0（ｘ，ｙ）としたとき、（１）式の場合と同様に、分散値Ｂλを次の（２）式で表すことができる。
【００３２】
Ｂλ＝Σ｛Ｅλ0（ｘ，ｙ）−Ｅλ（ｘ，ｙ）｝2  …（２）
【００３３】
なお、（１）式および（２）式において、Σの足し算は瞳全面について行ってもよいし、瞳面の一部分（例えば、感度の高い領域）に限ってもよい。
【００３４】
また、瞳面における輝度値Ｅ（ｘ，ｙ）は、偏光子（第１の偏光板１６）による偏光の状態や検光子（第２の偏光板１７）の状態に依存する。さらには、ウェハ５の方位角にも依存する。一般に、瞳面内での位置は入射角に相当するので、撮像画像一括で入射角依存性が分かるという利点があり、製造現場での検査用だけではなく、パターン形状の解析等にも応用は広がる。また、落射照明による顕微鏡観察が可能であるので、偏光素子１５の出し入れ機構を取り付けることにより、当該出し入れ機構により偏光素子１５を光路上から取り出した状態で、第２の撮像素子４２を用いたウェハ５の表面のレビュー（観察）も可能となる。なお、偏光板を外してレビューする際は、照明光を対物レンズ１１の瞳全面に通した状態でもよい。
【００３５】
ところで、前述したように、従来の欠陥検査装置では、設置環境温度の変化に伴い欠陥を誤検出してしまうという問題があった。そして、このような誤検出は、対物レンズの温度変化によって引き起こされることが分かった。対物レンズは環境温度の変化によって膨張・縮小するが、特に、対物レンズの先端は直接装置内の外気に触れるため、温度変化し易いと考えられる。このとき、対物レンズとこれをホールドしている金物との間に応力が発生し、発生した応力によりレンズに歪みが生じてしまう。一般に、ガラスに歪みが生じると、複屈折が起こって偏光特性が乱れてしまう。この偏光特性の乱れは微小であるが、受光側の検光子はクロスニコルの状態となるように配置されるため、僅かな偏光状態の乱れでも検光子を通る光量が大きく変化し、誤検出の原因となっていた。なお、対物レンズの種類にもよるが、実験によると、１℃程度の気温変化でも、対物レンズを介して検光子（偏光板）を通過してくる光量が２０％程度変化してしまい、誤検出の原因となることがわかった。
【００３６】
また、対物レンズの温度を一定に保つことにより、温度変化を抑えることも考えられるが、対物レンズの温度を一定に保つ温調装置が高価であり、装置の大型化にもつながる。また、温度の制御自体も難しい。
【００３７】
これに対し、第１実施形態の欠陥検査装置１によれば、ステージ１０に支持されたウェハ５と対物レンズ１１との間において、照明光および反射光の光路上に偏光素子１５が設けられるため、照明光が対物レンズ１１を通過した後の位置に偏光子（第１の偏光板１６）が配置され、反射光が対物レンズ１１を通過する前の位置に検光子（第２の偏光板１７）が配置される構成となり、対物レンズ１１の温度変化による偏光の影響は受けない。したがって、環境温度の変化に伴う欠陥の誤検出を防止することができ、高感度な検査が可能となる。
【００３８】
なお、前述したように、照明光が対物レンズ１１の瞳面で当該瞳面の半分の領域内（半円形の領域内）を通過するように開口絞り２４の形状が決定（調整）されることが好ましい。
【００３９】
また、偏光素子１５は、照明光の光路上に配設された第１の偏光板１６と、反射光の光路上に配設された第２の偏光板１７とから構成されるため、例えば、第２の偏光板１７を第１の偏光板１６に対してクロスニコルの状態となるように配置すれば、繰り返しパターン７の欠陥による偏光状態の変化を感度よく検出することができる。
【００４０】
次に、欠陥検査装置の第２実施形態について図５を参照しながら説明する。第２実施形態の欠陥検査装置５１は、第１実施形態の欠陥検査装置１と比較して、偏光素子１５の構成のみが異なり、他の構成は同様であるため、同一の部材に対し同一の番号を付して、詳細な説明を省略する。第２実施形態における偏光素子６５は、図５に示すように、照明光の光路上に配設されて照明光学系２０からの照明光を直線偏光にする第１の偏光板６６（偏光子）と、反射光の光路上に配設されてウェハ５の表面からの反射光のうち照明側の直線偏光とは異なる偏光方向の偏光成分を透過させる第２の偏光板６７（検光子）とから構成される。
【００４１】
第１の偏光板６６は、いわゆるフォトニック結晶を用いて板状に形成され、第１実施形態の場合と同様に、ウェハ５の表面にＳ偏光を照射できるように配置される。第２の偏光板６７も、フォトニック結晶を用いて板状に形成され、第１の偏光板６６に対してクロスニコルの状態（偏光方向が直交する状態）となるように配置される。これにより、第１の偏光板６６（偏光子）と第２の偏光板６７（検光子）とがクロスニコルの条件を満たすので、ウェハ５のパターンで偏光主軸が回転しない限り、検出光学系３０で受光される光量は零に近くなる。なお、第１の偏光板６６および第２の偏光板６７はそれぞれ別体に形成され、図示しないチルト機構を用いて、対物レンズ１１の光軸に対して別個に傾動（チルト）可能に構成される。
【００４２】
一般的な偏光板は、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）をヨウ素または二色性染料で染色したもので構成されている。しかしながら、ｊ線（波長λ＝３１３ｎｍ）や波長が２４８ｎｍの光等に代表される短波長域で、十分な性能（消光比）を有する偏光板は存在しない。一方、フォトニック結晶で構成される偏光板は、このような短波長域でも十分な性能を有している。ところが、フォトニック結晶製の偏光板は、照明光の入射角変化に対して性能変化が生じる欠点を有している。このため、偏光板を照明光の入射角に応じて適正な角度で傾ける機構が必要となる。偏光板を傾ける角度は、対物レンズのＮＡ（開口数）によりある程度決まる。
【００４３】
本実施形態において、例えば、各偏光板６６，６７を傾ける角度を次のように決める。なお、各偏光板６６，６７は入射角が（光軸に対して）０度で最適化されているとする。ＮＡ＝０．６の対物レンズ１１であるとき、入射および反射光束の主光線に関してＮＡ＝０．３であり、光軸からの角度にすると１７〜１８度に相当する。したがって、対物レンズ１１の光軸に対して１７〜１８度程度、第１の偏光板６６および第２の偏光板６７をそれぞれ（対称的に）傾けるのが最もバランスがよいと言える。このようにすれば、照明光の入射角に応じて各偏光板６６，６７を適切な角度に傾けることができるため、照明光の入射角変化による偏光特性の変化を防止して、短波長の照明光（偏光）を使用した欠陥検査を高精度に行うことができる。実際には、このような角度に限らず、対物レンズ１１のＮＡ等に応じて傾き角が可変であることが望ましい。
【００４４】
第２実施形態の欠陥検査装置５１を用いて、ウェハ５の欠陥検査を行うには、第１実施形態の場合と同様に、照明光学系２０によりウェハ５の表面に照明光（直線偏光）を照射する。このとき、光源２１から射出された照明光は、集光レンズ２２および均一化照明部２３を介して、開口絞り２４および視野絞り２５を通過し、コリメータレンズ２６で平行光にされた後にバンドパスフィルタ２７を通過してハーフミラー１２で反射した後、対物レンズ１１および第１の偏光板６６を通ってウェハ５の表面に照射される。ウェハ５からの反射光は、第２の偏光板６７、対物レンズ１１、およびハーフミラー１２を通過して検出光学系３０に入射し、検出光学系３０に入射した光は、レンズ３１、ハーフプリズム３２、ベルトランレンズ３３、および視野絞り３４を通過し、第１の撮像素子４１の撮像面に対物レンズ１１の瞳面の像（フーリエ変換像）が投影される。
【００４５】
そこで、第１の撮像素子４１により対物レンズ１１の瞳面の像（フーリエ変換像）を撮像（検出）して、検出信号を画像処理部４５に出力する。そうすると、画像処理部４５は、第１の撮像素子４１から入力された対物レンズ１１の瞳面における輝度情報に基づいて、繰り返しパターン７における欠陥の有無を検査する。そして、画像処理部４５による繰り返しパターン７の検査結果および、そのときの画像（フーリエ変換像）が図示しないモニターで出力表示される。
【００４６】
このように、第２実施形態によれば、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。特に、第２実施形態では、短波長の照明光（偏光）を使用した欠陥検査の場合に有効である。
【００４７】
なお、上述の各実施形態において、対物レンズ１１として（軸上）色収差を無視した対物レンズを専用設計してもよい。このとき生じる（軸上）色収差に関しては、欠陥検査装置で使用する照明光が単波長の光であるため、照明光の波長に応じてピント調整を行うピント調整機構を取り付ければ対応可能である。ピント調整機構として、例えば、ベルトランレンズ３３もしくは各撮像素子４１，４２を移動させる機構を設ければよい。このようにすれば、作動距離（ワーキングディスタンス）を長くした設計も可能になるため、ステージ１０に支持されたウェハ５と対物レンズ１１との間に偏光素子を配置し易くなる。また、高ＮＡ化が実現し易い。
【００４８】
また、上述の各実施形態において、ウェハ５の表面を検査しているが、これに限られるものではなく、例えば、ガラス基板の表面を検査することも可能である。
【００４９】
また、上述の各実施形態において、第２の偏光板は、第１の偏光板に対してクロスニコルの状態となるように配置されているが、これに限られるものではなく、ウェハ５の表面からの反射光のうち照明側の直線偏光とは異なる偏光方向の偏光成分を透過させる配置であればよい。さらに、繰り返しパターン７に欠陥がない正常な場合に、対物レンズ１１の瞳面における輝度が最大となり、繰り返しパターン７に欠陥がある場合に対物レンズ１１の瞳面における輝度が減少するならば、各偏光板の偏光方向は一方向であってもよい。このような場合、第１実施形態における偏光素子１５を１種類の偏光板で構成することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１  欠陥検査装置（第１実施形態）
５  ウェハ                              ７  繰り返しパターン
１０  ステージ                          １１  対物レンズ
１５  偏光素子
１６  第１の偏光板                      １７  第２の偏光板
２０  照明光学系                        ３０  検出光学系（検出部）
４５  画像処理部（欠陥判定部）
５１  欠陥検査装置（第２実施形態）
６５  偏光素子
６６  第１の偏光板                      ６７  第２の偏光板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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