(57)【要約】【課題】  観察装置や検査装置の高スループット化のためには、像面照度の向上が必要である。このためには、光源の高出力化が必要であり、装置の大型化と製造コスト及びランニングコストが高くなる。【解決手段】  光源からの光を第一のＰＢＳにて反射したＳ偏光を１／２波長板で電界ベクトルを９０°回転させ、第一のＰＢＳを透過したＰ偏光と平行な電界ベクトルとする。第一のＰＢＳを反射・透過した２光束が交差するようにプリズムを配置する。この２光束が交差した位置に拡散角度に異方性のある拡散板を配置し、光束を一本化かつ円形光束に整形する。この直線偏光の円形光束を、照明系／検出系分岐用第二のＰＢＳに入射させることにより、ＰＢＳでの反射（損失）を最小限にすることができる。【選択図】  図１
2005084450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から出射させた光を該光の偏光成分に応じて２つの光束に分岐し、該分岐した一方の偏光光の電界ベクトルの向きを変えて該一方の偏光光の電界ベクトルの向きを前記分岐した他方の偏光光の電界ベクトルの向きと平行にし、該電界ベクトルの向きを互いに平行にした前記分岐した２つの光束を合成して１つの光束にし、該合成した１つの光束を試料の表面に照射することを特徴とする照明方法。
【請求項２】
前記分岐した一方の偏光光の電界ベクトルの向きと前記分岐した他方の偏光光の電界ベクトルの向きとを平行にすることを、前記分岐した一方の偏光光に位相差を与えて偏光方向を回転させることにより行うことを特徴とする請求項１記載の照明方法。
【請求項３】
前記分岐した一方の偏光光の電界ベクトルの向きと前記分岐した他方の偏光光の電界ベクトルの向きとを平行にすることを、前記分岐した一方の偏光光を２回以上反射させることにより行うことを特徴とする請求項１記載の照明方法。
【請求項４】
前記分岐した２つの光束を合成して１つの光束にすることを、前記分岐した２つの光束を拡散板上で交差させて該拡散板透過した光により１つの光束にすることを特徴とする請求項１記載の照明方法。
【請求項５】
光源から出射させた光から複数の光源群を形成し,該複数の光源群から出射したそれぞれの光を偏光分離素子群により前記それぞれの光の偏光成分に応じて分岐し, 該分岐したそれぞれの光の一方の偏光光に位相差を与えて該一方の偏光光の電界ベクトルの向きを前記分岐したそれぞれの光の他方の電界ベクトルの向きと平行にし、該電界ベクトルの向きを互いに平行にした前記分岐した一方の光束と他方の光束とを拡散板上で交差させ、該拡散板上で交差させて該拡散板透過した光を試料の表面に照射することを特徴とする照明方法。
【請求項６】
光源手段と,該光源手段から出射させた光を該光の偏光成分に応じて２つの光束に分岐する分岐手段と、該分岐手段で偏光成分に応じて２つの光束に分岐した一方の光束の電界ベクトルの向きと前記分岐手段で分岐した他方の光束の電界ベクトルの向きとを平行にする電界ベクトル調整手段と、該電界ベクトル調整手段で電界ベクトルの向きを互いに平行にした前記２つの光束を交差させる交差手段と、該交差手段で交差させた前記２つの光束を拡散させる拡散手段と、試料を載置する載置手段とを備えたことを特徴とする照明装置。
【請求項７】
前記電界ベクトル調整手段は、前記分岐手段で分岐された一方の光を２回以上反射させる反射面を設けた素子を備えていることを特徴とする請求項６記載の照明装置。
【請求項８】
前記電界ベクトル調整手段は、前記分岐手段で分岐された一方の光の電界ベクトルの向きを９０°回転させる１／２波長板を備えていることを特徴とする請求項６記載の照明装置。
【請求項９】
前記交差手段はプリズムを備え、前記拡散手段は前記２光束を交差させる方向に拡散角が小さく、直交する方向に拡散角が大きい拡散板であることを特徴とする請求項６記載の照明装置。
【請求項１０】
前記照明装置は、前記拡散手段を２次光源として前記載置手段に載置した試料をケーラー照明することを特徴とする請求項６記載の照明装置。
【請求項１１】
光源手段と,該光源手段から出射させた光を該光の偏光成分に応じて２つの光束に分岐する分岐手段と、該分岐手段で偏光成分に応じて２つの光束に分岐した一方の光束の電界ベクトルの向きを変えて該一方の光束の電界ベクトルの向きを前記分岐手段で分岐した他方の光束の電界ベクトルの向きと平行にする電界ベクトル調整手段と、該電界ベクトル調整手段で電界ベクトルの向きを互いに平行にした前記２つの光束を１つの光束に合成する合成手段と、該合成手段で合成した１つの光束を対物レンズを介して試料に照射して該試料を照明する照明手段と、該照明手段で照明された前記試料の光学像を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像して得た画像を処理して前記試料を検査する画像処理手段とを備えたことを特徴とする欠陥検査装置。
【請求項１２】
前記電界ベクトル調整手段は、前記分岐手段で分岐された一方の光を２回以上反射させる反射面を設けた素子を備えていることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１３】
前記電界ベクトル調整手段は、前記分岐手段で分岐された一方の光の電界ベクトルの向きを９０°回転させる１／２波長板を備えていることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１４】
前記合成手段はプリズムと拡散板とを備えていることを特徴とする請求項１１記載の欠陥検査装置。
【請求項１５】
前記照明手段は, 前記拡散板を２次光源として前記試料をケーラー照明することを特徴とする請求項１４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、半導体製造工程やフラットパネルデイスプレイの製造工程に代表される薄膜プロセスを経て基板上に形成された微小パターンの欠陥や異物欠陥などの観察や検査に用いる光学系の照明方法及びその装置とこれを用いた欠陥検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
落射照明光学系を用いて試料の外観を光学的に検査する装置において、従来使われている光学系の例として、例えば特許文献１に開示されているような構成のものがある。この特許文献１に開示されている構成においては、光源から発射された光の一部がハーフミラーで反射されて対物レンズに入射し、試料を照明する。この照明により試料で反射された光は、再び対物レンズを透過してハーフミラーに入射し、一部は反射されるがハーフミラーを透過した光がカメラに到達し、試料表面の光学像が撮像される。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３４７３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、落斜照明光学系を用いた光学装置においては、照明系と試料の像を観察する検出系とが一部で光路を共有し、この共有する光路から光源側の光路と検出系側の光路とに途中で分岐する必要がある。この光路を分岐する手段として上記した従来技術においてはハーフミラーを用いており、このハーフミラーの影響で光量が損失する。損失の概略は、（１）光源から試料までの光路で５０％（照明側の損失）（２）試料から像面までの光路で５０％（検出側の損失）となる。
【０００５】
このため、例えば特許文献１に開示されている光学系の構成においては、光源からカメラの像面までの光路においては、ハーフミラーを１回透過し，１回反射するために、透過又は反射によりそれぞれ５０％づつの光量を失うと仮定すると、トータル７５％の光が像面に伝播しないことになる（７５％の損失）。
【０００６】
このため、像面の必要照度を確保するためには、光源の出力を高くして発射される光の輝度を上げることが必要となり、装置コストが向上する。また、光源を高輝度化することにより、特に、照明系のレンズ等の光学部品を透過する光の強度も高くなる。このため、吸収の大きい部材等では割れや特性の劣化等が生じる問題もある。
【０００７】
さらに、光源（例えば、ランプやレーザ等）は、一般に高出力化されると、コストが高くなる。このため、低出力光源で、光の損失を抑えた光学システムが望まれていた。
【０００８】
また、観察装置や欠陥検査装置では自動化を行うため、像面にイメージセンサを配置している。このイメージセンサに入射するフォトンが光電変換され、光強度情報が電気信号となる。これらの装置のスループットを向上させるためには、イメージセンサによる画像検出速度を向上させる必要があり、このためにはセンサ蓄積時間を短縮する必要がある。
【０００９】
例えば、スループット２倍を目標とした場合、像面照度を一定として、センサ蓄積時間を１／２にすると、センサ出力の電気信号も１／２となる。この信号レベルを２倍になるように、電気的ゲインを２倍にした場合、電気信号のＳ／Ｎは相対的に１／２となる。このため、検出した画像はノイズの大きい画像となる。したがって、スループット２倍を達成するためには、像面照度を２倍に向上する必要がある。
【００１０】
本発明の目的は、上記した従来の技術の欠点を克服して、光源から出射して光の利用効率の高い照明方法及びその装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の別な目的は、上記光源から出射して光の利用効率の高い照明装置を応用した、光学的な欠陥検査装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、光源からの光を偏光成分に応じて２光束に分岐し、一方の光束の偏光方向を変換して他方の光束の偏光の電界ベクトルと平行になるようにし、この電界ベクトルが平行な２つの光束を交差させると共にこの交差した位置に設けた拡散板で光束を拡散させる構成の照明光源とした。
【００１３】
また、上記目的を達成するために、本発明では、光源からの光を複数のロッドレンズをアレイ状に配置して構成したフライアイレンズに入射させ、このフライアイレンズを構成する各ロッドレンズの出射端に設けた偏光ビームスプリッタで偏光成分に応じて２光束に分岐し、一方の光束の偏光方向を変換して他方の光束の偏光の電界ベクトルと平行になるようにし、この電界ベクトルが平行な２つの光束を交差させると共にこの交差した位置に設けた拡散板で光束を拡散させる構成の照明光源とした。
【００１４】
光量を損失する大きな要因は、落射顕微鏡の照明系と検出系を分岐するハーフミラーでの損失である。そこで、ハーフミラーの替わりに偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ：Polarizing Beam Splitter)を用いることが考えられる。例えば、光源にランプを用いた場合、発光した光はランダム偏光である。この光をＰＢＳに入射させるとＰ偏光成分が透過する（入射光強度の５０％）。このＰ偏光を試料の照明に用いると仮定する。
【００１５】
ＰＢＳを透過したＰ偏光を円偏光に変換するため、ＰＢＳと対物レンズの間に１／４波長板を配置する。この１／４波長板を通過した光は、円偏光となり対物レンズを通過して、試料を照明する。試料で反射した光は、再び対物レンズに捕捉され、再度１／４波長板に入射する。１／４波長板を通過した光は、再度入射するＰＢＳに対してＳ偏光成分となる。このため、検出時には入射した検出光が全て検出光路に反射され、ＰＢＳにおける損失はほとんどない。従って、光源から像面における損失は、トータル５０％となる。この方式により、同一光源を用いた場合、ハーフミラ方式に対して、２倍の像面照度が達成できる。
【００１６】
さらに、光源からのランダム偏光を直線偏光に変換できれば、ＰＢＳの損失５０％がなくなる。この方式として、光源からの光を第一のＰＢＳにより、反射したＳ偏光を１／２波長板で電界ベクトルを９０°回転させ、第一のＰＢＳを透過したＰ偏光と平行な電界ベクトルとする。
【００１７】
第一のＰＢＳを反射・透過した光は、２光束となるが、これら２光束が交差するようにプリズムを配置する。この２光束が交差した位置に拡散板を配置し、光束を一本化する。一本化された光束は、拡散板により一部ランダム偏光となるが、大部分は直線偏光成分である。
【００１８】
この直線偏光を、照明系／検出系分岐用第二のＰＢＳに入射させる。このとき、第二のＰＢＳにおけるＰ偏光成分を照明光に用いるとした場合、第二のＰＢＳに入射する光をＰ偏光と平行な電界ベクトルで入射させることにより、ＰＢＳでの反射（損失）を最小限にすることができる。このため、第二のＰＢＳを２回通る損失（照明時の透過，検出時の反射）はなくなり、ハーフミラーを用いた方式に対し、４倍の像面照度を得ることができる。
【発明の効果】
【００１９】
ランダム偏光を直線偏光に変換することにより、落射照明における照明系と検出系を分岐するＰＢＳに直線偏光を入射することが可能となる。このため、従来（ランダム偏光入射：５０％の光量損失）に対して、光量損失を低減することが可能であり、像面照度の向上が可能である。また、自動検査装置や観察装置において高スループット化を図る場合は、イメージセンサの蓄積時間が短縮されるため必要像面照度が高くなる。例えば、２倍の高スループット化を図る場合は、イメージセンサの蓄積時間が半減される。これに対応した像面照度の２倍化に対しては、ランプを高出力化することなく実現可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
落射照明顕微鏡システムにおいて、照明系と検出系の光路分岐にＰＢＳを用いた場合、照明光としてＰＢＳにランダム偏光が入射すると５０％の光量損失が生じる。この５０％の損失を低減する方策を以下に述べる。
【００２１】
図１にて光源で発光したランダム偏光２５がＰＢＳユニット４０に入射する。ＰＢＳ膜面５８では、Ｓ偏光成分４８が反射し、Ｐ偏光成分が透過する。このＰ偏光を１／２波長板４２で電界ベクトルを９０°回転させる。この光をミラー４５により、ＰＢＳ５８で反射したＳ偏光と同一方向に反射させる。この反射光５０は、ＰＢＳ５８の反射光４８の電界ベクトルと平行な電界ベクトルとなる。これらの２光束を三角プリズム５２に入射させ、２光束を交差させる。
【００２２】
この交差させた時点においては、２光束の電界ベクトルは直線偏光であり、振動方向も一致している。この交差位置に拡散板５５を配置し、この拡散板に入射した２光束をそれぞれ拡散させることにより混合して、１つの光束として出射させる。この一本化した光束５６の偏光は、拡散板により多少偏光の乱れが生じるが、大部分は拡散板５５を透過する前の直線偏光成分である。この主たる直線偏光を、照明系と検出系を分岐する第二のＰＢＳの膜面にて試料側に導く方位の電界ベクトルと一致させることにより、第二のＰＢＳにおける損失を小さくすることが可能となる。さらに、拡散板５５を２次光源として、対物レンズ６５の射出瞳面に投影することにより、試料１上の照度分布を均一にすることが可能となる。
【００２３】
図１で示した拡散板５５に入射する光は、２光束が交差する方向にＮＡ(Numerical Aperture)が大きく、直交する方向はＮＡが小さくなる。このため、拡散板５５を透過した光束５６は、断面が楕円形状の光束（以下、楕円光束という）となる。この楕円光束を円形光束に整形するためには、拡散板５５の拡散性に異方性を持たせる必要がある。
【００２４】
図２に楕円整形拡散板５５ａを示す。円形の平行光束５３が楕円整形拡散板５５ａに入射する。楕円整形拡散板５５ａを透過した光５７は、楕円の光束となって広がる。この楕円の短軸方向（拡散角の小さい方向）を図１の２光束が交差する方向と一致させ、楕円の長軸方向（拡散角の大きい方向）を交差する方向と直交させる。これにより、図１の２光束が楕円整形拡散板を透過した光束は、断面が円またはほぼ円に近い形状の光束（以下、円形光束という）となり、効率的に試料１上を照明することが可能となる。
【００２５】
図３に、図１で示した実施例の応用例を示す。ランダム偏光２５がＰＢＳユニット４０に入射する。ＰＢＳ膜面５８では、Ｓ偏光成分が反射し、Ｐ偏光成分が透過する。このＰ偏光を１／２波長板４２で電界ベクトルを９０°回転させる。ＰＢＳ膜面５８で反射したＳ偏光成分は、ミラー４５で反射する。ＰＢＳユニット４０を出射した２光束の電界ベクトルは平行となり、三角プリズム５２に入射させて交差させる。この交差させた時点においては、２光束の電界ベクトルは直線偏光であり、振動方向も一致している。この交差位置に拡散板５５を配置し、２光束を一本化する。
【００２６】
図４に、１／２波長板４２を用いない構成を示す。光源で発光したランダム偏光２５がＰＢＳユニット４０に入射する。ＰＢＳ膜面５８では、Ｓ偏光成分４８が反射し、Ｐ偏光成分が透過する。このＰ偏光を２つのミラー４５’、４５”で直角に反射させて、ＰＢＳ膜５８を反射したＳ偏光と同じ方向に伝播させる。この２つのミラー４５’、４５”に対して、ＰＢＳ膜５８を透過した光の電界ベクトルがＳ偏光方向（１つめのミラー面４５’に対して）とＰ偏光方向（２つめのミラー面４５”に対して）になるようにミラーを配置する。これにより、２つのミラー４５’、４５”で反射した光５０は、ＰＢＳ膜５８で反射したＳ偏光４８と同じ方向に伝播し、かつ電界ベクトルの方向も同じになる。
【００２７】
この２光束４８，５０を三角プリズム５２に入射させて交差させる。この交差させた時点においては、２光束４８，５０の電界ベクトルは直線偏光であり、振動方向も一致している。この交差位置に拡散板５５を配置し、２光束４８，５０を一本化する。この一本化した光束５６の偏光は、拡散板により多少偏光の乱れが生じるが、大部分は拡散板５５を透過する前の成分である。この主たる直線偏光を、照明系と検出系を分岐する第二のＰＢＳの膜面にて試料側に導く方位の電界ベクトルと一致させることにより、第二のＰＢＳにおける損失を小さくすることが可能となる。
【００２８】
さらに、拡散板５５を２次光源として、対物レンズ６５（図１１参照）の射出瞳面に投影することにより、試料１上の照度分布を均一にすることが可能となる。尚、ＰＢＳ膜面５８を透過したＰ偏光は、２つ以上のミラーで反射させても同じ効果を得ることができる。
【００２９】
図５に、ロッドレンズ２６を照明光路に配置した場合の照明効率向上策を示す。ロッドレンズ２６に入射する光線２５は、ロッドレンズ２６の射出端２６”において、点光源群を形成する。ロッドレンズ２６の入射端２６’に入射する光束の径をｄ１とする。これに対して、射出端２６”の点光源群の径をｄ２とする。ロッドレンズ２６の設計上、例えば  ｄ２＝ｄ１／２  が成り立つようにする。この場合、ロッドレンズ射出端２６”を矢視Ａ方向から観測した場合の模式図を、図６に示す。この場合、ロッドレンズ射出端側では、中心部のみに点光源が形成される（図中、白い領域）。このため、ロッドレンズ射出端２６”の周辺部では、射出する光がない。
【００３０】
このロッドレンズ２６を、アレイ状に配列したのがフライアイレンズ２６ａである。このフライアイレンズ２６ａの点光源がないエリアを利用した偏光変換手段を、図７に示す。この偏光変換手段では、それぞれのロッドレンズ２６の射出端２６”に対応してＰＢＳ４０ａと１／２波長板４２ａがアレイ状に配列４０ａａされている。このＰＢＳ４０ａを透過した光４１はＰ偏光になる。ＰＢＳ４０ａで反射した光４３はＳ偏光であるが、隣接したＰＢＳ４７ａで再度反射し、１／２波長板４２ａにより、電界ベクトルが９０°回転する。
【００３１】
これにより、ＰＢＳ４０ａを透過・反射した光ともに、伝播方向が平行かつ電界ベクトルも平行になる。これにより、ランダム偏光が直線偏光になり、図１，３で示した構成と同じ効果を得ることができる。尚、隣接するＰＢＳ４７ａは、ＰＢＳではなく、反射ミラーでも良い。
【００３２】
また、ＰＢＳを透過した光のみに１／２波長板を透過させる構成により、図７の構成に対して電界ベクトルを９０°直交した直線偏光のみを射出することができる。
【００３３】
これらＰＢＳ４０ａと１／２波長板４２ａのアレイ４０ａａを矢視Ｂで観察した点光源群像の模式図を図８に示す。（ａ）には図７で示した技術を適用しない場合である。この場合、個々のロッドレンズに対応した点光源像が形成されている。この点光源を形成する光は、ランダム偏光であるとする。これに対して、図７の技術を適用した（ｂ）では、一本のロッドレンズによる点光源群がＰＢＳ４０ａで反射する方向に分割され、ＰＢＳ４０ａの透過光４１と反射光４３からなる２つの点光源群を形成する。この２つの点光源群は、電界ベクトルの平行な偏光で形成されている。尚、この構成では点光源群の配列のバランスが崩れる。
【００３４】
図８（ｂ）において、紙面の縦方向には光源群の間隔が短く、紙面の横方向には光源群の間隔が広くなる。この縦・横方向のピッチが異なる場合、ケーラー照明ではウェハ上における照明入射角不均一性の弊害がある。このため、光源群の配列を縦・横方向で均一化する方策を図９に示す。ロッドレンズ２６を射出した光は、図７に示したＰＢＳ４０ａと１／２波長板のアレイを透過する。
【００３５】
図９において、ＰＢＳで反射させる方向は、紙面に垂直である。ＰＢＳ４０ａと１／２波長板のアレイを透過した光は、ハーフミラー６１と全反射ミラー６３をアレイ状に配置したミラーアレイ９０に入射する。これにより、ＰＢＳ４０ａで２光束に分割した方向と直交する方向に光束を２分岐する。これにより、形成される点光源群を矢視Ｃより観察した模式図を図１０に示す。
【００３６】
図１０において、ミラーアレイ９０により、紙面の下方向に光源像４１と４３を分割した像４４が形成される。これにより、縦横方向ともに点光源群のピッチを同等にすることが可能であり、ウェハ上において照明の入射角を均一化することができる。
【００３７】
以上の構成においても、レーザー光源からの偏光が乱されたあとに、この本技術を適用することにより、照明効率向上の効果がある。
【００３８】
図１１に、図３で示した実施例を半導体ウェハの外観検査システムに適用した例を示す。光学系１０に内蔵されている光源２０で発光した光２５は、ＰＢＳユニット４０に入射しする。ＰＢＳ膜５８を透過したＰ偏光は１／２波長板４２に入射する。１／２波長板４２を透過した光４８は、電界ベクトルが９０°回転している。
【００３９】
ＰＢＳ膜５８を反射したＳ偏光５０は、ミラー４５で反射する。ＰＢＳ膜５８で分岐された２光束は三角プリズム５２に入射して交差する。この交差位置に楕円整形拡散板５５ａを配置し、一光束５６にする。この楕円整形拡散板５５ａを２次光源とする。光束５６の主たる偏光は、照明系と検出系を分岐するＰＢＳ６０に対してＳ偏光成分であり、ＰＢＳ６０を反射する。反射したＳ偏光成分は、１／４波長板６２で楕円偏光となり、対物レンズ６５を透過してウェハ１をケーラー照明する（楕円偏光は楕円率１の円偏光を含む）。
【００４０】
ウェハ１で反射・回折した光は、再び対物レンズ６５で捕捉され、１／４波長板６２によりＰＢＳ６０に対してＰ偏光になる（楕円率１の場合）。このため、ウェハ１で反射した光は、ほとんどがＰＢＳ６０を透過し、結像レンズ７０でイメージセンサ７５上にウェハ１の像を形成する。このイメージセンサ７５で光強度分布を電気信号に変換されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換回路８０でデジタル画像に変換される。このデジタル画像を画像処理部８１に転送し、ウェハ１上に形成された隣接ダイの画像同士の比較検査を行い、欠陥を検出する。
【００４１】
イメージセンサ７５がリニアイメージセンサ型である場合は、ウェハ１を吸着したチャック３を等速移動しながら画像を取得する。このため、チャック３は、Ｙステージ７，Ｘステージ６，θステージ５，Ｚステージ４に搭載されている。これらのステージ類を制御するメカニカルコントロール部８３と装置全体を制御するオペレーティングコントロール部８２は、制御信号の通信が可能な構成である。また、画像処理部８１で検出した欠陥部の座標や特徴を表示・解析するため、画像処理部８１とオペレーティングコントロール部８２もデータ通信が可能である。
【００４２】
以上の構成により、光源１で発光した光を、効率的に像面（イメージセンサ面）に導くことにより、像面照度の高照度化が可能である。これにより、より経済的な低出力光源で必要像面照度を達成可能であり、装置コストおよびランニングコストの低減に寄与できる。また、装置を高スループット化する場合は、本技術の適用により光源を変更ことなく、２倍速化（イメージセンサ蓄積時間１／２）に対応可能である。
【００４３】
また、図１１の光源２０を射出した光は、ランダム偏光として記載した。この光源としては、水銀ランプやＸｅランプ等の放電管がある。また、ハロゲンランプやタングステンランプも同様にランダム偏光を発光する。これに対して、レーザー光源は、射出光が直線偏光である。このレーザー光源の場合においても、コヒーレンシ低減技術等で偏光が乱されたあとに、図１〜１０に示した本技術を適用することにより、照明効率向上の効果がある。従って、レーザー光源においても、本技術は有効である。さらに、１／４波長板６２で円偏光（楕円率１）にした場合、もっとも像面照度が高くなるが、楕円偏光（楕円率＜１）の場合においても図１〜１０の技術は像面照度向上に有効である。
【００４４】
また、図１２に図７で示した実施例を半導体ウェハの外観検査システムに適用した例を示す。光学系１０に内蔵されている光源２０で発光した光２５は、フライアイレンズ２６ａに入射し、ＰＢＳ−１／２波長板アレイ４０ａａに入射する。ＰＢＳ−１／２波長板アレイ４０ａａの射出端を２次光源面とし、照明系と検出系を分岐するＰＢＳ６０に入射する。このＰＢＳ６０に入射する光はＳ偏光成分であり、ＰＢＳ６０を反射する。反射したＳ偏光成分は、１／４波長板６２で楕円偏光（楕円偏光は楕円率１の円偏光を含む）となり、対物レンズ６５を透過してウェハ１をケーラー照明する。
【００４５】
ウェハ１で反射・回折した光は、再び対物レンズ６５で捕捉され、１／４波長板６２によりＰＢＳ６０に対してＰ偏光になる（楕円率１の場合）。このため、ウェハ１で反射した光は、ほとんどがＰＢＳ６０を透過し、結像レンズ７０でイメージセンサ７５上にウェハ１の像を形成する。以上により、図１１で示した実施例と同様に照明効率の向上が可能である。
【００４６】
尚、例えば図１のプリズム５２では、屈折により２つの光束を交差させる手段を記述した。しかし、ミラー等の反射素子を用いた実施の形態でも同じ機能が得られる。このように、以上に記述した実施の形態による様々な組み合わせは、容易に考えられることが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】ＰＢＳと１／２波長板を利用した直線偏光化手段の斜視図である。
【図２】楕円整形拡散板の側面図である。
【図３】ＰＢＳと１／２波長板を利用した直線偏光化手段の概略の構成を示す側面図である。
【図４】ＰＢＳとミラーの２回反射を利用した直線偏光化手段の斜視図である。
【図５】ロッドレンズと透過する光の関係を示すロッドレンズの平面図である。
【図６】ロッドレンズ射出端における点光源群の模式図である。
【図７】フライアイレンズとＰＢＳ−１／２波長板アレイによる直線偏光化手段の平面図である。
【図８】（ａ）は、図７で示した直線偏光化手段を適用しない場合の点光源群の正面図、（ｂ）は、図７で示した直線偏光化手段を適用した場合の点光源群の正面図である。
【図９】ハーフミラーと全反射ミラーのアレイを用いた点光源ピッチの等方化手段の概略構成を示す平面図である。
【図１０】ハーフミラーと全反射ミラーのアレイによる点光源群の正面図。
【図１１】本発明による外観検査装置の概略構成を示す正面図である。
【図１２】本発明による外観検査装置の概略構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１…ウェハ，２０…光源，２６…ロッドレンズ，２６ａ…フライアイレンズ（ロッドレンズアレイ），４０…ＰＢＳユニット，４０ａ…ＰＢＳ−１／２波長板素子，４０ａａ…ＰＢＳ−１／２波長板アレイ，４２…１／２波長板，４５…反射面，５２…三角プリズム，５５…楕円整形拡散板，５８…ＰＢＳ膜、６０…照明系／検出系分岐用ＰＢＳ，６１…ハーフミラー，６２…１／４波長板，６３…ミラー，６５…対物レンズ，７５…イメージセンサ 
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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