JP2011017538A

JP2011017538A - 表面検査装置および光学装置

Info

Publication number: JP2011017538A
Application number: JP2009160355A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Inoue; 毅井上; Masayuki Yamada; 昌幸山田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2009-07-07
Filing date: 2009-07-07
Publication date: 2011-01-27

Abstract

【課題】検出光量低下防止表面検査装置を提供する。
【解決手段】表面検査装置は、少なくとも熱線及び紫外光を射出する光源部と、所定の繰り返しパターンを有する被検基板の表面に、前記紫外光の直線偏光を照射する照明部と、前記直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と振動方向が交差する偏光成分を検出する検出部と、前記検出部で検出された前記偏光成分に基づいて、欠陥の有無を検査する検査部とを備え、前記照明部または前記検査部の光路上に、前記直線偏光または前記偏光成分を得るための偏光板３４が密閉部材３６により配設されると共に、前記密閉部材３６の前記紫外光の透過領域表面に紫外光透過性熱線吸収膜が形成され、更に前記透過領域の周辺領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜のいずれか一つが形成されている。
【選択図】図９

Description

本発明は、半導体素子等の製造過程における、シリコンウェハ等の基板表面の欠陥を検出する表面検査装置および光学装置に関する。

半導体素子等の製造過程における、ウェハの表面に形成された繰り返しパターンの欠陥を検査する検査装置として、従来から、回折を利用したものが知られている。しかしながら、繰り返しピッチの微細化（すなわち、配線パターンなどのライン・アンド・スペースの微細化）に対応するために、照明光の短波長化を行おうとすると、光源の種類が限定され、高価で大掛かりな光源となってしまう。また、照明系や受光系を構成する光学素子の材料も高価なものに限定され、好ましくない。

このため、繰り返しパターンの構造性複屈折を利用した検査が提案されている。これは、繰り返しパターンへ直線偏光を照射し、その偏光成分と直交する成分の光を検出して検査を行うものである（例えば、特許文献１を参照）。この検査によれば、回折光が出ないような微細な繰り返しパターンの検査が可能であり、照明光を短波長化することなく検査を行うことができる。

ただし、繰り返しパターンによる偏光状態の変化は微少である。このため、直線偏光を被検基板へ導く光学系により偏光が乱れる影響が無視できない。このような問題を解決するため、偏光の乱れを補正する偏光補正部材を光路中に配設することも提案されている。

前述したように、繰り返しパターンの構造性複屈折を利用することで、回折光が出ないような微細な繰り返しパターンの検査が照明光を短波長化することなく可能になるが、波長選択の自由度は大きい方が望ましい。例えば、構造性複屈折による偏光状態の変化は、光の波長にほぼ反比例するため、短波長域の方が検査感度がよい。

国際公開第０５／０４０７７６号パンフレット

しかしながら、検査精度を向上させるために短波長の紫外光を照明光として用いると、紫外光と検査装置内部を浮遊する物質との化学反応により生じた化合物が偏光板等に付着し、検出する光の光量が低下するという問題があった。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、検出する光の光量低下を防止した表面検査装置および光学装置を提供することを目的とする。

このような目的達成のため、本発明に係る表面検査装置は、少なくとも熱線及び紫外光を含む光を射出する光源部と、所定の繰り返しパターンを有する被検基板の表面に、前記紫外光の直線偏光を照射する照明部と、前記直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と振動方向が交差する偏光成分を検出する検出部と、前記検出部で検出された前記偏光成分に基づいて、前記繰り返しパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、
前記照明部または前記検査部の光路上に、前記直線偏光または前記偏光成分を得るための偏光板が外気に対して少なくとも一部密閉された状態で密閉部材に配設されると共に、前記密閉部材のうちの前記紫外光の透過領域表面に紫外光透過性熱線吸収膜が形成され、更に前記透過領域の周辺領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されている。

なお、上述の発明において、前記直線偏光または前記偏光成分における偏光の乱れを補正する偏光補正部材が更に、前記偏光板とともに外気に対して少なくとも一部密閉された状態で配設されることが好ましい。

また、上述の発明において、前記偏光板は、前記照明部または前記検査部を通る光を透過させる光学素子を有した密閉部材により密閉されており、前記光学素子の主成分が二酸化珪素であり、前記光学素子の表面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成され、更に前記光学素子の周辺に位置する密閉部材の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されていることが好ましい。

また、上述の発明において、前記偏光板および前記偏光補正部材は、前記照明部または前記検査部を通る光を透過させる光学素子を有した密閉部材により密閉されており、前記光学素子の主成分が二酸化珪素であり、前記光学素子の表面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成され、更に前記光学素子及び前記偏光素子の周辺に位置する密閉部材の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されていることが好ましい。

さらに、上述の発明において、前記光学素子の外面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成されていることが好ましい。

また、上述の発明において、前記検出部は、前記被検基板の表面からの光を結像させる結像レンズと、前記結像レンズにより結像された像を検出する撮像装置とを有しており、前記結像レンズが前記密閉部材に密閉されるとともに、前記撮像装置が前記密閉部材と連結して取り付けられることが好ましい。

また、上述の発明において、前記偏光補正部材は、石英ガラスを主成分として形成された平行平面板であり、前記偏光板における前記偏光板と前記偏光補正部材との間隙部に面する一方の面および、前記偏光補正部材における前記間隙部に面する一方の面がそれぞれ前記間隙部を含んで密閉部材により密閉されるとともに、前記偏光板および前記偏光補正部材における他方の面が外側に面して、前記照明部または前記検査部を通る光が前記偏光板および前記偏光補正部材を透過するように構成され、前記偏光板および前記偏光補正部材における前記他方の面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成されていることが好ましい。

また、上述の発明において、前記密閉部材の内部が活性の低いガスで満たされていることが好ましい。

また、本発明に係る光学装置は、偏光素子と、前記偏光素子の少なくとも一方側に配設され、前記偏光素子を通過する光を透過させる光学素子と、前記光学素子および前記偏光素子を保持するとともに、前記光学素子と前記偏光素子とが対向する内部を外気に対して密閉する保持部材とを備えて構成され、前記光学素子及び前記偏向素子が表面に紫外光透過性熱線吸収膜を有し、更に前記光学素子及び前記偏光素子の周辺に位置する密閉部材の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されていることが好ましい。

本発明によれば、検出する光の光量低下を防止することができる。

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実施形態の表面検査装置１は、図１に示すように、被検基板である半導体ウェハ１０（以下、ウェハ１０と称する）を支持するステージ２０と、照明光学系３０と、検出光学系４０とを備えて構成されている。また、表面検査装置１は、検出光学系４０で撮像された画像の画像処理を行う画像処理部５０と、検出光学系４０で撮像された画像や画像処理部５０による画像処理結果を表示するモニタ５５とを備えている。表面検査装置１は、半導体回路素子の製造工程において、ウェハ１０の表面の検査を自動的に行う装置である。ウェハ１０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、不図示のウェハカセットまたは現像装置から運ばれ、ステージ２０に吸着保持される。

ウェハ１０の表面には、図２に示すように、複数のチップ領域１１がＸＹ方向に配列され、各チップ領域の中に所定の繰り返しパターン１２が形成されている。繰り返しパターン１２は、図３に示すように、複数のライン部２Ａがその短手方向（Ｘ方向）に沿って一定のピッチＰで配列されたレジストパターン（例えば、配線パターン）である。隣り合うライン部２Ａ同士の間は、スペース部２Ｂである。なお、ライン部２Ａの配列方向（Ｘ方向）を「繰り返しパターン１２の繰り返し方向」と称する。

ここで、繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａの線幅Ｄ_Aの設計値をピッチＰの１／２とする。設計値の通りに繰り返しパターン１２が形成された場合、ライン部２Ａの線幅Ｄ_Aとスペース部２Ｂの線幅Ｄ_Bは等しくなり、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比は略１：１になる。これに対して、繰り返しパターン１２を形成する際の露光フォーカスが適正値から外れると、ピッチＰは変わらないが、ライン部２Ａの線幅Ｄ_Aが設計値と異なってしまうとともに、スペース部２Ｂの線幅Ｄ_Bとも異なってしまい、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。

本実施形態の表面検査装置１は、上記のような繰り返しパターン１２におけるライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比の変化を利用して、繰り返しパターン１２の欠陥検査を行うものである。説明を簡単にするため、理想的な体積比（設計値）を１：１とする。体積比の変化は、露光フォーカスの適正状態からの外れに起因し、ウェハ１０のショット領域ごとに現れる。なお、体積比を断面形状の面積比と言い換えることもできる。

また、本実施形態においては、繰り返しパターン１２に対する照明光（後述）の波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さいものとする。このため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはなく、繰り返しパターン１２の欠陥検査を回折光により行うことはできない。本実施形態における欠陥検査の原理は、以降、表面検査装置の構成（図１）とともに順に説明する。

表面検査装置１のステージ２０は、ウェハ１０を上面で支持して、例えば真空吸着により固定保持する。さらに、ステージ２０は、上面の中心における法線Ａ１を中心軸として回転可能である。この回転機構によって、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２および図３におけるＸ方向）を、ウェハ１０の表面内で回転させることができる。なお、ステージ２０は、上面が水平面であり、ウェハ１０を常に水平な状態に保つことができる。

本実施形態においては、ウェハ１０における繰り返しパターン１２の繰り返し方向（図２および図３におけるＸ方向）を、後述の照明光の入射面Ａ２（図４を参照）に対して、４５度の角度に傾けて設定する。なお、角度は４５度に限らず、２２．５度や６７．５度など任意角度方向に設定可能である。

照明光学系３０は、光源３１と、ライトガイドファイバ３２と、第１偏光板ユニット３３と、第１凹面反射鏡３９とを有して構成され、ステージ２０上のウェハ１０の繰り返しパターン１２を直線偏光Ｌ１（図５（ａ）を参照）により照明する。この直線偏光Ｌ１が、繰り返しパターン１２に対する照明光である。直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面全体に照射される。

直線偏光Ｌ１の進行方向（ウェハ１０表面上の任意の点に到達する直線偏光Ｌ１の主光線の方向）は、ステージ２０の中心を通る法線Ａ１に対して所定の角度θだけ傾けられている。ちなみに、直線偏光Ｌ１の進行方向を含み、ステージ２０の法線Ａ１に平行な平面が、直線偏光Ｌ１の入射面である。図４の入射面Ａ２は、ウェハ１０の中心における入射面である。

また、本実施形態では、直線偏光Ｌ１がｐ偏光である。すなわち、図５（ａ）に示すように、直線偏光Ｌ１の進行方向と電気ベクトルの振動方向とを含む平面（直線偏光Ｌ１の振動面）が、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれる。直線偏光Ｌ１の振動面は、第１偏光板ユニット３３に構成される第１偏光板３４の透過軸により規定される。

照明光学系３０の光源３１は、水銀ランプ等の放電光源であり、少なくとも熱線及び紫外光を含む光を射出する。なお、図示しない波長選択フィルタによって、光源３１から射出される光のうち短波長（例えば３１３ｎｍ）の紫外光（輝線スペクトル）を選択的にライトガイドファイバ３２へ透過させる。ライトガイドファイバ３２は、光源３１からの光を伝送する。

ここで、波長選択フィルタは紫外光透過性熱線吸収膜により構成されており、熱線を吸収してフィルタの温度が上昇するので、フィルタ特性を変動させる検査装置内部の水分や浮遊物質がフィルタに付着しにくくなる。よって、フィルタに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

第１偏光板ユニット３３は、図９に示すように、第１偏光板３４と、第１補償板３５と、これらを密閉する第１密閉部材３６とを有して構成され、ライトガイドファイバ３２と第１凹面反射鏡３９との間の光路上に配設される。第１偏光板３４は、第１密閉部材３６の内部に配設されるとともに、その透過軸が所定の方位に設定され、透過軸に応じてライトガイドファイバ３２からの光を直線偏光にする。

なお、第１偏光板３４は、例えば図１０に示すように、延伸して分子構造を一方向に揃えたポリビニールアルコールからなる偏光層３４ａと、偏光層３４ａをサンドイッチ状に挟むガラス板（石英ガラスを使用）からなる保護層３４ｂとから構成され、第１偏光板３４（保護層３４ｂ）の表面にそれぞれ、反射防止膜等のコーティングが施されている。

第１補償板３５は、第１密閉部材３６の内部における第１偏光板３２よりも第１凹面反射鏡３９に近い側に配設され、第１凹面反射鏡３９で反射する直線偏光Ｌ１の偏光の乱れを補正する。なお、第１補償板３５は、石英ガラスを用いて形成された平行平面板であり、ライトガイドファイバ３２と第１凹面反射鏡３９との間の光軸に対し傾斜した状態で配置される。

第１密閉部材３６は、２枚の窓ガラス３７，３８を有する箱形に形成され、第１偏光板３４および第１補償板３５を外気に対し密閉した状態で収容保持する。また、第１密閉部材３６は、図示しない配管等を介して窒素ガス供給装置（図示せず）と接続されており、この窒素ガス供給装置から供給される窒素ガスを用いて、第１密閉部材３６の内部空間３６ａが比較的活性の低い窒素ガスで満たされパージされるようになっている。

ライトガイドファイバ３２側に近い第１の窓ガラス３７は、石英ガラスを用いて板状に形成され、ライトガイドファイバ３２からの光が透過して第１密閉部材３６の内部に達し、第１偏光板３４および第１補償板３５をこの順で透過するようになっている。また、第１凹面反射鏡３９側に近い第２の窓ガラス３８も、石英ガラスを用いて板状に形成され、第１補償板３５からの光が透過して第１凹面反射鏡３９に向かうようになっている。

なお、第１密閉部材３６の内側に面する各窓ガラス３７，３８の内面３７ａ，３８ａにはそれぞれ、反射防止膜等のコーティングが施されている。一方、第１密閉部材３６の外側に面する各窓ガラス３７，３８の外面３７ｂ，３８ｂにはそれぞれ、紫外光透過性熱線吸収膜が形成されており、前記紫外光透過性熱線吸収膜に前記光源３１からの熱線が照射される。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

この際に、各窓ガラス３７，３８の外面３７ｂ，３８ｂに形成された紫外光透過性熱線吸収膜が熱線を吸収して外面３７ｂ，３８ｂの温度が上昇するので、検査装置内部の水分や浮遊物質が外面３７ｂ，３８ｂに付着しにくくなる。よって、外面３７ｂ，３８ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。

また、外面３７ｂ，３８ｂの周辺に位置する密閉部材３６の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されているので、外面３７ｂ，３８ｂがより加熱されやすい。よって、外面３７ｂ，３８ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下をさらに防止できる。

なお、前記光源３１からの熱線を外面３７ｂ，３８ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）に照射する際には、外面３７ｂ，３８ｂのみならず、外面３７ｂ，３８ｂの周辺に位置する密閉部材３６の領域にも光源３１からの熱線の照射範囲が及ぶようにする。

ここで、熱線反射膜は熱線吸収膜及び熱伝導性膜を透過した熱線を反射して、再び熱線吸収膜及び熱伝導性膜に吸収させるために設けられている。また、熱伝導性膜は吸収された熱を外面３７ｂ，３８ｂに伝達して加熱しやすくするために設けられている。

熱線反射膜を構成する物質としては、アルミニウム、銀、亜鉛、錫、クロム、ニッケル、チタン、ケイ素、ステンレス鋼、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化タンタル、ＩＴＯ、酸化クロム、酸化ステンレス鋼、酸化ニクロム、フッ素含有酸化スズ、アンチモン含有酸化スズ、アルミニウム含有酸化亜鉛、窒化ケイ素、窒化クロム、窒化チタン、窒化ステンレス鋼等などあり、これらを１種又は２種以上組み合わせることが可能である。

熱伝導性膜を構成する物質としては、例えば、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｂ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄのような金属（金属単体）、これらの金属を含む合金、これらの金属を含む酸化物や窒化物等が挙げられる。

これらの中でも、高熱伝導性材料としては、アルミニウム、銅、チタン、ステンレス鋼のような金属材料、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス材料が好ましい。

熱線吸収膜を構成する物質としては、熱線（赤外線）を吸収して発熱するものであればどのような物質でもよく、例えば、ＭｇＦ2 とＩＴＯとＺｒＯ2 により構成される積層膜やＺｎＯとＡｇにより構成される積層膜などを使用可能である。

熱線反射膜、熱伝導性膜及び熱線吸収膜は、例えば、化学蒸着法（プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、レーザＣＶＤなど）、物理蒸着法（真空蒸着、スパッタリングなど）により数十ｎｍ〜数百ｎｍの厚さに形成される。

なお、外面３７ｂ，３８ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）への前記光源３１からの熱線照射は、前記光源３１光から熱線透過フィルタにより熱線を抽出して、この熱線を熱線反射光学素子を用いて外面３７ｂ，３８ｂに向けて偏向させることにより行うことができる。熱線透過フィルタには、例えばケンコー光学製赤外透過フィルターR-70,R-72,IR-76,80,83,85が使用できる。熱線反射光学素子には熱線反射膜が設けられている。

第１凹面反射鏡３９は、図１に示すように、第１凹面反射鏡３９で反射する第１偏光板ユニット３３からの光を平行光束にして、被検基板であるウェハ１０へ照射する。すなわち照明光学系３０は、ウェハ１０側に対してテレセントリックな光学系である。

上記の照明光学系３０において、光源３１からの紫外光は、ライトガイドファイバ３２、第１の窓ガラス３７、第１偏光板３４、第１補償板３５、第２の窓ガラス３８、および第１凹面反射鏡３９を介してｐ偏光の直線偏光Ｌ１となり、ウェハ１０の表面全体に入射する。ウェハ１０の各点における直線偏光Ｌ１の入射角度は、平行光束のため互いに同じであり、光軸と法線Ａ１とのなす角度θに相当する。

本実施形態では、ウェハ１０に入射する直線偏光Ｌ１がｐ偏光であるため、図４に示すように、繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）が直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２（ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の進行方向）に対して４５度の角度に設定された場合、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向と繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度も、４５度に設定される。

言い換えると、直線偏光Ｌ１は、ウェハ１０の表面における直線偏光Ｌ１の振動面の方向（図６におけるＶ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度傾いた状態で、繰り返しパターン１２を斜めに横切るようにして繰り返しパターン１２に入射する。

このような直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は、ウェハ１０の表面全体において均一である。なお、４５度を１３５度，２２５度，３１５度のいずれかに言い換えても、直線偏光Ｌ１と繰り返しパターン１２との角度状態は同じである。また、図６の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度を４５度に設定するのは、繰り返しパターン１２の欠陥検査の感度を最も高くするためである。

そして、上記の直線偏光Ｌ１を用いて繰り返しパターン１２を照明すると、繰り返しパターン１２から正反射方向に楕円偏光Ｌ２が発生する（図５（ｂ）を参照）。この場合、楕円偏光Ｌ２の進行方向が正反射方向に一致する。正反射方向とは、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度θ（直線偏光Ｌ１の入射角度θに等しい角度）だけ傾いた方向である。なお、上述の通り、繰り返しパターン１２のピッチＰが照明波長と比較して十分短いため、繰り返しパターン１２から回折光が発生することはない。

ここで、直線偏光Ｌ１が繰り返しパターン１２での反射により楕円化し、繰り返しパターン１２から楕円偏光Ｌ２が発生する理由について簡単に説明する。直線偏光Ｌ１は、繰り返しパターン１２に入射すると、振動面の方向（図６のＶ方向）が、図７に示す２つの偏光成分Ｖ_X，Ｖ_Yに分かれる。一方の偏光成分Ｖ_Xは、繰り返し方向（Ｘ方向）に平行な成分である。他方の偏光成分Ｖ_Yは、繰り返し方向（Ｘ方向）に垂直な成分である。そして、２つの偏光成分Ｖ_X，Ｖ_Yは、それぞれ独立に、異なる振幅変化と位相変化とを受ける。振幅変化と位相変化が異なるのは、繰り返しパターン１２の異方性に起因して複素屈折率がＸ方向とＹ方向で異なるからであり、構造性複屈折（form birefringence）と呼ばれる。その結果、２つの偏光成分Ｖ_X，Ｖ_Yの反射光は互いに振幅と位相が異なり、これらの合成による反射光は楕円偏光Ｌ２となる（図５（ｂ）を参照）。

また、繰り返しパターン１２の異方性に起因する楕円化の程度は、図５（ｂ）で示す楕円偏光Ｌ２のうち、図５（ａ）で示す直線偏光Ｌ１の振動面に垂直な偏光成分Ｌ３（図５（ｃ）を参照）と考えることができる。そして、この偏光成分Ｌ３の大きさは、繰り返しパターン１２の材質および形状と、図６の振動面の方向（Ｖ方向）と繰り返し方向（Ｘ方向）とのなす角度に依存する。このため、Ｖ方向とＸ方向とのなす角度を一定の値（本実施形態では４５度）に保つ場合、繰り返しパターン１２の材質が一定であっても、繰り返しパターン１２の形状が変化すると、楕円化の程度（偏光成分Ｌ３の大きさ）が変化することになる。

繰り返しパターン１２の形状と偏光成分Ｌ３の大きさとの関係について説明する。図３に示すように、繰り返しパターン１２は、ライン部２Ａとスペース部２ＢとをＸ方向に沿って交互に配列した凹凸形状を有し、適正な露光フォーカスで設計値通りに形成されると、ライン部２Ａの線幅Ｄ_Aとスペース部２Ｂの線幅Ｄ_Bが等しくなるが、露光フォーカスが適正から外れると、ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比が略１：１から外れる。このとき、偏光成分Ｌ３の大きさは理想的な場合と比較して変化する。偏光成分Ｌ３の大きさの変化の一例を図示すると、図８のようになる。図８の横軸は、ライン部２Ａの線幅Ｄ_Aである。

このように、直線偏光Ｌ１を用いて、図６の振動面の方向（Ｖ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して４５度だけ傾いた状態で、繰り返しパターン１２を照明すると、正反射方向に反射して生じた楕円偏光Ｌ２は、その楕円化の程度（図５（ｃ）における偏光成分Ｌ３の大きさ）が、繰り返しパターン１２の形状（ライン部２Ａとスペース部２Ｂとの体積比）に応じたものとなる。楕円偏光Ｌ２の進行方向は、直線偏光Ｌ１の入射面Ａ２内に含まれ、ステージ２０の法線Ａ１に対して角度θだけ傾いている。

さて、検出光学系４０は、図１に示すように、第２凹面反射鏡４１と、第２偏光板ユニット４２と、結像レンズ４８と、撮像装置４９とを有して構成され、その光軸がステージ２０の中心を通る法線Ａ１に対して角度θだけ傾くように配設される。従って、繰り返しパターン１２からの楕円偏光Ｌ２は、検出光学系４０の光軸に沿って進行することになる。第２凹面反射鏡４１は、第１凹面反射鏡３９と同様の反射鏡であり、楕円偏光Ｌ２を反射して結像レンズ４８の方へ導き、結像レンズ４８と協働して撮像装置４９の撮像面に結像させる。

ただし、第２凹面反射鏡４１と結像レンズ４８との間の光路上には、第２偏光板ユニット４２が配設されている。第２偏光板ユニット４２は、図１１に示すように、第２偏光板４３と、第２補償板４４と、これらを密閉する第２密閉部材４５とを有して構成される。第２偏光板４３は、第２密閉部材４５の内部に配設されるとともに、第２偏光板４３の透過軸の方位が、上述した照明光学系３０の第１偏光板３４の透過軸に対して直交するように設定される（クロスニコルの状態）。

したがって、第２偏光板４３により、楕円偏光Ｌ２の図５（ｃ）の偏光成分Ｌ３に相当する直線偏光Ｌ４のみを抽出して、撮像装置４９に導くことができる。その結果、撮像装置４９の撮像面には、直線偏光Ｌ４（偏光成分Ｌ３）によるウェハ１０の反射像が形成される。なお、第２偏光板４３は、前述の第１偏光板３４と同様の構成である。なお、第２偏光板４３の透過軸の方位は、構造性複屈折の程度に応じて、クロスニコルの状態からずらしてもよい。

第２補償板４４は、第２密閉部材４５の内部における第２偏光板４３よりも第２凹面反射鏡４１に近い側に配設され、第２凹面反射鏡４１で反射する楕円偏光Ｌ２およびその偏光成分Ｌ３の偏光の乱れを補正する。なお、第２補償板４４は、石英ガラスを用いて形成された平行平面板であり、第２凹面反射鏡４１と結像レンズ４８との間の光軸に対し傾斜した状態で配置される。

第２密閉部材４５は、２枚の窓ガラス４６，４７を有する箱形に形成され、第２偏光板４３および第２補償板４４を外気に対し密閉した状態で収容保持する。また、第２密閉部材４５は、図示しない配管等を介して窒素ガス供給装置（図示せず）と接続されており、この窒素ガス供給装置から供給される窒素ガスを用いて、第２密閉部材４５の内部空間４５ａが比較的活性の低い窒素ガスで満たされパージされるようになっている。第２凹面反射鏡４１側に近い第３の窓ガラス４６は、石英ガラスを用いて板状に形成され、第２凹面反射鏡４１からの光が透過して第２密閉部材４５の内部に達し、第２補償板４４および第２偏光板４３をこの順で透過するようになっている。また、結像レンズ４８側に近い第４の窓ガラス４７も、石英ガラスを用いて板状に形成され、第２偏光板４３からの光が透過して結像レンズ４８および撮像装置４９に向かうようになっている。

なお、第２密閉部材４５の内側に面する各窓ガラス４６，４７の内面４６ａ，４７ａにはそれぞれ、反射防止膜等のコーティングが施されている。一方、第２密閉部材４５の外側に面する各窓ガラス４６，４７の外面４６ｂ，４７ｂにはそれぞれ、紫外光透過性熱線吸収膜が形成されており、前記紫外光透過性熱線吸収膜に前記光源３１からの熱線が照射される。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

この際に、各窓ガラス４６，４７の外面４６ｂ，４７ｂに形成された紫外光透過性熱線吸収膜が熱線を吸収して外面４６ｂ，４７ｂの温度が上昇するので、検査装置内部の水分や浮遊物質が外面４６ｂ，４７ｂに付着しにくくなる。よって、外面４６ｂ，４７ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。

また、外面４６ｂ，４７ｂの周辺に位置する第２密閉部材４５の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されているので、外面４６ｂ，４７ｂがより加熱されやすい。よって、外面４６ｂ，４７ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下をさらに防止できる。

なお、前記光源３１からの熱線を外面４６ｂ，４７ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）に照射する際には、外面４６ｂ，４７ｂのみならず、外面４６ｂ，４７ｂの周辺に位置する第２密閉部材４５の領域にも光源３１からの熱線の照射範囲が及ぶようにする。

ここで、熱線反射膜は熱線吸収膜及び熱伝導性膜を透過した熱線を反射して、再び熱線吸収膜及び熱伝導性膜に吸収させるために設けられている。また、熱伝導性膜は吸収された熱を外面４６ｂ，４７ｂに伝達して加熱しやすくするために設けられている。

なお、外面４６ｂ，４７ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）への前記光源３１からの熱線照射は、前記光源３１光から熱線透過フィルタにより熱線を抽出して、この熱線を熱線反射光学素子を用いて外面４６ｂ，４７ｂに向けて偏向させることにより行うことができる。熱線透過フィルタには、例えばケンコー光学製赤外透過フィルターR-70,R-72,IR-76,80,83,85が使用できる。熱線反射光学素子には熱線反射膜が設けられている。

撮像装置４９は、例えばＣＣＤカメラ等から構成され、撮像面に形成されたウェハ１０の反射像を光電変換して、画像信号を画像処理部５０に出力する。ウェハ１０の反射像の明暗は、直線偏光Ｌ４の光強度（図５（ｃ）の偏光成分Ｌ３の大きさ）に略比例し、繰り返しパターン１２の形状に応じて変化する。ウェハ１０の反射像が最も明るくなるのは、繰り返しパターン１２が理想的な形状（体積比が１：１）の場合である。なお、ウェハ１０の反射像の明暗は、ショット領域ごとに現れる。

画像処理部５０は、撮像装置４９から出力される画像信号に基づいて、ウェハ１０の反射画像を取り込む。なお、画像処理装置５０は、比較のため、良品ウェハの反射画像を予め記憶している。良品ウェハとは、繰り返しパターン１２が理想的な形状（体積比が１：１）で表面全体に形成されたものである。良品ウェハの反射画像の輝度情報は、最も高い輝度値を示すと考えられる。

したがって、画像処理部５０は、被検基板であるウェハ１０の反射画像を取り込むと、その輝度情報を良品ウェハの反射画像の輝度情報と比較する。そして、ウェハ１０の反射画像における暗い箇所の輝度値の低下量（∝図８の低下量Δ）に基づいて、繰り返しパターン１２の欠陥を検出する。例えば、輝度値の変化量が予め定められた閾値（許容値）より大きければ「欠陥」と判定し、閾値より小さければ「正常」と判断すればよい。そして、画像処理部５０による輝度情報の比較結果およびそのときのウェハ１０の反射画像がモニタ５５で出力表示される。

なお、画像処理部５０においては、上述のように、良品ウェハの反射画像を予め記憶しておく構成の他、ウェハ１０のショット領域の配列データと輝度値の閾値を予め記憶しておく構成でもよい。この場合、ショット領域の配列データに基づいて、取り込まれたウェハ１０の反射画像中における各ショット領域の位置が分かるので、各ショット領域の輝度値を求める。そして、その輝度値と記憶されている閾値とを比較することにより、パターンの欠陥を検出する。閾値より輝度値の変化が小さいショット領域を「欠陥」と判断すればよい。

このような構成の表面検査装置１によれば、直線偏光Ｌ１を用いて、図６の振動面の方向（Ｖ方向）が繰り返しパターン１２の繰り返し方向（Ｘ方向）に対して傾いた状態で、繰り返しパターン１２を照明するとともに、正反射方向に発生した楕円偏光Ｌ２のうち、直線偏光Ｌ４の光強度（図５（ｃ）の偏光成分Ｌ３の大きさ）に基づいて、繰り返しパターン１２の欠陥を検出することで、照明波長と比較して繰り返しパターン１２のピッチＰが十分小さくても、確実に欠陥検査を行うことができる。

ところで、本実施形態においては、前述したように、第１密閉部材３６に密閉された第１偏光板３４および第１補償板３５が照明光学系３０の光路上に配設されるとともに、第２密閉部材４５に密閉された第２偏光板４３および第２補償板４４が検出光学系４０の光路上に配設されている。これにより、紫外光である照明光（および反射光）と装置内部を浮遊する物質との化学反応により生じた化合物が偏光板や補償板に付着するのを防止することができ、検出する光（直線偏光Ｌ４）の光量低下を防止することが可能になる。

また、本実施形態においては、前述のように、密閉された第１密閉部材３６に図示しない配管を介して窒素ガスを充填させたが、この不図示の配管は、窒素ガスを充填させた後に取り外しできるように逆止弁を介して配管してもよい。また、第１密閉部材３６に開口部を設けるとともに窒素ガスを常に供給し窒素ガスを流すことにより外部から反応性ガスの侵入を防ぐ構造としてもよい。この場合、常に窒素ガスを流すことにより、第１密閉部材３６の内部に熱がこもるのを防止することができ、第１偏光板３４の熱による影響を低減することができる。

なお、上述のような化合物として、例えば、装置内部を浮遊するシロキサンと紫外光との化学反応により生じる二酸化珪素（ＳｉＯ₂）が知られている。そのため、第１および第２密閉部材３６，４５における各窓ガラスの主成分を二酸化珪素（石英ガラス）にして、その外面にコーティングを施さないようにすることで、紫外光との化学反応により生じた二酸化珪素が各窓ガラスに付着したとしても、各窓ガラスを透過する光の特性が変化するのを防止することができ、検査精度の低下を防止することが可能になる。また、前述の化学反応が起きにくい低活性なプラスチック等を用いることもできる。

また、第１および第２密閉部材３６，４５の内部空間３６ａ，４５ａを活性の低い窒素ガスで満たすことにより、紫外光との化学反応により生じた物質が密閉部材の隙間から内部に侵入して偏光板や補償板に付着するのを防止することができる。

なお、上述の第１実施形態において、第１密閉部材３６に密閉された第１偏光板３４および第１補償板３５が照明光学系３０の光路上に配設されるとともに、第２密閉部材４５に密閉された第２偏光板４３および第２補償板４４が検出光学系４０の光路上に配設されているが、これに限られるものではなく、第１偏光板３４および第１補償板３５のみを密閉する場合や、第２偏光板４３および第２補償板４４のみを密閉する場合でも、ある程度の効果は期待できる。また、上述の第１実施形態において、偏光板および補償板が密閉部材により密閉されているが、これに限られるものではなく、補償板を使用しない構成の表面検査装置の場合には、偏光板のみを密閉するようにすればよい。

次に、表面検査装置の第２実施形態について説明する。図１２に示すように、第２実施形態の表面検査装置１０１は、第１実施形態の表面検査装置１と比較して、検出光学系４０の構成のみ異なり、他の構成は同様であるので、同一部材に同一の番号を付して詳細な説明を省略する。

第２実施形態の検出光学系１４０は、第２凹面反射鏡１４１と、対物レンズユニット１４２とを有して構成され、その光軸がステージ２０の中心を通る法線Ａ１に対して角度θだけ傾くように配設される。第２凹面反射鏡１４１は、第１実施形態の第２凹面反射鏡４１と同様の反射鏡であり、楕円偏光Ｌ２を反射して対物レンズユニット１４２の方へ導き、図１３に示す対物レンズユニット１４２の結像レンズ１４８ａ，１４８ｂと協働して撮像装置１４９の撮像面に結像させる。

対物レンズユニット１４２は、図１３に示すように、第２偏光板１４３と、第２補償板１４４と、結像レンズ１４８ａ，１４８ｂと、これらを密閉する第２密閉部材１４５と、第２密閉部材１４５に連結して取り付けられた撮像装置１４９とを有して構成される。第２偏光板１４３は、第１実施形態の第２偏光板４３と同様の構成であり、第２密閉部材１４５の内部に配設されるとともに、第２偏光板１４３の透過軸の方位が、照明光学系３０の第１偏光板３４の透過軸に対して直交するように設定される（クロスニコルの状態）。したがって、第２偏光板１４３により、楕円偏光Ｌ２の図５（ｃ）の偏光成分Ｌ３に相当する直線偏光Ｌ４のみを抽出して、撮像装置１４９に導くことができる。その結果、撮像装置１４９の撮像面には、直線偏光Ｌ４（偏光成分Ｌ３）によるウェハ１０の反射像が形成される。

第２補償板１４４は、第２密閉部材１４５の内部における第２偏光板１４３よりも第２凹面反射鏡１４１に近い側に配設され、第２凹面反射鏡１４１で反射する楕円偏光Ｌ２およびその偏光成分Ｌ３の偏光の乱れを補正する。なお、第２補償板１４４も、第１実施形態の第２補償板４４と同様の構成であり、第２凹面反射鏡１４１と結像レンズ１４８ａ，１４８ｂとの間の光軸に対し傾斜した状態で配置される。

第２密閉部材１４５は、先端に窓ガラス１４６を有する箱形に形成され、第２偏光板１４３、第２補償板１４４、および結像レンズ１４８ａ，１４８ｂを外気に対し密閉した状態で収容保持する。また、第２密閉部材１４５は、図示しない配管等を介して窒素ガス供給装置（図示せず）と接続されており、この窒素ガス供給装置から供給される窒素ガスを用いて、第２密閉部材１４５の内部空間１４５ａが比較的活性の低い窒素ガスで満たされパージされるようになっている。

窓ガラス１４６は、石英ガラスを用いて板状に形成され、第２凹面反射鏡１４１からの光が透過して第２密閉部材１４５の内部に達し、第２補償板１４４、第２偏光板１４３、および結像レンズ１４８ａ，１４８ｂをこの順で透過するようになっている。

なお、第２密閉部材１４５の内側に面する窓ガラス１４６の内面１４６ａには、反射防止膜等のコーティングが施されている。一方、第２密閉部材１４５の外側に面する窓ガラス１４６の外面１４６ｂには、紫外光透過性熱線吸収膜が形成されており、前記紫外光透過性熱線吸収膜に前記光源３１からの熱線が照射される。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

この際に、窓ガラス１４６の外面１４６ｂに形成された紫外光透過性熱線吸収膜が熱線を吸収して外面１４６ｂの温度が上昇するので、検査装置内部の水分や浮遊物質が外面１４６ｂに付着しにくくなる。よって、外面１４６ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。

また、外面１４６ｂの周辺に位置する第２密閉部材４５の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されているので、外面１４６ｂがより加熱されやすい。よって、外面１４６ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下をさらに防止できる。

なお、前記光源３１からの熱線を外面１４６ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）に照射する際には、外面１４６ｂのみならず、外面１４６ｂの周辺に位置する第２密閉部材４５の領域にも光源３１からの熱線の照射範囲が及ぶようにする。

ここで、熱線反射膜は熱線吸収膜及び熱伝導性膜を透過した熱線を反射して、再び熱線吸収膜及び熱伝導性膜に吸収させるために設けられている。また、熱伝導性膜は吸収された熱を外面１４６ｂに伝達して加熱しやすくするために設けられている。

なお、外面１４６ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）への前記光源３１からの熱線照射は、前記光源３１光から熱線透過フィルタにより熱線を抽出して、この熱線を熱線反射光学素子を用いて外面１４６ｂに向けて偏向させることにより行うことができる。熱線透過フィルタには、例えばケンコー光学製赤外透過フィルターR-70,R-72,IR-76,80,83,85が使用できる。熱線反射光学素子には熱線反射膜が設けられている。

また、窓ガラス１４６と対向する第２密閉部材１４５の基端部には、撮像装置１４９の形状に合わせた開口部（図示せず）が形成され、結像レンズ１４８ａ，１４８ｂからの光が通過して撮像装置１４９に達するようになっている。撮像装置１４９は、第１実施形態の撮像装置４９と同様の構成であるが、第２密閉部材１４５の開口部を塞ぐようにして第２密閉部材１４５と連結される。

そして、本実施形態においては、前述したように、第２偏光板１４３および第２補償板１４４が窓ガラス１４６を有する第２密閉部材１４５により密閉され、第２密閉部材１４５の内部空間１４５ａが活性の低い窒素ガスで満たされるようになっている。このようにしても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、結像レンズ１４８ａ，１４８ｂを第２密閉部材１４５で密閉するとともに、第２密閉部材１４５に撮像装置１４９を連結して、対物レンズユニット１４２を構成することで、窓ガラスの枚数を１枚減らすことができ、部品点数を減らして製造コストを低減させることが可能になる。

続いて、表面検査装置の第３実施形態について説明する。第３実施形態の表面検査装置は、第１実施形態の表面検査装置１と比較して、第１偏光板ユニット３３および第２偏光板ユニット４２の構成のみ異なり、他の構成は同様であるので、同一部材に同一の番号を付して詳細な説明を省略する。

第３実施形態における第１偏光板ユニット２３３は、図１４に示すように、第１偏光板２３４と、第１補償板２３５と、第１密閉部材２３６とを有して構成され、ライトガイドファイバ３２と第１凹面反射鏡３９との間の光路上に配設される。第１偏光板２３４は、第１密閉部材２３６におけるライトガイドファイバ３２側の端部に形成された開口部２３７に取り付けられるとともに、その透過軸が所定の方位に設定され、透過軸に応じてライトガイドファイバ３２からの光を直線偏光にする。

なお、第１偏光板２３４は、第１実施形態の第１偏光板３４と同様の構成であるが、第１密閉部材２３６の内側に面する第１偏光板２３４の内面２３４ａに反射防止膜等のコーティングが施される一方、第１密閉部材２３６の外側に面する第１偏光板２３４の外面２３４ｂには紫外光透過性熱線吸収膜が形成されており、前記紫外光透過性熱線吸収膜に前記光源３１からの熱線が照射される。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

この際に、第１偏光板２３４の外面２３４ｂに形成された紫外光透過性熱線吸収膜が熱線を吸収して外面２３４ｂの温度が上昇するので、検査装置内部の水分や浮遊物質が外面２３４ｂに付着しにくくなる。よって、外面２３４ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。

また、外面２３４ｂの周辺に位置する第１密閉部材２３６の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されているので、外面２３４ｂがより加熱されやすい。よって、外面２３４ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下をさらに防止できる。

なお、前記光源３１からの熱線を外面２３４ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）に照射する際には、外面２３４ｂのみならず、外面２３４ｂの周辺に位置する第１密閉部材２３６の領域にも光源３１からの熱線の照射範囲が及ぶようにする。

ここで、熱線反射膜は熱線吸収膜及び熱伝導性膜を透過した熱線を反射して、再び熱線吸収膜及び熱伝導性膜に吸収させるために設けられている。また、熱伝導性膜は吸収された熱を外面２３４ｂに伝達して加熱しやすくするために設けられている。

なお、外面２３４ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）への前記光源３１からの熱線照射は、前記光源３１光から熱線透過フィルタにより熱線を抽出して、この熱線を熱線反射光学素子を用いて外面２３４ｂに向けて偏向させることにより行うことができる。熱線透過フィルタには、例えばケンコー光学製赤外透過フィルターR-70,R-72,IR-76,80,83,85が使用できる。熱線反射光学素子には熱線反射膜が設けられている。

第１補償板２３５は、第１密閉部材２３６における第１凹面反射鏡３９側の端部に形成された開口部２３８に取り付けられ、第１凹面反射鏡３９で反射する直線偏光Ｌ１の偏光の乱れを補正する。

なお、第１補償板２３５は、石英ガラスを用いて形成された平行平面板であり、ライトガイドファイバ３２と第１凹面反射鏡３９との間の光軸に対し傾斜した状態で配置されるが、第１密閉部材２３６の内側に面する第１補償板２３５の内面２３５ａに反射防止膜等のコーティングが施される一方、第１密閉部材２３６の外側に面する第１補償板２３５の外面２３５ｂには紫外光透過性熱線吸収膜が形成されており、前記紫外光透過性熱線吸収膜に前記光源３１からの熱線が照射される。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

この際に、第１補償板２３５の外面２３５ｂに形成された紫外光透過性熱線吸収膜が熱線を吸収して外面２３５ｂの温度が上昇するので、検査装置内部の水分や浮遊物質が外面２３５ｂに付着しにくくなる。よって、外面２３５ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。

また、外面２３５ｂの周辺に位置する第１密閉部材２３６の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されているので、外面２３５ｂがより加熱されやすい。よって、外面２３５ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下をさらに防止できる。

なお、前記光源３１からの熱線を外面２３５ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）に照射する際には、外面２３５ｂのみならず、外面２３５ｂの周辺に位置する第１密閉部材２３６の領域にも光源３１からの熱線の照射範囲が及ぶようにする。

ここで、熱線反射膜は熱線吸収膜及び熱伝導性膜を透過した熱線を反射して、再び熱線吸収膜及び熱伝導性膜に吸収させるために設けられている。また、熱伝導性膜は吸収された熱を外面２３５ｂに伝達して加熱しやすくするために設けられている。

なお、外面２３５ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）への前記光源３１からの熱線照射は、前記光源３１光から熱線透過フィルタにより熱線を抽出して、この熱線を熱線反射光学素子を用いて外面２３５ｂに向けて偏向させることにより行うことができる。熱線透過フィルタには、例えばケンコー光学製赤外透過フィルターR-70,R-72,IR-76,80,83,85が使用できる。熱線反射光学素子には熱線反射膜が設けられている。

第１密閉部材２３６は、２つの開口部２３７，２３８を有する断面視くさび状の箱形に形成され、各開口部２３７，２３８を塞ぐ第１偏光板２３４と第１補償板２３５との間隙部を含んだ空間を密閉保持する。すなわち、第１偏光板２３４および第１補償板２３５の内面２３４ａ，２３５ａ側が第１密閉部材２３６により外気に対して密閉される。なお、第１偏光板２３４の偏光層（図示せず）も第１密閉部材２３６の内側に位置して密閉されるようになっている。そして、ライトガイドファイバ３２からの光は、第１偏光板２３４を透過したのち第１密閉部材２３６の内部を通過し、第１補償板２３５を透過して第１凹面反射鏡３９に向かうようになっている。また、第１密閉部材２３６は、図示しない配管等を介して窒素ガス供給装置（図示せず）と接続され、この窒素ガス供給装置から供給される窒素ガスを用いて、第１密閉部材２３６の内部空間２３６ａが比較的活性の低い窒素ガスで満たされパージされるようになっている。

第２偏光板ユニット２４２は、図１５に示すように、第２偏光板２４３と、第２補償板２４４と、第２密閉部材２４５とを有して構成され、第２凹面反射鏡４１と結像レンズ４８との間の光路上に配設される。第２偏光板２４３は、第２密閉部材２４５における結像レンズ４８側の端部に形成された開口部２４６に取り付けられるとともに、第２偏光板２４３の透過軸の方位が、第１偏光板２３４の透過軸に対して直交するように設定される（クロスニコルの状態）。また、第２偏光板２４３は、回転保持部材２５０により回転可能に保持されており、第２偏光板２４３の透過軸を回転させてクロスニコルの状態を調整することができるようになっている。

なお、第２偏光板２４３は、第１実施形態の第２偏光板４３と同様の構成であるが、第２密閉部材２４５の内側に面する第２偏光板２４３の内面２４３ａに反射防止膜等のコーティングが施される一方、第２密閉部材２４５の外側に面する第２偏光板２４３の外面２４３ｂには紫外光透過性熱線吸収膜が形成されており、前記紫外光透過性熱線吸収膜に前記光源３１からの熱線が照射される。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

この際に、第２偏光板２４３の外面２４３ｂに形成された紫外光透過性熱線吸収膜が熱線を吸収して外面２４３ｂの温度が上昇するので、検査装置内部の水分や浮遊物質が外面２４３ｂに付着しにくくなる。よって、外面２４３ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。

また、外面２４３ｂの周辺に位置する第２密閉部材２４５の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されているので、外面２４３ｂがより加熱されやすい。よって、外面２４３ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下をさらに防止できる。

なお、前記光源３１からの熱線を外面２４３ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）に照射する際には、外面２４３ｂのみならず、外面２４３ｂの周辺に位置する第２密閉部材２４５の領域にも光源３１からの熱線の照射範囲が及ぶようにする。

ここで、熱線反射膜は熱線吸収膜及び熱伝導性膜を透過した熱線を反射して、再び熱線吸収膜及び熱伝導性膜に吸収させるために設けられている。また、熱伝導性膜は吸収された熱を外面２４３ｂに伝達して加熱しやすくするために設けられている。

なお、外面２４３ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）への前記光源３１からの熱線照射は、前記光源３１光から熱線透過フィルタにより熱線を抽出して、この熱線を熱線反射光学素子を用いて外面２４３ｂに向けて偏向させることにより行うことができる。熱線透過フィルタには、例えばケンコー光学製赤外透過フィルターR-70,R-72,IR-76,80,83,85が使用できる。熱線反射光学素子には熱線反射膜が設けられている。

第２補償板２４４は、第２密閉部材２４５における第２凹面反射鏡４１側の端部に形成された開口部２４７に取り付けられ、第２凹面反射鏡４１で反射する楕円偏光Ｌ２およびその偏光成分Ｌ３の偏光の乱れを補正する。

なお、第２補償板２４４は、石英ガラスを用いて形成された平行平面板であり、第２凹面反射鏡４１と結像レンズ４８との間の光軸に対し傾斜した状態で配置されるが、第２密閉部材２４５の内側に面する第２補償板２４４の内面２４４ａに反射防止膜等のコーティングが施される一方、第２密閉部材２４５の外側に面する第２補償板２４４の外面２４４ｂには紫外光透過性熱線吸収膜が形成されており、前記紫外光透過性熱線吸収膜に前記光源３１からの熱線が照射される。紫外光透過性熱線吸収膜には、例えばケンコー光学製フィルターＵ-340が使用できる。

この際に、第２補償板２４４の外面２４４ｂに形成された紫外光透過性熱線吸収膜が熱線を吸収して外面２４４ｂの温度が上昇するので、検査装置内部の水分や浮遊物質が外面２４４ｂに付着しにくくなる。よって、外面２４４ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下を防止できる。

また、外面２４４ｂの周辺に位置する第２密閉部材２４５の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されているので、外面２４４ｂがより加熱されやすい。よって、外面２４４ｂに付着した水分や浮遊物質に起因する透過紫外光の光量低下をさらに防止できる。

なお、前記光源３１からの熱線を外面２４４ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）に照射する際には、外面２４４ｂのみならず、外面２４４ｂの周辺に位置する第２密閉部材２４５の領域にも光源３１からの熱線の照射範囲が及ぶようにする。

ここで、熱線反射膜は熱線吸収膜及び熱伝導性膜を透過した熱線を反射して、再び熱線吸収膜及び熱伝導性膜に吸収させるために設けられている。また、熱伝導性膜は吸収された熱を外面２４４ｂに伝達して加熱しやすくするために設けられている。

なお、外面２４４ｂ（紫外光透過性熱線吸収膜）への前記光源３１からの熱線照射は、前記光源３１光から熱線透過フィルタにより熱線を抽出して、この熱線を熱線反射光学素子を用いて外面２４４ｂに向けて偏向させることにより行うことができる。熱線透過フィルタには、例えばケンコー光学製赤外透過フィルターR-70,R-72,IR-76,80,83,85が使用できる。熱線反射光学素子には熱線反射膜が設けられている。

第２密閉部材２４５は、２つの開口部２４６，２４７を有する断面視くさび状の箱形に形成され、各開口部２４６，２４７を塞ぐ第２偏光板２４３と第２補償板２４４との間隙部を含んだ空間を密閉保持する。すなわち、第２偏光板２４３および第２補償板２４４の内面２４３ａ，２４４ａ側が第２密閉部材２４５により外気に対して密閉される。なお、第２偏光板２４３の偏光層（図示せず）も第２密閉部材２４５の内側に位置して密閉されるようになっている。そして、第２凹面反射鏡４１からの光は、第２補償板２４４を透過したのち第２密閉部材２４５の内部を通過し、第２偏光板２４３を透過して結像レンズ４８および撮像装置４９に向かうようになっている。また、第２密閉部材２４５は、図示しない配管等を介して窒素ガス供給装置（図示せず）と接続され、この窒素ガス供給装置から供給される窒素ガスを用いて、第２密閉部材２４５の内部空間２４５ａが比較的活性の低い窒素ガスで満たされパージされるようになっている。

そして、本実施形態においては、前述したように、第１偏光板２３４および第１補償板２３５の内面２３４ａ，２３５ａ側が第１密閉部材２３６により密閉されるとともに、第２偏光板２４３および第２補償板２４４の内面２４３ａ，２４４ａ側が第２密閉部材２４５により密閉され、各密閉部材２３６，２４５の内部空間２３６ａ，２４５ａが活性の低い窒素ガスで満たされるようになっている。

このようにしても、第１実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。さらに、偏光板および補償板が窓ガラスとしても機能するので、別途窓ガラスを用いることによる透過効率の低下（すなわち光量損失）や、窓ガラスの歪に起因した偏光状態の変化による検査精度の低下を防ぐことができる。

第１実施形態の表面検査装置の全体構成を示す図である。半導体ウェハの表面の外観図である。繰り返しパターンの凹凸構造を説明する斜視図である。直線偏光の入射面と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。直線偏光と楕円偏光の振動方向を説明する図である。直線偏光の振動面の方向と繰り返しパターンの繰り返し方向との傾き状態を説明する図である。直線偏光の振動面の方向が繰り返し方向に平行な偏光成分と垂直な偏光成分とに分かれる様子を説明する図である。偏光成分の大きさと繰り返しパターンのライン部の線幅との関係の一例を説明する図である。第１偏光板ユニットの断面図である。第１偏光板の断面図である。第２偏光板ユニットの断面図である。第２実施形態の表面検査装置の全体構成を示す図である。第２実施形態の第２偏光板ユニットの断面図である。第３実施形態の第１偏光板ユニットの断面図である。第３実施形態の第２偏光板ユニットの断面図である。

１表面検査装置（第１実施形態）
１０ウェハ（被検基板）１２繰り返しパターン
３０照明光学系（照明部）
３３第１偏光板ユニット（光学装置）３４第１偏光板
３５第１補償板（偏光補正部材）３６第１密閉部材（３６ａ内部空間）
３７第１の窓ガラス３８第２の窓ガラス
４０検出光学系（検出部）
４２第２偏光板ユニット（光学装置）４３第２偏光板
４４第２補償板（偏光補正部材）４５第２密閉部材（４５ａ内部空間）
４６第３の窓ガラス４７第４の窓ガラス
１０１表面検査装置（第２実施形態）
１４０検出光学系（検出部）１４２対物レンズユニット
１４３第２偏光板１４４第２補償板（偏光補正部材）
１４５第２密閉部材（１４５ａ内部空間）
１４６窓ガラス１４８ａ，１４８ｂ結像レンズ
１４９撮像装置
２３３第１偏光板ユニット（第３実施形態）２３４第１偏光板２３５第１補償板（偏光補正部材）
２３６第１密閉部材（２３６ａ内部空間）
２４２第２偏光板ユニット
２４３第２偏光板２４４第２補償板（偏光補正部材）
２４５第２密閉部材（２４５ａ内部空間）
Ｌ１直線偏光Ｌ２楕円偏光
Ｌ３偏光成分Ｌ４直線偏光

Claims

少なくとも熱線及び紫外光を射出する光源部と、
所定の繰り返しパターンを有する被検基板の表面に、前記紫外光の直線偏光を照射する照明部と、
前記直線偏光が照射された前記被検基板の表面からの反射光のうち前記直線偏光と振動方向が交差する偏光成分を検出する検出部と、
前記検出部で検出された前記偏光成分に基づいて、前記繰り返しパターンにおける欠陥の有無を検査する検査部とを備え、
前記照明部または前記検査部の光路上に、前記直線偏光または前記偏光成分を得るための偏光板が外気に対して少なくとも一部密閉された状態で密閉部材に配設されると共に、前記密閉部材のうちの前記紫外光の透過領域表面に紫外光透過性熱線吸収膜が形成され、更に前記透過領域の周辺領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されていることを特徴とする表面検査装置。
前記直線偏光または前記偏光成分における偏光の乱れを補正する偏光補正部材が更に、前記偏光板とともに外気に対して少なくとも一部密閉された状態で配設されることを特徴とする請求項１に記載の表面検査装置。
前記偏光板は、前記照明部または前記検査部を通る光を透過させる光学素子を有した密閉部材により密閉されており、前記光学素子の主成分が二酸化珪素であり、前記光学素子の表面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成され、更に前記光学素子の周辺に位置する密閉部材の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成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。
前記偏光板および前記偏光補正部材は、前記照明部または前記検査部を通る光を透過させる光学素子を有した密閉部材により密閉されており、前記光学素子の主成分が二酸化珪素であり、前記光学素子の表面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成され、更に前記光学素子の周辺に位置する密閉部材の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
前記光学素子の外表面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成されていることを特徴とする請求項３もしくは請求項４に記載の表面検査装置。
前記検出部は、前記被検基板の表面からの光を結像させる結像レンズと、前記結像レンズにより結像された像を検出する撮像装置とを有しており、
前記結像レンズが前記密閉部材に密閉されるとともに、前記撮像装置が前記密閉部材と連結して取り付けられることを特徴とする請求項３から請求項５のうちいずれか一項に記載の表面検査装置。
前記偏光補正部材は、石英ガラスを主成分として形成された平行平面板であり、
前記偏光板における前記偏光板と前記偏光補正部材との間隙部に面する一方の面および、前記偏光補正部材における前記間隙部に面する一方の面がそれぞれ前記間隙部を含んで密閉部材により密閉されるとともに、前記偏光板および前記偏光補正部材における他方の面が外側に面して、前記照明部または前記検査部を通る光が前記偏光板および前記偏光補正部材を透過するように構成され、
前記偏光板および前記偏光補正部材における前記他方の面に前記紫外光透過性熱線吸収膜が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の表面検査装置。
前記密閉部材の内部が活性の低いガスで満たされていることを特徴とする請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の表面検査装置。
偏光素子と、
前記偏光素子の少なくとも一方側に配設され、前記偏光素子を通過する光を透過させる光学素子と、前記光学素子および前記偏光素子を保持するとともに、前記光学素子と前記偏光素子とが対向する内部を外気に対して密閉する保持部材とを備えて構成され、前記光学素子及び前記偏光素子が表面に紫外光透過性熱線吸収膜を有し、更に前記光学素子及び前記偏光素子の周辺に位置する密閉部材の領域に熱線吸収膜、熱線反射膜と熱線吸収膜との積層膜、熱伝導性膜と熱線吸収膜との積層膜、熱線反射膜と熱伝導性膜との積層膜、または熱線反射膜と熱伝導性膜と熱線吸収膜の積層膜のいずれか一つが形成されていることを特徴とする光学装置。