(57)【要約】【課題】  光学フィルタを光路内に挿入する前後で透過特性を略一定に保つことができる照明装置を提供する。【解決手段】  光源１１からの照明光を光照射面（基板１０Ａの被検面）に導く光学系１２,１４〜１６と、照明光の光路内と該光路外との間で移動可能な光学フィルタ１３,１７,…と、光学フィルタの温度が光路の内外で等しくなるように、該温度を調整する調整手段２０,２１とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの照明光を光照射面に導く光学系と、
前記照明光の光路内と該光路外との間で移動可能な光学フィルタと、
前記光学フィルタの温度が前記光路の内外で等しくなるように、該温度を調整する調整手段とを備えた
ことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、
前記調整手段は、前記光学フィルタが前記光路外で待機しているときに該光学フィルタを加熱して、前記温度が前記光路の内外で等しくなるように、該温度を調整する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項２に記載の照明装置において、
前記調整手段は、前記光学フィルタの前記光路内での温度を目標値として予め記憶し、前記光学フィルタを前記光路外で加熱しているときに該光学フィルタの温度を検知して、該温度が前記目標値と等しくなるように、前記光学フィルタを加熱する際のパラメータをフィードバック制御する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項１に記載の照明装置において、
前記調整手段は、前記光学フィルタが前記光路内に挿入されたときに該光学フィルタを冷却して、前記温度が前記光路の内外で等しくなるように、該温度を調整する
ことを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項４に記載の照明装置において、
前記調整手段は、前記光学フィルタの前記光路外での温度を目標値として予め記憶し、前記光学フィルタを前記光路内で冷却しているときに該光学フィルタの温度を検知して、該温度が前記目標値と等しくなるように、前記光学フィルタを冷却する際のパラメータをフィードバック制御する
ことを特徴とする照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学フィルタを備えた照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光源からの照明光の光路内に光学フィルタを挿入し、光学フィルタの透過特性に応じた所望の分光特性の照明光を生成して、これを光照射面に導く照明装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。１つの光学フィルタの挿脱や複数の光学フィルタの切り替えにより、光照射面に様々な分光特性の照明光を順に導くことができる。光学フィルタには、例えば、カラーフィルタ、色温度フィルタ、干渉フィルタ、ＮＤフィルタなどがある。
【特許文献１】特開２００３−１５６４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の光学フィルタは、照明光の光路内に挿入されると、その透過特性に応じて照明光の一部を吸収し、温度が上昇する。そして、温度が上昇した結果、光学フィルタの透過特性が変化してしまう。透過特性の変化には透過率の変化や透過波長域の変化などが含まれ、これらが複雑に作用して照明光の分光特性も変化してしまう。このため、光学フィルタを光路内に挿入して透過特性の変化（照明光の分光特性の変化）が飽和した後、安定状態で使用することが望まれる。ところが、光学フィルタを挿入してから安定状態となるまでには数分程度かかるため、時間的な制約がある場合には、安定状態まで待たずに変化の途中で使用せざるを得なかった。
【０００４】
本発明の目的は、光学フィルタを光路内に挿入する前後で透過特性を略一定に保つことができる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の照明装置は、光源からの照明光を光照射面に導く光学系と、前記照明光の光路内と該光路外との間で移動可能な光学フィルタと、前記光学フィルタの温度が前記光路の内外で等しくなるように、該温度を調整する調整手段とを備えたものである。
また、前記調整手段は、前記光学フィルタが前記光路外で待機しているときに該光学フィルタを加熱して、前記温度が前記光路の内外で等しくなるように、該温度を調整することが好ましい。
【０００６】
さらに、前記調整手段は、前記光学フィルタの前記光路内での温度を目標値として予め記憶し、前記光学フィルタを前記光路外で加熱しているときに該光学フィルタの温度を検知して、該温度が前記目標値と等しくなるように、前記光学フィルタを加熱する際のパラメータをフィードバック制御することが好ましい。
また、前記調整手段は、前記光学フィルタが前記光路内に挿入されたときに該光学フィルタを冷却して、前記温度が前記光路の内外で等しくなるように、該温度を調整することが好ましい。
【０００７】
さらに、前記調整手段は、前記光学フィルタの前記光路外での温度を目標値として予め記憶し、前記光学フィルタを前記光路内で冷却しているときに該光学フィルタの温度を検知して、該温度が前記目標値と等しくなるように、前記光学フィルタを冷却する際のパラメータをフィードバック制御することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の照明装置によれば、光学フィルタを光路内に挿入する前後で透過特性を略一定に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
ここでは、図１および図２に示す検査装置１０を例に説明する。検査装置１０は、半導体ウエハや液晶ガラス基板などの基板１０Ａの欠陥検査を行う装置であり、照明装置(１１〜２２)と、受光光学系２３と、撮像素子２４とで構成される。
【００１０】
第１実施形態の照明装置(１１〜２２)には、光源１１と、コレクタレンズ１２と、光学フィルタ１３と、リレーレンズ１４と、フライアイレンズ１５と、コンデンサレンズ１６とが設けられる。光源１１からの照明光は、コレクタレンズ１２で集光され、光学フィルタ１３を透過して、その透過特性に応じた所望の分光特性の照明光になる。この照明光は、その後、リレーレンズ１４とフライアイレンズ１５とコンデンサレンズ１６とを介して、光照射面（基板１０Ａの被検面）に導かれる。
【００１１】
さらに、第１実施形態の照明装置(１１〜２２)には、上記の照明光の光路内に挿入された光学フィルタ１３の他に、照明光の光路外で待機中の光学フィルタ１７も設けられる。また、これらの光学フィルタ１３,１７を切り替えるため、ターレット１８とモータ１９とが設けられる。ターレット１８の中心にモータ１９の回転軸が取り付けられ、ターレット１８の中心から偏心した等距離の位置に光学フィルタ１３,１７が取り付けられる。
【００１２】
そして、モータ１９によりターレット１８を回転させることで、光学フィルタ１３,１７を照明光の光路内と光路外との間で移動させ、光学フィルタ１３を光路外へ退避させると共に、光学フィルタ１７を光路内に挿入することができる。このような光学フィルタ１３,１７の切り替えにより、光照射面（基板１０Ａの被検面）には、様々な分光特性の照明光が順に導かれる。光学フィルタ１３,１７は、例えば、カラーフィルタ、色温度フィルタ、干渉フィルタ、ＮＤフィルタなどである。
【００１３】
なお、ターレット１８には、図２に示す通り、光学フィルタ１３,１７を取り付けるための穴３Ａ,７Ａが設けられ、さらに、その他の光学フィルタを取り付け可能な６個の穴８Ａも用意されている。穴３Ａ,７Ａ,８Ａの配置は、ターレット１８の中心から等距離の円周に沿っている。穴８Ａには他の光学フィルタを取り付けてもよいが、光学フィルタを取り付けずに単なる透過穴としてもよい。
【００１４】
ここで、光学フィルタ１３,１７,…の透過特性は、温度の変化と共に例えば図３(ａ),(ｂ)のように変化する。図３(ａ),(ｂ)は、光学フィルタを低温（例えば室温）の状態から加熱したときに、時間と共に光学フィルタの温度が上昇し、その透過特性が変化する様子を示している。図３(ａ)は透過率の変化を示し、高温ほど透過率が高くなる一例である。図３(ｂ)は透過波長域の変化を示し、高温ほどカットオフ波長が短波側にシフトする一例である。このような変化は、加熱し始めてから数分後に安定状態となる。
【００１５】
ターレット１８の回転によって光学フィルタ１３,１７,…の切り替えを行い、ある光学フィルタを照明光の光路内に挿入したときに、その光学フィルタが照明光の一部を吸収して温度上昇すると、その透過特性が図３(ａ),(ｂ)のように変化して、光照射面（基板１０Ａの被検面）における照明光の分光特性も変化してしまう。第１実施形態の照明装置(１１〜２２)では、このような光学フィルタの透過特性の変化を回避するため、次のような構成とした。
【００１６】
第１実施形態の照明装置(１１〜２２)には、図１に示す通り、ヒーター２０が設けられる。ヒーター２０は、モータ１９により回転するターレット１８と干渉しないように、照明光の光路外で待機中の光学フィルタ（例えば図１では光学フィルタ１７）を厚さ方向に挟むように配置される。図１では、光学フィルタ１７の近傍のみにヒーター２０を図示したが、図２のターレット１８の光路外の穴（例えば穴７Ａ,８Ａ）ごとに同様のヒーター(不図示)を独立に設けることが好ましい。
【００１７】
図１のヒーター２０は、光学フィルタ１３が光路内に挿入されているときに、光路外で待機している光学フィルタ１７を加熱する。そして、上記の光学フィルタ１３,１７の切り替えが行われ、それまで加熱されていた光学フィルタ１７が光路内に挿入されると、今度は光路外で待機中の光学フィルタ１３を加熱する。その他のヒーター(不図示)も同様であり、ターレット１８の回転により各光学フィルタとの相対位置が変わっても（つまり対向する光学フィルタが入れ替わっても）、常に、対向する光学フィルタ（光路外で待機中）の加熱を行う。
【００１８】
さらに、第１実施形態の照明装置(１１〜２２)には、ヒーター２０などの加熱制御を行うため、図１の制御部２１と、図２の温度センサ２２とが設けられる。温度センサ２２は、図２に示す通り、ターレット１８の穴３Ａ,７Ａ,８Ａの近傍にそれぞれ配置され、配線２Ａを介して図１の制御部２１に接続されている。各温度センサ２２は、穴３Ａ,７Ａ,８Ａに取り付けられた光学フィルタ１３,１７,…の温度Ｔ１を検知して、その検知信号を制御部２１に出力する。
【００１９】
制御部２１は、ターレット１８に取り付けられた光学フィルタ１３,１７,…の各々について、光路内での温度Ｔ２を予め記憶している。この温度Ｔ２は、光学フィルタ１３,１７,…の各々が低温（例えば室温）の状態で照明光の光路内に挿入されたときに照明光の一部を吸収して到達する温度であり、例えば図３(ａ),(ｂ)に示す透過特性の変化が高温側で飽和して安定状態となったときの温度である。また、温度Ｔ２は、光学フィルタ１３,１７,…ごとに異なる。
【００２０】
さらに、本実施形態では、光学フィルタ１３,１７,…が、高温側の安定状態での使用を前提に設計されている。このため、制御部２１は、高温側の安定状態での透過特性（設計値）を光学フィルタ１３,１７,…の切り替えと略同時に実現するため、上記の温度Ｔ２を目標値として次のようなフィードバック制御を行う。フィードバック制御では、光路外で待機中の各光学フィルタに対向するヒーターと、各光学フィルタの近傍の温度センサ２２とが用いられる。
【００２１】
ある光学フィルタ（例えば光学フィルタ１７）に注目して説明する。光学フィルタ１７が光路外で待機しているときに（例えば図１の状態）、ヒーター２０により光学フィルタ１７を加熱しながら、温度センサ２２により光学フィルタ１７の温度Ｔ１を検知する。そして、この温度Ｔ１が光学フィルタ１７用の目標値の温度Ｔ２と等しくなるように、光学フィルタ１７を加熱する際のパラメータ（例えばヒーター２０の電流値など）をフィードバック制御する。
【００２２】
また、ターレット１８の回転により光学フィルタ１７が移動して、光学フィルタ１７に対向するヒーター２０が別のヒーターに変わった場合には、新たに光学フィルタ１７と対向することになったヒーターにより光学フィルタ１７を加熱しながら、温度センサ２２により光学フィルタ１７の温度Ｔ１を検知する。そして上記と同様に、この温度Ｔ１が光学フィルタ１７用の目標値の温度Ｔ２と等しくなるように、光学フィルタ１７を加熱する際のパラメータ（例えばヒーター２０の電流値など）をフィードバック制御する。
【００２３】
このように、制御部２１は、ターレット１８の回転による光学フィルタ１７の移動に同期して、光学フィルタ１７用の目標値によるフィードバック制御を行うヒーターを切り替える。そして、光学フィルタ１７が光路外で待機している間は、必要に応じてヒーターを切り替えながら、光学フィルタ１７用の目標値によるフィードバック制御を継続的に行う。他の光学フィルタについても同様の制御が行われる。
【００２４】
その結果、光学フィルタ１７は、照明光の光路外で待機しているときに、既に、光路内に挿入されたときと同じ上記の温度Ｔ２に保たれる。このため、ターレット１８の回転によって光学フィルタ１３,１７,…の切り替えが行われ、光学フィルタ１７が照明光の光路内に挿入されても、光学フィルタ１７の温度Ｔ１は既に安定状態であり、照明光によって変化することはない。その他の光学フィルタも同様である。
【００２５】
このように、第１実施形態の照明装置(１１〜２２)では、光学フィルタ１３,１７,…の温度Ｔ１が照明光の光路の内外で等しくなるように、その温度Ｔ１を調整するので、光学フィルタ１３,１７,…を光路内に挿入する前後で透過特性を略一定に保つことができる。したがって、例えば光学フィルタ１７の光路内への挿入と略同時に、光学フィルタ１７の高温側の安定状態での透過特性（設計値）が実現し、この透過特性に応じた所望の分光特性の照明光を光照射面（基板１０Ａの被検面）に安定的に導くことができる。
【００２６】
さらに、第１実施形態の照明装置(１１〜２２)では、光学フィルタ１３,１７,…の各々に最適な目標値を設定し、この目標値の温度Ｔ２と温度センサ２２によって検知した温度Ｔ１とが等しくなるようにヒーター２０などをフィードバック制御するため、光学フィルタ１３,１７,…の光路内への挿入と略同時に、高温側の安定状態での透過特性（設計値）をより正確に実現させることができ、この透過特性に応じた所望の分光特性の照明光を光照射面（基板１０Ａの被検面）に安定的に導くことができる。
【００２７】
そして、ターレット１８の回転により光学フィルタ１３,１７,…の切り替えを行ったときに、略同じタイミングで、光照射面（基板１０Ａの被検面）における照明光の分光特性を迅速に切り替えることができる。
このため、照明装置(１１〜２２)を備えた検査装置１０では、光学フィルタ１３,１７,…の切り替えと略同時に（例えば数秒以内に）、光路内の光学フィルタの透過特性に応じた設計値の安定的な照明条件で、基板１０Ａの欠陥検査を行うことができる。その結果、良好な欠陥検査を短時間のうちに効率良く行うことができる。さらに、光学フィルタ１３,１７,…を切り替えながら、光学フィルタ１３,１７,…に応じた様々な照明条件下での欠陥検査を高スループットで行うことができる。
【００２８】
なお、検査対象の基板１０Ａは、照明装置(１１〜２２)の光照射面に配置され、照明装置(１１〜２２)からの照明光により全体的に照明される。そして、基板１０Ａから発生した光（回折光など）は、受光光学系２３を介して撮像素子２４の撮像面に集光される。撮像素子２４は、基板１０Ａの全体像の光電変換を行い、これにより得られる画像信号を不図示の画像処理部に出力する。画像処理部は、この画像信号に基づいて基板１０Ａの欠陥検査を行う。
（第２実施形態）
ここでは、図４に示す検査装置３０を例に説明する。検査装置３０は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサなどの撮像素子３０Ａの動作検査を行う装置であり、照明装置(１１〜１９,２２,３１,３２)と、プローバ３３とで構成される。照明装置(１１〜１９,２２,３１,３２)は、上記の第１実施形態の照明装置(１１〜２２)のヒーター２０と制御部２１に代えて、冷却ノズル３１と制御部３２を設け、光学系(１２,１４〜１６)の光軸を撮像素子３０Ａに対して垂直に配置したものである。ターレット１８の構成は図２と同じである。光学フィルタ１３,１７,…は、低温側（例えば室温）の安定状態での使用を前提に設計されている。
【００２９】
冷却ノズル３１は、冷却空気を吐き出すためのノズルであり、モータ１９により回転するターレット１８と干渉しないように、照明光の光路内に挿入された光学フィルタ（例えば図１では光学フィルタ１３）の近傍に配置される。そして、冷却ノズル３１から所定の流量で吐き出された冷却空気は、光路内の光学フィルタ（例えば光学フィルタ１３）に当たり、その光学フィルタを冷却する。
【００３０】
上記した通り、光学フィルタが低温（例えば室温）の状態で光路内に挿入されると、光学フィルタは照明光の一部を吸収する。このとき、光路内の光学フィルタを放置すれば吸収した光の分だけ温度上昇するが、冷却ノズル３１からの冷却空気を当てることにより、温度上昇を抑えることができる。さらに、冷却空気の流量を調整することにより、光路内の光学フィルタの温度を光路外で待機しているときと同じ温度（例えば室温）にすることができる。
【００３１】
このため、ターレット１８の回転によって光学フィルタ１３,１７,…の切り替えが行われ、ある光学フィルタ（例えば光学フィルタ１３）が光路外から光路内に挿入されても、光学フィルタ１３の温度が、照明光によって変化することはない。その他の光学フィルタも同様である。
第２実施形態の照明装置(１１〜１９,２２,３１,３２)では、光学フィルタ１３,１７,…の温度が照明光の光路の内外で等しくなるように、その温度を調整するので、光学フィルタ１３,１７,…を光路内に挿入する前後で透過特性を略一定に保つことができる。したがって、例えば光学フィルタ１３の光路内への挿入と略同時に、光学フィルタ１３の低温側の安定状態での透過特性（設計値）が実現し、この透過特性に応じた所望の分光特性の照明光を光照射面（撮像素子３０Ａの被検面）に安定的に導くことができる。
【００３２】
さらに、第２実施形態の照明装置(１１〜１９,２２,３１,３２)でも、制御部３２において、光学フィルタ１３,１７,…の各々に最適な目標値（光路外での温度Ｔ３）を設定し、光路内で光学フィルタを冷却しているときに、その目標値の温度Ｔ３と温度センサ２２によって検知した温度Ｔ１とが等しくなるように、光学フィルタを冷却する際のパラメータ（例えば冷却空気の流量）をフィードバック制御する。
【００３３】
したがって、光学フィルタ１３,１７,…の光路内への挿入と略同時に、低温側の安定状態での透過特性（設計値）をより正確に実現させることができ、この透過特性に応じた所望の分光特性の照明光を、光照射面（撮像素子３０Ａの被検面）に安定的に導くことができる。
そして、ターレット１８の回転により光学フィルタ１３,１７,…の切り替えを行ったときに、略同じタイミングで、光照射面（撮像素子３０Ａの被検面）における照明光の分光特性を迅速に切り替えることができる。なお、冷却ノズル３１からの冷却空気の流量も、光学フィルタ１３,１７,…の切り替えに応じて調整される。最適な目標値（光路外での温度Ｔ３）が同じであっても、光学フィルタ１３,１７,…ごとに照明光の一部を吸収する量が異なるからである。
【００３４】
このため、照明装置(１１〜１９,２２,３１,３２)を備えた検査装置３０では、光学フィルタ１３,１７,…の切り替えと略同時に（例えば数秒以内に）、光路内の光学フィルタの透過特性に応じた設計値の安定的な照明条件で、撮像素子３０Ａの動作検査を行うことができる。その結果、良好な動作検査を短時間のうちに効率良く行うことができる。さらに、光学フィルタ１３,１７,…を切り替えながら、光学フィルタ１３,１７,…に応じた様々な照明条件下での動作検査を高スループットで行うことができる。
【００３５】
なお、検査対象の撮像素子３０Ａは、半導体ウエハから切り出される前の状態で、照明装置(１１〜１９,２２,３１,３２)の光照射面に配置され、照明装置(１１〜１９,２２,３１,３２)からの照明光により所定領域が照明される。このとき、撮像素子３０Ａの所定領域の回路の電極にプローバ３３の電気端子３Ｂが接続され、プローバ３３から撮像素子３０Ａに電力が供給され、撮像素子３０Ａからの出力信号が取り出される。この出力信号は不図示の信号処理部で解析され、上記の照明条件に応じた適正な信号か否かの判定（動作検査）が行われる。
（変形例）
なお、上記した第１実施形態（加熱）では、ヒーター２０をターレット１８と干渉しないようにターレット１８の外部に（例えば光路外の光学フィルタを厚さ方向に挟むように）配置したが、本発明はこれに限定されない。ターレット１８自体にヒーターを配置してもよい。この場合、ターレット１８の穴３Ａ,７Ａ,８Ａの周囲に環状のヒーターをそれぞれ配置することが考えられ、各ヒーターは各光学フィルタ専用となり、ターレット１８と共に常に一体的に回転することになる。
【００３６】
また、上記した第２実施形態（冷却）では、照明光の光路内の光学フィルタのみを空冷する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。光路内外の全ての光学フィルタを例えば過大な流量で一律に強制的に空冷してもよい。この場合には、温度センサを利用したフィードバック制御を行わなくても、常に、光学フィルタの温度を照明光の光路の内外で等しくすることができる。
【００３７】
さらに、上記した第２実施形態（冷却）では、光学フィルタを空冷する場合を説明したが、本発明はこれに限定されない。光学フィルタを冷却する方法は、ペルチェ素子による電子冷却でもよいし、水冷でもよい。
また、上記した第２実施形態（冷却）では、温度センサ２２をターレット１８の穴３Ａ,７Ａ,８Ａの近傍に設けたが、本発明はこれに限定されない。冷却中の光学フィルタからの放射熱を検知可能な箇所（例えば光学フィルタの近傍の空中）に温度センサを配置してもよい。
【００３８】
さらに、上記した第１実施形態（加熱）と第２実施形態（冷却）では、光学フィルタの温度を照明光の光路の内外で等しくするために、温度センサを利用してフィードバック制御を行ったが、本発明はこれに限定されない。装置の使用環境などに合わせて予め定めた加熱量や冷却量にしたがって光学フィルタの温度を調整する場合にも、本発明を適用できる。この場合、温度センサは不要となる。
【００３９】
また、上記した第１実施形態（加熱）と第２実施形態（冷却）では、基板１０Ａの欠陥検査を行う場合に光路外の光学フィルタを加熱し、撮像素子３０Ａの動作検査を行う場合に少なくとも光路内の光学フィルタを冷却したが、本発明はこれに限定されない。基板１０Ａの欠陥検査を行う場合に少なくとも光路内の光学フィルタを冷却し、撮像素子３０Ａの動作検査を行う場合に光路外の光学フィルタを加熱してもよい。
【００４０】
さらに、光学フィルタを冷却する場合と加熱する場合とをそれぞれ説明したが、冷却と加熱を両用してもよい。
また、上記した第１実施形態と第２実施形態では、複数の光学フィルタ１３,１７,…を切り替え可能な装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。１つの光学フィルタを照明光の光路に対して挿脱する場合にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態の検査装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】ターレット１８の構成を説明する図である。
【図３】光学フィルタの透過特性の変化を説明する図である。
【図４】第２実施形態の検査装置３０の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０，３０  照明装置
１１  光源
１２  コレクタレンズ
１３，１７  光学フィルタ
１４  リレーレンズ
１５  フライアイレンズ
１６  コンデンサレンズ
１８  ターレット
２０  ヒーター
２１，３２  制御部
２２  温度センサ
３１  冷却ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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