(57)【要約】【課題】  光照射面における照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整可能な照明光学装置を提供する。【解決手段】  光源１１と、光源と光照射面１０ａとの間に配置され、光源側から順にコレクタレンズ１２とアフォーカル系１３とフライアイレンズ１４とコンデンサレンズ１５とを含み、光照射面をテレセントリック照明する光学系と、アフォーカル系の中に配置された径可変な絞り部材１６とを備える。【選択図】      図１
2006064380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源と光照射面との間に配置され、前記光源側から順にコレクタレンズとアフォーカル系とフライアイレンズとコンデンサレンズとを含み、前記光照射面をテレセントリック照明する光学系と、
前記アフォーカル系の中に配置された径可変な絞り部材とを備えた
ことを特徴とする照明光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学装置において、
前記絞り部材は、前記アフォーカル系の中で前記光源と共役な位置の近傍に配置される
ことを特徴とする照明光学装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の照明光学装置において、
光強度を減衰させると共に該減衰の比率が全面で均一な減衰フィルタと、
前記減衰フィルタを前記光源と前記光照射面との間の光路上に挿入または該光路上から退避させる切替手段とをさらに備えた
ことを特徴とする照明光学装置。
【請求項４】
請求項３に記載の照明光学装置において、
前記減衰フィルタによる色温度の変化を補正する補正フィルタをさらに備え、
前記切替手段は、前記減衰フィルタを挿入または退避させる際、該減衰フィルタと共に前記補正フィルタの挿入または退避も行う
ことを特徴とする照明光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光照射面を均一に照明する照明光学装置に関し、特に、固体撮像素子などの受光素子の製造工程における受光素子の検査に好適な照明光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
受光素子（例えば固体撮像素子など）の動作確認のための検査工程では、受光素子に対して様々な分光スペクトルの均一な照明光を順に照射し、それぞれの照明条件下での応答が設計通りか否かの検査を行っている。検査対象の受光素子（光照射面）を均一に照明する方法としては、テレセントリック照明が周知である（例えば特許文献１を参照）。
また、受光素子（光照射面）を均一に照明する装置では、照明光量の調整も行われる。照明光量の調整には、一般に、可変ＮＤフィルタが用いられる。可変ＮＤフィルタとは、フィルタ上で透過率が段階的に変化するように作製された光学素子である。可変ＮＤフィルタを用いる場合、フィルタ上での光束の通過位置を変化させることにより、その位置における透過率に応じて照明光量を調整できる。さらに、照明光量を調整する別の手段として、レンズシャッターを開口絞り面に配置することも提案されている（例えば特許文献２を参照）。レンズシャッターを用いる場合には、その絞り径に応じて通過光束を制限することにより、照明光量を調整できる。
【特許文献１】特開２０００−２９５６３９号公報
【特許文献２】特開平６−３２３９５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の可変ＮＤフィルタを用いる場合、フィルタ上の各位置で透過率が異なるため、その配置によっては照明の均一性に影響を及ぼす可能性がある。例えば、受光素子（光照射面）と共役な位置に可変ＮＤフィルタが配置されると、フィルタ上での透過率分布を反映した光像が受光素子（光照射面）に投影され、不均一な照明状態となる。また、可変ＮＤフィルタを用いる場合には、照明光量の調整に伴って色温度が僅かに変化してしまう問題もある。
【０００４】
これに対し、上記のレンズシャッターを用いる場合は、その配置によって照明の均一性に影響を及ぼす可能性も無く、照明光量の調整時に色温度の変化を伴うことも無いが、受光素子（光照射面）に入射する光束の開口数が、レンズシャッターの絞り径の変化に応じて（照明光量の調整に伴って）変化するという問題がある。
本発明の目的は、光照射面における照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整可能な照明光学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】
請求項１に記載の照明光学装置は、光源と、前記光源と光照射面との間に配置され、前記光源側から順にコレクタレンズとアフォーカル系とフライアイレンズとコンデンサレンズとを含み、前記光照射面をテレセントリック照明する光学系と、前記アフォーカル系の中に配置された径可変な絞り部材とを備えたものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の照明光学装置において、前記絞り部材は、前記アフォーカル系の中で前記光源と共役な位置の近傍に配置されるものである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の照明光学装置において、光強度を減衰させると共に該減衰の比率が全面で均一な減衰フィルタと、前記減衰フィルタを前記光源と前記光照射面との間の光路上に挿入または該光路上から退避させる切替手段とをさらに備えたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の照明光学装置において、前記減衰フィルタによる色温度の変化を補正する補正フィルタをさらに備え、前記切替手段は、前記減衰フィルタを挿入または退避させる際、該減衰フィルタと共に前記補正フィルタの挿入または退避も行うものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の照明光学装置によれば、光照射面における照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
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、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子の製造工程においてウエハから切り出される前のウエハ状態の固体撮像素子を検査する場合を例に、第１実施形態の照明光学装置１０（図１）の説明を行う。
【０００９】
固体撮像素子は、複数の画素からなる受光素子であり、２次元センサとして広い分野で使用される。近年の電子カメラの普及に伴って、画素数の大きな固体撮像素子が実用化され、各画素の前面にマイクロレンズを備えたものも実用化されている。マイクロレンズは各画素での受光量を増やすと共に受光方向を特定方向に限定するためのものである。
固体撮像素子の検査とは、画素欠陥の有無、光に対する感度、色再現性、分光特性などの検査であり、第１実施形態の照明光学装置１０（図１）の他に、不図示のプローバーと信号処理装置を用いて行われる。プローバーは、固体撮像素子の回路の電極に、電気端子(プローブ)を接触させるための装置である。信号処理装置は、プローブを介して固体撮像素子への電力の供給や固体撮像素子との信号の授受を行い、固体撮像素子の出力信号が適正か否か（つまり固体撮像素子の良否）を判定する装置である。
【００１０】
第１実施形態の照明光学装置１０は、固体撮像素子を検査する際の照明条件を設定すると共に、設定された照明条件の光を用いて、光照射面１０ａの比較的広い範囲（固体撮像素子の撮像エリアより広い範囲）を均一に照明する装置である。光照射面１０ａには、検査対象の固体撮像素子の撮像面が配置される。次に、第１実施形態の照明光学装置１０の構成を説明する。
【００１１】
照明光学装置１０は、図１(ａ)に示す通り、光源１１と、光学系(１２〜１５)と、虹彩絞り１６とで構成される。光源１１は、広い波長帯域で連続的な分光スペクトルの照明光を発するランプ（例えばハロゲンランプやキセノンランプなど）である。光学系(１２〜１５)は、光源１１と光照射面１０ａとの間に配置され、光源１１側から順にコレクタレンズ１２とアフォーカル系１３とフライアイレンズ１４とコンデンサレンズ１５とを含む。
【００１２】
コレクタレンズ１２は、その前側焦点が光源１１のフィラメント１ａと一致するように配置される。このため、光源１１のフィラメント１ａ上の各点から放射される光束は、コレクタレンズ１２を介して平行光束となる。コレクタレンズ１２の後側焦点位置での光束径φ1は、コレクタレンズ１２の焦点距離ｆｏと光源１１側の開口数ＮＡｏとを用いて、次の式(１)により与えられる。
【００１３】
φ1＝２×ｆｏ×ＮＡｏ  …(１)
アフォーカル系１３は、２枚のレンズ３ａ,３ｂからなるケプラー型のアフォーカル系である。レンズ３ａの前側焦点は、コレクタレンズ１２の後側焦点に一致する。レンズ３ａの後側焦点は、レンズ３ｂの前側焦点に一致する。レンズ３ｂの後側焦点は、フライアイレンズ１４の入射面４ａに一致する。アフォーカル系１３は、コレクタレンズ１２からの平行光束を入射して、平行光束をフライアイレンズ１４の入射面４ａに導く。
【００１４】
また、アフォーカル系１３の中で、レンズ３ａの後側焦点（つまりレンズ３ｂの前側焦点）の位置は、光源１１のフィラメント１ａと共役であり、光源像が形成される位置である。光源像の対角長φ2は、光源１１のフィラメント１ａの対角長φｏとコレクタレンズ１２の焦点距離ｆｏとレンズ３ａの焦点距離ｆａを用いて、次の式(２)により与えられる。
【００１５】
φ2＝ｆａ/ｆｏ×φｏ  …(２)
このように、アフォーカル系１３のレンズ３ｂの前側焦点位置に光源像（対角長φ2）が形成され、レンズ３ｂの後側焦点がフライアイレンズ１４の入射面４ａに一致するため、レンズ３ｂから入射面４ａに向かう光束の主光線は、アフォーカル系１３の光軸３ｃと平行になる。そして、フライアイレンズ１４の入射面４ａは、アフォーカル系１３からの平行光束によってテレセントリック照明される。
【００１６】
さらに、フライアイレンズ１４の入射面４ａは、レンズ３ａの前側焦点（つまりコレクタレンズ１２の後側焦点）と共役な位置関係にある。このため、フライアイレンズ１４の入射面４ａでの光束径φ3は、レンズ３ａの前側焦点（つまりコレクタレンズ１２の後側焦点）での光束径φ1とアフォーカル系１３の倍率ｍとレンズ３ａ,３ｂの焦点距離ｆａ,ｆｂとを用いて、次の式(３)により与えられる。
【００１７】
φ3＝−ｍ×φ1＝ｆｂ/ｆａ×φ1  …(３)
フライアイレンズ１４は、図１(ａ),(ｂ)に示す通り、複数(例えば９個)のレンズ素子４ｃを全体の断面形状が矩形となるように積み重ねたものである。このため、フライアイレンズ１４に入射した光束は、複数のレンズ素子４ｃによって分割され、各レンズ素子４ｃごとに集光作用を受け、フライアイレンズ１４の出射面４ｂに複数（有効なレンズ素子４ｃと同数）の光源像を形成する。
【００１８】
ここで、フライアイレンズ１４による照明均一化効果を十分に引き出すためには、フライアイレンズ１４の外形の対角長φｅと入射面４ａでの光束径φ3との大小関係が次の条件式(４)を満足することが好ましい。つまり、フライアイレンズ１４の入射面４ａでの光束径φ3を対角長φｅ以上とし、入射面４ａの全面を照明することが好ましい。
この場合、フライアイレンズ１４の出射面４ｂには、全てのレンズ素子４ｃに対応して光源像が形成される。なお、条件式(４)に上記の式(３)を代入すると、アフォーカル系１３のレンズ３ａ,３ｂの焦点距離ｆａ,ｆｂに関わる条件式(５)が得られる。
【００１９】
φ3≧φｅ  …(４)
ｆｂ/ｆａ≧φｅ/φ1  …(５)
また、フライアイレンズ１４の出射面４ｂ（複数の光源像）は、コンデンサレンズ１５の前側焦点（つまり瞳面近傍）に位置する。そして、コンデンサレンズ１５の後側焦点の位置を光照射面１０ａとする。コンデンサレンズ１５は、フライアイレンズ１４の出射面４ｂからの光束を光照射面１０ａに集光する。このとき、入射面４ａと光照射面１０ａは、共役な位置関係にある。このため、入射面４ａ上のレンズ素子ごとの部分光束は、コンデンサレンズ１５を介して光照射面１０ａに重畳的に照射される。
【００２０】
さらに、コンデンサレンズ１５から光照射面１０ａに向かう光束の主光線は、コンデンサレンズ１５の光軸（上記の光軸３ｃに相当）と平行になる。そして、光照射面１０ａはコンデンサレンズ１５からの光束によって垂直方向からテレセントリック照明される。なお、光照射面１０ａに入射する照明光の開口数は、フライアイレンズ１４の出射面４ｂの大きさ（あるいは出射面４ｂの近傍に配置される不図示の開口絞りの大きさ）と、コンデンサレンズ１５の焦点距離によって決まる。光照射面１０ａはフライアイレンズ１４の入射面４ａと共役である。
【００２１】
このように、第１実施形態の照明光学装置１０では、光学系(１２〜１５)にフライアイレンズ１４およびコンデンサレンズ１５（総じて「照明均一化手段(１４,１５)」という）を設けることで、光照射面１０ａを重畳的にテレセントリック照明するため、光照射面１０ａにおける照明の高い均一性を得ることができる。その結果、均一な照明光を検査対象の固体撮像素子に照射することができる。
【００２２】
さらに、第１実施形態の照明光学装置１０では、照明光量を調整するため、アフォーカル系１３の中（つまりレンズ３ａとレンズ３ｂとの間（光束が非平行な部分））で、光源１１のフィラメント１ａと共役な位置（つまりレンズ３ａの後側焦点の位置（レンズ３ｂの前側焦点の位置））の近傍に、虹彩絞り１６を配置している。虹彩絞り１６は、径可変な絞り部材である。
【００２３】
虹彩絞り１６の径φｃの最大値は、光源１１のフィラメント１ａと共役な位置に形成される光源像の対角長φ2（上記の式(２)）と同程度にすることが望ましい。この場合、虹彩絞り１６の径φｃは、次の条件式(６)を満足する範囲で変化させることができる。そして、この径φｃに応じて通過光束の径を調整することができる。
φｃ≦φ2  …(６)
虹彩絞り１６を開放した場合（つまりφｃ＝φ2の場合）、アフォーカル系１３の中の通過光束は、虹彩絞り１６により制限されることなく全てフライアイレンズ１４に入射する。また、虹彩絞り１６の径φｃを最大値より小さくすると（つまりφｃ＜φ2の場合）、通過光束が制限されてフライアイレンズ１４に入射する光束が少なくなる。さらに、虹彩絞り１６の径φｃが小さいほど、通過光束が大きく制限され、フライアイレンズ１４に入射する光束も大きく減少する。フライアイレンズ１４に入射した光束は、上記の通り、コンデンサレンズ１５を介して光照射面１０ａに到達するため、虹彩絞り１６の径φｃを変化させることで、光照射面１０ａにおける照明光量の調整を行うことができる。
【００２４】
さらに、第１実施形態の照明光学装置１０では、虹彩絞り１６を照明均一化手段(１４,１５)より前段のアフォーカル系１３の中に配置するため、虹彩絞り１６の開口の形状が光照射面１０ａに投影されることはない。加えて、虹彩絞り１６の開口を通過した光束が照明均一化手段(１４,１５)を介して光照射面１０ａに入射するため、虹彩絞り１６の径φｃを変化させても、光照射面１０ａにおける照明の均一性に影響を及ぼすことはない。したがって、光照射面１０ａにおける照明の均一性を一定に保ちつつ照明光量の調整を行うことができる。
【００２５】
また、第１実施形態の照明光学装置１０では、虹彩絞り１６をアフォーカル系１３の中で光源１１のフィラメント１ａと共役な位置の近傍に配置するため、虹彩絞り１６の径φｃに拘わらず、フライアイレンズ１４の入射面４ａでの光束径φ3（上記の式(３)参照）を常に一定に保つことができる。つまり、虹彩絞り１６の径φｃに拘わらず、虹彩絞り１６の開口の各点から出た光束をフライアイレンズ１４の入射面４ａの全面に入射させ（上記の式(４)参照）、その入射面４ａの全面をテレセントリック照明することができる。
【００２６】
このため、フライアイレンズ１４のレンズ素子４ｃの有効数（出射面４ｂに形成される光源像の数）を虹彩絞り１６の径φｃに拘わらず一定に保つことができ、虹彩絞り１６の径φｃを変化させても、光照射面１０ａにおける照明の均一性に影響を及ぼすことは全くない。つまり、径φｃの変化が照明の均一性に与える影響を確実に無くすことができる。したがって、光照射面１０ａにおける照明の均一性を確実に一定に保ちつつ照明光量の調整を行うことができる。
【００２７】
さらに、第１実施形態の照明光学装置１０では、虹彩絞り１６の径φｃを変化させるときにフライアイレンズ１４の入射面４ａでの開口数が連動して変化するが、虹彩絞り１６の開口を通過した光束は照明均一化手段(１４,１５)を介して光照射面１０ａに入射するため、光照射面１０ａにおける入射光束の開口数を虹彩絞り１６の径φｃに拘わらず一定に保つことができる。ちなみに、光照射面１０ａにおける入射光束の開口数は、上述の通り、フライアイレンズ１４の出射面４ｂの大きさ（あるいは出射面４ｂの近傍に配置される不図示の開口絞りの大きさ）と、コンデンサレンズ１５の焦点距離によって決まる。したがって、光照射面１０ａにおける入射光束の開口数を一定に保ちつつ照明光量の調整を行うことができる。
【００２８】
また、第１実施形態の照明光学装置１０では、虹彩絞り１６の径φｃを変化させたときに通過光束が制限される割合は波長ごとに一定であるため、光照射面１０ａにおける入射光束の色温度に影響を及ぼすことはない。したがって、入射光束の色温度を一定に保ちつつ照明光量の調整を行うことができる。
このように、第１実施形態の照明光学装置１０によれば、光照射面１０ａにおける照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整することができる。したがって、光照射面１０ａに配置された検査対象の固体撮像素子に対する照明条件を正確に設定することができ、固体撮像素子の動作確認のための検査を良好に行える。
【００２９】
ここで、照明光学装置１０の具体例を説明しておく。
コレクタレンズ１２の焦点距離をｆｏ＝２５ｍｍ、コレクタレンズ１２の光源１１側の開口数をＮＡｏ＝０.５とする。この場合、上記の式(１)から、コレクタレンズ１２の後側焦点位置での光束径はφ1＝２５ｍｍとなる。
また、フライアイレンズ１４の外形の大きさを２４ｍｍ×２４ｍｍ（対角長φｅ＝２４√２）とする。この場合、上記した光束径φ1＝２５ｍｍと上記の(５)から、アフォーカル系１３のレンズ３ａ,３ｂの焦点距離ｆａ,ｆｂに関わる条件式として、次の式(７)を得ることができる。式(７)を満足する解（好適な焦点距離）として、例えばｆａ＝１００ｍｍ、ｆｂ＝１５０ｍｍとする。
【００３０】
ｆｂ≧１.３６×ｆａ  …(７)
さらに、光源１１のフィラメント１ａの大きさを８ｍｍ×６ｍｍ（対角長φｏ＝１０ｍｍ）とする。この場合、上記の焦点距離ｆｏ＝２５ｍｍと焦点距離ｆａ＝１００ｍｍと上記の式(２)から、虹彩絞り１６の位置における光源像の対角長はφ2＝４０ｍｍとなる。そして、虹彩絞り１６の径φｃの最大値も４０ｍｍとなる。
【００３１】
その他、フライアイレンズ１４とコンデンサレンズ１５の焦点距離については、本実施形態の照明光学装置１０に要求されるスペック（照野の大きさと光照射面１０ａにおける入射光束の開口数）から適切に選択すればよい。
（第２実施形態）
第２実施形態の照明光学装置２０は、図２に示す通り、上記した第１実施形態の照明光学装置１０（図１）のコンデンサレンズ１５をリレーレンズ２１として機能させると共に、リレーレンズ２１の後段に第２のフライアイレンズ２２とコンデンサレンズ２３を設けたものである（いわゆるダブルフライアイ方式の構成）。この場合、フライアイレンズ１４,２２とリレーレンズ２１とコンデンサレンズ２３が、総じて、照明均一化手段(１４,２１〜２３)となる。
【００３２】
また、第２実施形態の照明光学装置２０では、リレーレンズ２１の後側焦点の位置（上記した照明光学装置１０の光照射面１０ａに相当する位置）に、第２のフライアイレンズ２２の入射面２ａが配置される。このため、フライアイレンズ２２の入射面２ａは、１段目の照明均一化手段(１４,２１)を介して均一化された光束によって、テレセントリック照明される。そして、フライアイレンズ２２の出射面２ｂには複数の光源像が形成される。
【００３３】
フライアイレンズ２２の出射面２ｂ（複数の光源像）は、コンデンサレンズ２３の前側焦点（つまり瞳面近傍）に位置する。そして、コンデンサレンズ２３の後側焦点の位置を光照射面２０ａとする。コンデンサレンズ２３は、フライアイレンズ２２の出射面２ｂからの光束を光照射面２０ａに集光する。このとき、入射面２ａと光照射面２０ａは、共役な位置関係にある。このため、入射面２ａ上のレンズ素子ごとの部分光束は、コンデンサレンズ２３を介して光照射面２０ａに重畳的に照射される。また、光照射面２０ａはコンデンサレンズ２３５からの光束によってテレセントリック照明される。
【００３４】
このように、第２実施形態の照明光学装置２０では、光学系(１２〜１４,２１〜２３)に２段構成の照明均一化手段(１４,２１〜２３)を設けることで、光照射面２０ａを重畳的にテレセントリック照明するため、光照射面２０ａにおける照明の均一性をさらに高めることができる。その結果、さらに均一な照明光を検査対象の固体撮像素子に照射することができる。
【００３５】
さらに、第２実施形態の照明光学装置２０によれば、第１実施形態の照明光学装置１０と同様の虹彩絞り１６を用いることで、光照射面２０ａにおける照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整することができる。したがって、光照射面２０ａに配置された検査対象の固体撮像素子に対する照明条件を正確に設定することができ、固体撮像素子の動作確認のための検査を良好に行える。
【００３６】
また、第２実施形態の照明光学装置２０は、半導体縮小投影露光装置の照明系など、極限まで高い照明一様性が要求される場合にも好適に用いられる。縮小投影露光装置では、光照射面２０ａにレチクルが配置され、レチクル上の露光パターンを不図示の投影レンズによって基板(半導体ウエハなど)に投影し、露光する。
（第３実施形態）
第３実施形態の照明光学装置３０は、図３に示す通り、虹彩絞り１６の近傍にＮＤフィルタ３１と補正フィルタ３２とを挿脱可能に配置したものである。ＮＤフィルタ３１は、光強度を減衰させると共に、その減衰の比率（つまり透過率）が全面で均一な減衰フィルタである。補正フィルタ３２は、ＮＤフィルタ３１の各位置での分光透過率の微差による色温度の変化を補正するために設けたものである。
【００３７】
第３実施形態の照明光学装置３０では、光源１１と光照射面３０ａとの間（ここでは虹彩絞り１６の近傍）の光路上にＮＤフィルタ３１を挿入または光路上から退避させることにより、ＮＤフィルタ３１の挿脱を切り替えることができる。さらに、ＮＤフィルタ３１を挿入または退避させる際、このＮＤフィルタ３１と共に補正フィルタ３２の挿入または退避も行われる。
【００３８】
照明光学装置３０の光照射面３０ａにおける照明光量の調整は、ＮＤフィルタ３１の挿脱を切り替えることにより、ＮＤフィルタ３１の透過率に応じて粗く行うことができる。さらに、ＮＤフィルタ３１の挿脱と併用して、虹彩絞り１６の径φｃを変化させることにより、その径φｃに応じて細かく照明光量を調整できる。
例えば、照明光量の調整範囲を２段階に分け、高い方の範囲で調整する際には、ＮＤフィルタ３１を退避させた状態で虹彩絞り１６の径φｃを微調整して、低い方の範囲で調整する際には、ＮＤフィルタ３１を挿入した状態で虹彩絞り１６の径φｃを微調整すればよい。したがって、照明光量を低い方の範囲で調整する際にも、虹彩絞り１６の径φｃを変化させる範囲として、高い方の範囲で調整するときと同じ範囲を使用することができ、調整精度が向上する。その結果、照明光量を精度よく調整可能な範囲(ダイナミックレンジ)が拡大する。
【００３９】
さらに、第３実施形態の照明光学装置３０では、ＮＤフィルタ３１と共に補正フィルタ３２の挿脱も行い、ＮＤフィルタ３１による色温度の変化を補正するため、光照射面３０ａにおける照明光量の調整時に、光照射面３０ａにおける入射光束の色温度が変化することはない。したがって、入射光束の色温度を一定に保ちつつ照明光量の調整を行うことができる。
【００４０】
このように、第３実施形態の照明光学装置３０によれば、ＮＤフィルタ３１と補正フィルタ３２と虹彩絞り１６を用いることで、光照射面３０ａにおける照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整することができる。したがって、光照射面３０ａに配置された検査対象の固体撮像素子に対する照明条件を正確に設定することができ、固体撮像素子の動作確認のための検査を良好に行える。
【００４１】
また、第３実施形態の照明光学装置３０によれば、ＮＤフィルタ３１と補正フィルタ３２を虹彩絞り１６の近傍に配置するので、ＮＤフィルタ３１や補正フィルタ３２にゴミが付着した場合でも、ゴミの像が光照射面３０ａに投影される事態（つまりゴミ起因の照明の不均一化）を回避できる。
（第４実施形態）
第４実施形態の照明光学装置４０は、図４に示す通り、虹彩絞り１６の近傍に２枚のＮＤフィルタ４１,４２と補正フィルタ４３,４４とを独立に挿脱可能に配置したものである。２枚のＮＤフィルタ４１,４２は、上記のＮＤフィルタ３１と同様、その透過率が全面で均一となっている。また、一方のＮＤフィルタ４１の透過率と他方のＮＤフィルタ４２の透過率は異なることが好ましい。さらに、２枚のＮＤフィルタ４１,４２による色温度の変化分は、通常、互いに異なっている。このため、一方の補正フィルタ４３は、一方のＮＤフィルタ３１による色温度の変化を補正するように構成され、他方の補正フィルタ４４は、他方のＮＤフィルタ３２による色温度の変化を補正するように構成されている。
【００４２】
第４実施形態の照明光学装置４０では、光源１１と光照射面４０ａとの間（ここでは虹彩絞り１６の近傍）の光路上にＮＤフィルタ４１,４２を挿入または光路上から退避させることにより、ＮＤフィルタ４１,４２の挿脱を独立に切り替えることができる。さらに、ＮＤフィルタ４１,４２を挿入または退避させる際、ＮＤフィルタ４１と共に補正フィルタ４３の挿入または退避も行われ、ＮＤフィルタ４２と共に補正フィルタ４４の挿入または退避も行われる。
【００４３】
照明光学装置４０の光照射面４０ａにおける照明光量の調整は、ＮＤフィルタ４１,４２の挿脱を独立に切り替えることにより、ＮＤフィルタ４１,４２の透過率に応じて粗く行うことができる（４段階）。さらに、ＮＤフィルタ４１,４２の挿脱と併用して、虹彩絞り１６の径φｃを変化させることにより、その径φｃに応じて細かく照明光量を調整できる。したがって、照明光量の調整範囲を４段階に分けたとき、各々の段階に拘わらず、虹彩絞り１６の径φｃを同じ範囲で変化させればよく、調整精度が均一化する。その結果、第３実施形態の照明光学装置３０と比較して、照明光量を精度よく調整可能な範囲(ダイナミックレンジ)がさらに拡大する。
【００４４】
また、第４実施形態の照明光学装置４０では、ＮＤフィルタ４１と共に補正フィルタ４２の挿脱も行い、ＮＤフィルタ４２と共に補正フィルタ４４の挿脱も行い、ＮＤフィルタ４１,４２の各々による色温度の変化を補正するため、光照射面４０ａにおける照明光量の調整時に、光照射面４０ａにおける入射光束の色温度が変化することはない。したがって、入射光束の色温度を一定に保ちつつ照明光量の調整を行うことができる。
【００４５】
このように、第４実施形態の照明光学装置４０によれば、ＮＤフィルタ４１,４２と補正フィルタ４３,４４と虹彩絞り１６を用いることで、光照射面４０ａにおける照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整することができる。したがって、光照射面４０ａに配置された検査対象の固体撮像素子に対する照明条件を正確に設定することができ、固体撮像素子の動作確認のための検査を良好に行える。
【００４６】
また、第４実施形態の照明光学装置４０によれば、ＮＤフィルタ４１,４２と補正フィルタ４３,４４を虹彩絞り１６の近傍に配置するので、何れか１つのフィルタにゴミが付着した場合でも、ゴミの像が光照射面４０ａに投影される事態（つまりゴミ起因の照明の不均一化）を回避できる。
上記した第４実施形態では、２枚のＮＤフィルタ４１,４２を独立に挿脱して切り替える例を説明したが、３枚以上のＮＤフィルタを独立に挿脱する場合にも、本発明を適用できる。ＮＤフィルタの数が多いほど、照明光量の調整範囲を多くの段階に分割でき、虹彩絞り１６の径φｃを変化させる範囲が小さくなるため、照明光量を精度よく調整可能な範囲(ダイナミックレンジ)がさらに拡大する。
（第５実施形態）
第５実施形態の照明光学装置５０は、図５,図６に示す通り、２枚のＮＤフィルタ５１,５２と補正フィルタ５３,５４とをターレット５５のポケット５ａ,５ｂに配置し、ターレット５５を虹彩絞り１６の近傍に配置したものである。２枚のＮＤフィルタ５１,５２は、上記のＮＤフィルタ４１,４２と同様である。２枚の補正フィルタ５３,５４は、上記の補正フィルタ４３,４４と同様である。ポケット５ａには一対のＮＤフィルタ５１と補正フィルタ５３が配置され、ポケット５ｂには一対のＮＤフィルタ５２と補正フィルタ５４が配置される。ポケット５ｃにはＮＤフィルタも補正フィルタも配置されない。
【００４７】
第５実施形態の照明光学装置５０では、ターレット５５を不図示のモータ（１つの駆動系）により回転させることで、ＮＤフィルタ５１,５２を挿脱すること（同時に補正フィルタ５３,５４を挿脱すること）ができ、ＮＤフィルタのないポケット５ｃを挿脱することもできる。ＮＤフィルタのないポケット５ｃが挿入されたとき、光強度の減衰は行われない(透過率１００％)。
【００４８】
照明光学装置５０の光照射面５０ａにおける照明光量の調整は、ＮＤフィルタ５１,５２の透過率とポケット５ｃ(透過率１００％)に応じて粗く行うことができる（３段階）。さらに、ＮＤフィルタ５１,５２の挿脱と併用して、虹彩絞り１６の径φｃを変化させることにより、その径φｃに応じて細かく照明光量を調整できる。したがって、照明光量の調整範囲を３段階に分けたとき、各々の段階に拘わらず、虹彩絞り１６の径φｃを同じ範囲で変化させればよく、調整精度が均一化する。その結果、照明光量を精度よく調整可能な範囲(ダイナミックレンジ)が拡大する。
【００４９】
また、第５実施形態の照明光学装置５０では、ＮＤフィルタ５１と共に補正フィルタ５２の挿脱も行い、ＮＤフィルタ５２と共に補正フィルタ５４の挿脱も行い、ＮＤフィルタ５１,５２の各々による色温度の変化を補正するため、光照射面５０ａにおける照明光量の調整時に、光照射面５０ａにおける入射光束の色温度が変化することはない。したがって、入射光束の色温度を一定に保ちつつ照明光量の調整を行うことができる。
【００５０】
このように、第５実施形態の照明光学装置５０によれば、ＮＤフィルタ５１,５２と補正フィルタ５３,５４と虹彩絞り１６を用いることで、光照射面５０ａにおける照明の均一性と入射光束の開口数と色温度とを一定に保ちつつ照明光量を調整することができる。したがって、光照射面５０ａに配置された検査対象の固体撮像素子に対する照明条件を正確に設定することができ、固体撮像素子の動作確認のための検査を良好に行える。
【００５１】
また、第５実施形態の照明光学装置５０によれば、ＮＤフィルタ５１,５２と補正フィルタ５３,５４を虹彩絞り１６の近傍に配置するので、何れか１つのフィルタにゴミが付着した場合でも、ゴミの像が光照射面５０ａに投影される事態（つまりゴミ起因の照明の不均一化）を回避できる。
上記した第５実施形態では、２枚のＮＤフィルタ５１,５２をターレット５５に配置したが、３枚以上のＮＤフィルタをターレットに配置する場合にも、本発明を適用できる。ＮＤフィルタの数が多いほど、照明光量の調整範囲を多くの段階に分割でき、虹彩絞り１６の径φｃを変化させる範囲が小さくなるため、照明光量を精度よく調整可能な範囲(ダイナミックレンジ)がさらに拡大する。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、虹彩絞り１６をアフォーカル系１３の中で光源１１と共役な位置の近傍に配置したが、本発明はこれに限定されない。虹彩絞り１６の位置は、アフォーカル系１３の中（つまりレンズ３ａとレンズ３ｂとの間（光束が非平行な部分））であれば、光源１１と共役な位置の近傍から外れても構わない。この場合でも、虹彩絞り１６の径φｃの変化により、光照射面における照明の均一性が変化することはない。
【００５２】
ただし、虹彩絞り１６の径φｃに応じて、フライアイレンズ１４の入射面４ａでの光束径φ3が変化するため、アフォーカル系１３の構成によって、光束径φ3の最小値がフライアイレンズ１４の外形の対角長φｅより大きくなるように設定することが好ましい。さらに、フライアイレンズ１４のレンズ素子４ｃの数を増やして、フライアイレンズ１４による照明均一化効果を高めてもよい。
【００５３】
また、上記した実施形態では、２枚のレンズ３ａ,３ｂからなるケプラー型のアフォーカル系１３を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。アフォーカル系として３枚以上のレンズからなる構成を採用することもできる。
さらに、上記した実施形態では、フライアイレンズによる照明均一化を１段階利用する例(図１,図３〜図５)と２段階利用する例(図２)とを説明したが、本発明はこれに限定されない。３組以上のフライアイレンズを設ける場合にも本発明を適用できる。つまり、１組以上のフライアイレンズを設ける場合に本発明を適用できる。
【００５４】
また、上記した実施形態では、１組以上のフライアイレンズによる照明均一化を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。照明均一化手段として、フライアイレンズとインテグレータロッド（および/またはバンドルファイバ）とを組み合わせる場合にも、本発明を適用できる。
例えば、照明均一化手段を２段構成とする場合には、１段目をフライアイレンズ(およびコンデンサレンズ)とし、２段目をインテグレータロッドとする構成が考えられる。この場合、インテグレータロッドの入射面は、コンデンサレンズ(図２のリレーレンズ２１)の後側焦点に一致する。そして、インテグレータロッドの出射面の近傍を光照射面とする。または、インテグレータロッドの出射面の後段に投影レンズを配置し、投影レンズを介してインテグレータロッドの出射面と共役な位置を光照射面とする。
【００５５】
さらに、上記した実施形態では、フライアイレンズによる照明均一化を１段階利用する構成において、虹彩絞り１６とＮＤフィルタとを併用する例(図３〜図５)で説明したが、本発明はこれに限定されない。２組以上のフライアイレンズを設ける場合(図２)や、フライアイレンズとインテグレータロッド（および/またはバンドルファイバ）とを組み合わせる場合に、虹彩絞り１６とＮＤフィルタとを併用することもできる。
【００５６】
また、上記した実施形態では、虹彩絞り１６の近傍にＮＤフィルタを配置したが、本発明はこれに限定されない。ＮＤフィルタの透過率は全面で均一なため、虹彩絞り１６の近傍から外れた箇所にＮＤフィルタを配置する場合でも、光照射面における照明一様性が崩れることはない。つまり、光源と光照射面との間の光路上の任意の箇所に自由にＮＤフィルタを配置することができる。
【００５７】
ただし、ＮＤフィルタの配置は、ＮＤフィルタ自体と他の光学部材やその固定金物との干渉を避けると共に、ＮＤフィルタと虹彩絞り１６に付随する各々の可動機構(不図示)どうしの干渉を避けるような適切な位置を選択することが好ましい。例えば、コレクタレンズ１２とアフォーカル系１３との間や、アフォーカル系１３とフライアイレンズ１４との間にＮＤフィルタを配置することが考えられる。
【００５８】
さらに、上記した実施形態では、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの固体撮像素子（複数の画素からなる受光素子）の検査を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、１つの画素からなる受光素子（フォトダイオード）の検査にも、本発明を適用できる。また、露光装置のレチクル用の照明光学装置や生物顕微鏡の照明光学装置にも、本発明を適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】第１実施形態の照明光学装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】第２実施形態の照明光学装置２０の全体構成を示す図である。
【図３】第３実施形態の照明光学装置３０の全体構成を示す図である。
【図４】第４実施形態の照明光学装置４０の全体構成を示す図である。
【図５】第５実施形態の照明光学装置５０の全体構成を示す図である。
【図６】照明光学装置５０のターレット５５を説明する図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０，２０，３０，４０，５０  照明光学装置
１０ａ，２０ａ，３０ａ，４０ａ，５０ａ  光照射面
１１  光源
１ａ  フィラメント
１２  コレクタレンズ
１３  アフォーカル系
３ａ，３ｂ  レンズ
１４，２２  フライアイレンズ
４ａ，２ａ  入射面
４ｂ，２ｂ  出射面
４ｃ  レンズ素子
１５，２３  コンデンサレンズ
２１  リレーレンズ
３１，４１，４２，５１，５２  ＮＤフィルタ
３２，４３，４４，５３，５４  補正フィルタ
５５  ターレット
５ａ，５ｂ，５ｃ  ポケット
【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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