(57)【要約】【課題】  限られた外径サイズと物像間距離の制限、更に作動距離の制限を守って、レンズを暗くすることなくテレセントリック性を確保した両側テレセントリック照明光学系を実現する。【解決手段】  照明系の途中に配置される、非等倍の両側テレセントリック照明光学系において、  絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両側凹面の負レンズＬ２とからなる第１群と、  絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５とからなる第２群と、  この第２群と絞りＳを挟んで対向して配置され、絞りＳに凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とからなる第３群と、  絞りＳに凹面を向けた負レンズＬ８と、絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ９とからなる第４群と、を備える。【選択図】                    図１
2008083524.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明系の途中に配置される、非等倍の両側テレセントリック照明光学系において、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両側凹面の負レンズＬ２とからなる第１群と、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５とからなる第２群と、
この第２群と絞りＳを挟んで対向して配置され、絞りＳに凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とからなる第３群と、
絞りＳに凹面を向けた負レンズＬ８と、絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ９とからなる第４群と、
を備えることを特徴とする両側テレセントリック照明光学系。
【請求項２】
照明系の途中に配置される、非等倍の両側テレセントリック照明光学系において、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両側凹面の負レンズＬ２からなる第１群と、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５とからなる第２群と、
この第２群と絞りＳを挟んで対向して配置され、絞りＳに凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とからなる第３群と、
絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ８からなる第４群と、
を備えることを特徴とする両側テレセントリック照明光学系。
【請求項３】
前記正メニスカスレンズＬ３を除く前記第２群が、前記絞りＳを挟んで前記第３群と同一レンズで、対称に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【請求項４】
前記第２群のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５及び前記第３群のレンズ、Ｌ６、Ｌ７が、ほぼ密接して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【請求項５】
前記第２群と第３群の合成厚をｄ１とし、前記レンズＬ７とＬ８の間隔をｄ２としたとき、ｄ１≒ｄ２に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【請求項６】
前記第１群と第２群の間隔を、設計値から所定距離だけ広げる、または所定距離だけ狭くすることにより、中央部照度に対する周辺部照度を、所定値低下、または所定値上昇させることを特徴とする請求項１または２に記載の両側のテレセントリック照明光学系。
【請求項７】
第１群は物体側から正レンズＬ１、負レンズＬ２の順に、前記第４群は像側から正レンズＬ９、負レンズＬ８の順に並び、前記絞りＳを挟んで正・負レンズが対称に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【請求項８】
前記第４群の正レンズＬ９のレンズ曲率またはレンズ厚または像点距離の少なくともいずれかを変更することで、テレセントリック性を所定の範囲で変えて像倍率を変更することを特徴とする請求項１に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【請求項９】
前記第４群の正レンズＬ８のレンズ曲率またはレンズ厚または像点距離の少なくともいずれかを変更し、テレセントリック性を所定の範囲で変えて像倍率を変更することを特徴とする請求項２に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【請求項１０】
前記レンズＬ１乃至Ｌ７を、請求項１のレンズＬ１乃至Ｌ７と同一レンズ構造とすると共に、前記正レンズＬ８のレンズ曲率またはレンズ厚または像点距離の少なくともいずれかを変更して像倍率を変更することを特徴とする請求項２に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明系の途中に配置される、非等倍の両側テレセントリック照明光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な撮像系で用いられる非等倍の両側テレセントリック光学系については、特許文献１に技術開示がある。撮像素子検査装置に用いられる照明用の光学系については、特許文献２に技術開示がある。
【０００３】
撮像用途でのレンズ性能は、もっぱら諸収差（球面収差、非点収差、歪曲収差、コマ収差）を小さくする構造が追求される。一方、検査用の照明系の途中に配置される、投射レンズとして用いられるテレセントリック光学系でのレンズ性能は、諸収差は重要課題ではなく、もっぱら照明範囲におけるレンズの照度分布の均一性が検査精度を高める上で重要課題となっている。
【０００４】
図８は、撮像素子検査装置の構成例を示す従断面図である。プローバ１により搬送されたウェハー２に、検査用光源３により検査の基準となる検査光４を照射し、ウェハー２上に集積されているＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子の受光機能を、テストヘッド５により電気的な出力として測定することで検査が実行される。
【０００５】
検査用光源３は、リニアな分光分布を持つハロゲンランプ３１からの出射光を、回転して切替えられる第１フィルタ３２及び第２フィルタ３３を介して検査に必要な分光分布して検査光４を抽出している。
【０００６】
図の検査装置は、ダイレクト接続方式の構成を取り、テストヘッド５をプローバ１の測定部に直接載せることで、プローバ１とテストヘッド５を電気的に接続させている。テストヘッド５には、Φ１１０mm程度の口径で所定長のスコープホールと呼ばれる穴６が形成されている。
【０００７】
検査用光源３は、均一光を微少光量から大光量まで可変できる安定した検査光４を、このスコープホール６を介して、ウェハー２の上空まで照射しなければならないため、様々な光学的設計の工夫がなされている。
【０００８】
テストヘッド５には、中央部に光束が通る穴の開いたＤＵＴ（Device Under Test）ボード７とコンタクトリング８が取り付けられている。コンタクトリング８の近傍にウェハー２がプローバ１により搬送され、位置決めされてテスト針（図示していない）にて電気的に接触される。
【０００９】
検査用光源３は、テストヘッド５に形成されたスコープホール６を貫くようにしてＤＵＴボード７の近傍まで延びて概ね結像するよう設計されたレンズ系３４を内蔵する鏡筒３５を備えている。
【００１０】
このレンズ系３４は、必ずしも結像しなければいけないわけではないが、
（１）測定エリアをカバーした検査光４がウェハー２に照射されていること、
（２）所望の分光分布の検査光を照射できること、
（３）同時にウェハー２上の多数個の撮像素子を測定するために、照明の中心でも周辺でも光量や色ムラが均一であること、
（５）中心から周辺に至るまで同一Ｆ値で光軸の倒れがないこと、
が求められる。そのため、周辺光量の減光が少なく、光軸の倒れのないテレセントリック光学系が採用される。
【００１１】
レンズ鏡筒３５が、ＤＵＴボード７の近傍までとしているのは、テストシステムの定期的診断と校正が比較的頻繁に行われるため、ＤＵＴボード７やコンタクトリング８を外して、代わりに中央に穴の開いていない診断ボード（図示していない）を載せる必要があり、レンズ系３４の像側最先端レンズ３４ａをＤＵＴ７の直前までしか寄せることができない制約のためである。
【００１２】
【特許文献１】特開平９−３３８０４号公報
【特許文献２】特開２００４−６１１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
光軸の倒れがない完全なテレセントリック性を有するレンズで平行光を落とすには、結像面に最も近い像側先端レンズ３４ａは、所望照明エリア＋（作動距離÷Ｆ値）分だけ口径の大きなレンズが必要となる。
【００１４】
明るいレンズを設計しようとすれば作動距離ＷＤ（Working Distance）を小さくした方が像側先端レンズ３４ａの口径は小型化が図られが、前記理由によってＤＵＴボード７を越えてウェハー２に寄れない。テストシステムによって多少の差はあるものの、一例では作動距離は概ね７２mm程度以上必要である。
【００１５】
像側先端レンズ３４ａはＤＵＴボード７を越えて寄れないこと、近年デバイスの同時測定数が増えることで広い照明エリアが必要になってきたこと、テストシステムは既存の寸法的制限があって、容易に光源設計から要求する物理的サイズを確保できないこと、検査用光源の実売価格から複雑で高価なレンズは採用できないこと、等の要因から検査用光源３のレンズ系３４は、次の２通りの設計の選択となる。
【００１６】
（１）Ｆ値を大きくした暗いレンズを設計し、周辺までテレセントリック性を有した平行光を落とす手法。
（２）テレセントリック性を多少犠牲にして、所望の照明エリアを確保しつつ明るさは極端に暗くしない手法。
【００１７】
図９は、レンズのテレセントリック性とレンズ口径の関係を説明する光学系である。Ｙ１は像側先端レンズ３４ａの有効口径の半径、Ｙ２はウェハーの照明エリアの半径、αは主光線の光束広がりの１／２、θはテレセントリック性を表す光軸と主光線の角度である。
【００１８】
（１）の手法で設計した場合は、作動距離ＷＤを７５mm、照明エリアを１００mm、像側先端レンズ３４ａの有効口径を１０５mmとすれば、Ｆ値＝作動距離÷(レンズ口径―照明エリア)で求められることから、75÷（105-100）＝F15となり、大変暗い設計となる。実際の設計では光束のケラレ、収差による光束の広がり等から更に照明範囲が小さくなり、Ｆ値は暗くなる。
【００１９】
（２）の手法で設計した場合は、（１）と同じ設計寸法を用いてテレセントリック性を表すθを５度まで許容するとすれば、図９より、Y1＝Y0+WD・sin（α−θ）の関係から、
52.5＝50+75×sin（α−5）と置き、許容されるαはα＝6.91となる。
【００２０】
このαよりＮＡ（Numerical Aperture）を求めると、NA＝sinα＝sin 6.91＝0.12となる。これをＦ値に換算すると、F=4.16となる。実際の設計では光束のケラレ、収差による結像の広がり等からここまで明るくはできないが、（１）の手法と比較して明るいレンズ設計が可能となることが分かる。
【００２１】
一般的に、テレセントリックレンズの用途は、寸法精度の要求される光学測定器や微細なパターンの転写用光学系、倍率誤差を嫌う高低差のある物体を深い焦点深度利用した撮像等に用いられることから、市販されているテレセントリックレンズは、倍率，結像性能，歪曲収差等をきっちりとおさえた設計となっている。
【００２２】
一方で、テレセントリック性を確保するための最終面のレンズ口径は、最低でも所望像高＋（作動距離÷Ｆ値）から簡易的に求められるように、Ｆ値の小さい明るいレンズではテレセントリック性を求める入射側、または出射側のレンズ口径は大きくなる。
【００２３】
よく知られるサイデルの５収差は、夫々口径と画角に対して以下のような比例関係にあるため収差の抑制は非常に困難になり、口径を大きくした撮像用途のレンズ設計は構成枚数も多く大型化に向かう。
球面収差  ∝  口径の３乗
コマ収差  ∝  口径の２乗×画角の１乗
非点収差  ∝  口径の１乗×画角の２乗
像面湾曲  ∝  口径の１乗×画角の２乗
歪曲収差  ∝  画角の３乗
【００２４】
大口径で結像性能を求めると、レンズ構成が複雑で贅沢な設計にならざるを得ないことから、前記（１）及び（２）の条件を同時に満たした照明用途に特化した明るいテレセントリックレンズは見出せていない状況である。現状では、暗いレンズを補うため出射出力の大きいランプを採用する等、明るい光源を用意することで対応している。
【００２５】
撮像素子の検査用光源に求められる均一化照明は、周辺光量比±２％程度であって、これを得るために、光源で作られた均一面光源を投影レンズにより照明面（像面）まで均一性を損なわずに照射する必要上、テレセントリックレンズに求められる周辺光量比も正確に均一でなければならない。一般的に均一化面光源の完全な均一性は現実的に望めず、実用的には中心部が２〜５％程度明るい面光源となる。
【００２６】
更に、テレセントリックレンズであっても瞳のケラレ（＝開口蝕）や鏡筒でのケラレのない設計であっても、レンズ製作誤差や中心と周辺での反射防止コーティング入射角の差等から、若干中心部の透過率が高くなる傾向がある。
【００２７】
両端共に中央部が明るいレンズ同士を合わせることになると、±２％程度の均一性は難しくなる。現状では中央部の明るいエリアの透過率を落とすため、部分的に拡散させたり、故意に透過率を変えたりして、照明面（像面）での均一性を調整する等の煩雑な対策を必要としている。
【００２８】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、限られた外径サイズと物像間距離の制限、更に作動距離の制限を守って、レンズを暗くすることなくテレセントリック性を確保した両側テレセントリック照明光学系を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）照明系の途中に配置される、非等倍の両側テレセントリック照明光学系において、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両側凹面の負レンズＬ２とからなる第１群と、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５とからなる第２群と、
この第２群と絞りＳを挟んで対向して配置され、絞りＳに凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とからなる第３群と、
絞りＳに凹面を向けた負レンズＬ８と、絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ９とからなる第４群と、
を備えることを特徴とする両側テレセントリック照明光学系。
【００３０】
（２）照明系の途中に配置される、非等倍の両側テレセントリック照明光学系において、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両側凹面の負レンズＬ２からなる第１群と、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３、と物体側に凸面を向けた正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５とからなる第２群と、
この第２群と絞りＳを挟んで対向して配置され、絞りＳに凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とからなる第３群と、
絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ８からなる第４群と、
を備えることを特徴とする両側テレセントリック照明光学系。
【００３１】
（３）前記正メニスカスレンズＬ３を除く前記第２群が、前記絞りＳを挟んで前記第３群と同一レンズで、対称に配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【００３２】
（４）前記第２群のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５及び前記第３群のレンズ、Ｌ６、Ｌ７が、ほぼ密接して配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【００３３】
（５）前記第２群と第３群の合成厚をｄ１とし、前記レンズＬ７とＬ８の間隔をｄ２としたとき、ｄ１≒ｄ２に配置されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【００３４】
（６）前記第１群と第２群の間隔を、設計値から所定距離だけ広げる、または所定距離だけ狭くすることにより、中央部照度に対する周辺部照度を、所定値低下、または所定値上昇させることを特徴とする（１）または（２）に記載の両側のテレセントリック照明光学系。
【００３５】
（７）第１群は物体側から正レンズＬ１、負レンズＬ２の順に、前記第４群は像側から正レンズＬ９、負レンズＬ８の順に並び、前記絞りＳを挟んで正・負レンズが対称に配置されていることを特徴とする（１）に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【００３６】
（８）前記第４群の正レンズＬ９のレンズ曲率またはレンズ厚または像点距離の少なくともいずれかを変更することで、テレセントリック性を所定の範囲で変えて像倍率を変更することを特徴とする（１）に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【００３７】
（９）前記第４群の正レンズＬ８のレンズ曲率またはレンズ厚または像点距離の少なくともいずれかを変更し、テレセントリック性を所定の範囲で変えて像倍率を変更することを特徴とする（２）に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【００３８】
（１０）前記レンズＬ１乃至Ｌ７を、請求項１のレンズＬ１乃至Ｌ７と同一レンズ構造とすると共に、前記正レンズＬ８のレンズ曲率またはレンズ厚または像点距離の少なくともいずれかを変更して像倍率を変更することを特徴とする（２）に記載の両側テレセントリック照明光学系。
【発明の効果】
【００３９】
本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）限られた外径サイズと物像間距離の制限、更に作動距離の制限を守って、レンズを暗くすることなく両側テレセントリック照明光学系を提供できる。
【００４０】
（２）開口絞り径を変更することで、周辺光量比を均一に保ったまま任意のＦ値（＝ＮＡ）に可変できる。
【００４１】
（３）図２に示す特性図によれば、球面収差，非点収差，歪曲収差は、一般的な撮影用途のレンズの諸収差と比較するとはるかに不足しているものの、照度分布では中央部に対して周辺部が４％明るい特性が得られており、照明用途としては十分な特性を有している。
【００４２】
（４）開口絞り径を変えることでＮＡを変えて明るさ１／２の試算を行った結果、開口絞りを全開にした像側NA=0.126とした時の周辺光量比は周辺が４％高く、開口絞りを小径にして像側NA=0.091とした時の周辺光量比も周辺が４％高い値となった。即ち、明るさが１／２となっても周辺光量比に変化がないことが確認された。
【００４３】
（５）第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔を変更することで、周辺光量比の調整が可能である。これにより、光源の均一性に合わせて周辺光量比を変え、検査光として総合的に均一性調整を行うことが可能となり、照度分布の均一性を向上させることができる。
【００４４】
（６）硝材の選定においては、レンズ口径が全般的に大きく枚数も多いことから、特殊な硝材を使った場合に入手性やコスト面で問題がある。本発明では、全ての硝材について流通性に優れた硝材により所定の特性を実現することができる。
【００４５】
特に、フィールドレンズとして用いるレンズＬ１及びレンズＬ９は、テレセントリック性の調整や照明エリアのサイズを決めている。特に、レンズＬ９は、テレセントリックレンズの性質から最大口径となるので、特に入手性と安価に優れたＢＫ７または相当品を選ぶことで、入手性やコストに配慮することができる。
【００４６】
（７）本発明では、照明用途に限ることで過剰な収差補正は行わないことにより、レンズの曲率種数を揃える設計を取ることが可能となった。図１の９枚２０面のレンズ構成であっても、採用した曲率は１０種とし、初期投資を抑えることができる。このレンズの特殊性から生涯生産本数もそれほど多く望めないため、初期投資を抑えることで製品単価を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用した両側テレセントリック照明光学系の一実施形態を示すレンズ構成図である。
【００４８】
図１のレンズ構成は、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ１と、両側凹面の負レンズＬ２とからなる第１群Ｇ１と、
絞りＳに凸面を向けた正メニスカスレンズＬ３と、物体側に凸面を向けた正レンズＬ４と、物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬ５とからなる第２群Ｇ２と、
この第２群と絞りＳを挟んで対向して配置され、絞りＳに凹面を向けた負メニスカスレンズＬ６と、像側に凸面を向けた正レンズＬ７とからなる第３群Ｇ３と、
絞りＳに凹面を向けた負レンズＬ８と、絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ９とからなる第４群Ｇ４と、
からなり、表１の諸元により、概ね像倍率が３倍の両側テレセントリック特性を実現している。
【００４９】
【表１】
2008083524.tif 000003
【００５０】
図２は、図１のレンズ構成及び表１の諸元により、像倍率が概ね３倍でテレセントリック性１度の場合の諸収差と周辺光量比を計算した結果を示すレンズ特性図である。図２（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は照度分布を示す。（Ｄ）の照度分布では、中央部に対して周辺部が４％明るい特性が得られている。
【００５１】
次に、レンズ構成の設計上の特徴を以下に述べる。
正メニスカスレンズＬ３を除く第２群Ｇ２が、絞りＳを挟んで第３群Ｇ３と同一レンズで、対称に配置されている。即ち、レンズＬ５が絞りＳを挟んでレンズＬ６と同一レンズで、対称に配置される共に、レンズＬ４が絞りＳを挟んでレンズＬ７と同一レンズで、対称に配置されている。
【００５２】
第２群Ｇ２のレンズＬ３、Ｌ４、Ｌ５及び第３群Ｇ３のレンズ、Ｌ６、Ｌ７が、ほぼ密着して（ほとんど間隙をあけず、または密着して）配置されている。
【００５３】
第２群Ｇ２と第３群Ｇ３の合成厚をｄ１とし、レンズＬ７とＬ８の間隔をｄ２としたとき、ｄ１≒ｄ２に配置されている。
【００５４】
第１群Ｇ１は、物体側から正レンズＬ１、負レンズＬ２の順に並び、第４群Ｇ４は、像側から正レンズＬ９、負レンズＬ８の順に並び、絞りＳを挟んで正・負レンズが対称に配置されている。
【００５５】
第１群Ｇ１にフィールドレンズＬ１を配置することにより、物体側のテレセントリック性を確保し、第４群Ｇ４にもフィールドレンズＬ９を配置することにより、像側のテレセントリック性を確保している。
【００５６】
両側にテレセントリック性を持たせること、大口径で明るいレンズにしていることから、照明用の光学系としてはレンズ枚数が多いが、各レンズの曲率を揃えるように設計することにより、９枚２０面の構成であっても、採用する曲率を１０種以内に抑えることができる。
【００５７】
中央部がわずかに明るい均一化光源の一般的な特性に合わせて、本発明の両側テレセントリック照明光学系のレンズでは、周辺光量が概ね中央部より３〜４％程度明るくなるように設計することができる。
【００５８】
第２群Ｇ２、第３群Ｇ３は、ガウス型の変形を採用することで大口径レンズに適しており、更にレンズＬ１及びレンズＬ９を正レンズにすることで、限られた口径内で明るいレンズを設計する上で有利な配置とすることができる。
【００５９】
レンズＬ９の硝材は、レンズ口径が最も大きくなること、検査対象に合わせてテレセントリック性と照明エリアサイズ（像倍率）を決めることになることから、最も入手性も良く安価なＢＫ７（SCHOTT）または相当品の採用が有利である。また、レンズＬ１についても同様にＢＫ７（SCHOTT）または相当品の採用が有利である。
【００６０】
第４群Ｇ４を、負レンズＬ８と正レンズＬ９に分けたのは、図８に示すスコープホール６の径や、コンタクトリング８の径の制限によるもので、レンズＬ８，Ｌ９が物理的な制限を受けなければ負レンズＬ８を排除し、正レンズＬ９の曲率を変えるように設計することも可能である。
【００６１】
第４群の正レンズＬ９のレンズ曲率（＝２１面の曲率）またはレンズ厚または像点距離の少なくともいずれかを変更することで、テレセントリック性を０〜１０度の範囲で任意に変えて像倍率を変更することができる。表２は、レンズＬ９のレンズ曲率及びレンズ厚を変更してテレセントリック性を１.０度及び３.６度とした諸元である。
【００６２】
【表２】
2008083524.tif 000004
【００６３】
図３は、図１のレンズ構成及び表２の諸元により、像倍率概ね３倍でテレセントリック性を３.６度の場合の諸収差と周辺光量比を計算した結果を示すレンズ特性図である。表１の諸元による図２の特性図との比較では、照度分布が、中央部に対して周辺部が４％から３％に低下しているが、実用上問題はない。
【００６４】
第１群Ｇ１と第２群Ｇ２の間隔を、設計値から所定距離だけ広げる、または所定距離だけ狭くすることにより、中央部照度に対する周辺部照度を、所定値低下、または所定値上昇させている。一例を示せば、設計の中心値から１mm程度間隔を広げることで周辺光量比２〜３％下げることができ、反対に間隔を狭くすれば中心照度を２〜３％上げることが可能である。
【００６５】
図４は、第１群のレンズＬ２と第２群のレンズＬ３間隔を変化させた時の周辺光量比を比較した結果を示すレンズ特性図である。図４（Ｂ）に示す基本例の間隔を３４mmとしたときの周辺光量比が４％である場合、図４（Ａ）では間隔を３３mmに狭くすることで、周辺光量比６％が得られる。反対に、図４（Ｃ）では間隔を３５mmに広げることで、周辺光量比１％が得られる。
【００６６】
また、表２に示すように開口絞り径を変えることでＮＡを変えて明るさを１／２の試算を行った。図２（Ｄ）の照度分布特性において、開口絞り全開にした像側NA=0.126とした時の特性Ｂ１では、周辺光量比は周辺が４％高い。開口絞りを小径にして像側NA=0.091とした時の特性Ｂ２でも、周辺光量比は周辺が４％高い結果となり、明るさが１／２となっても周辺光量比に変化がないことが確認された。
【００６７】
図１の実施形態では、表１の諸元による、像倍率が概ね３倍の非等倍の両側テレセントリック照明光学系を基本例として示したが、検査対象物により照明範囲もまちまちであり、要求される照度も異なることから、照明範囲は狭くても更に明るい要求もある。
【００６８】
今後益々ウェハー上でのデバイスに対する同時測定数が増えることから、広範囲照明の要求が増すことが予測される。しかしながら、現状では照明エリア８０mm程度の要求が多い。この程度の照明エリアでは、像倍率が３倍以下でも実用できる。
【００６９】
図５は、本発明を適用した両側テレセントリック照明光学系の他の実施形態を示すレンズ構成図である。図１に示した実施形態のレンズ構成との相違点は、次の通りである。
【００７０】
図１の実施形態では、第４群Ｇ４が絞りＳに凹面を向けた負レンズＬ８と、絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ９とからなる２枚構成を取るのに対して、図５の実施形態では、図１のレンズ構成から負レンズＬ８を除き、第４群Ｇ４が絞りＳに凸面を向けた正レンズＬ８の１枚で構成されている点にある。
【００７１】
第１群Ｇ１乃至第３群Ｇ３を構成するレンズＬ１乃至Ｌ７を、図１のレンズＬ１乃至Ｌ７と同一レンズ構造とし、これらのレンズの諸元を表１のレンズ諸元と同一とすると共に、１９面の曲率と像点距離のみを変更した、表３に示す諸元により概ね２倍の両側テレセントリック特性を実現している。
【００７２】
【表３】
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【００７３】
図６は、図５のレンズ構成及び表３の諸元により、像倍率が概ね２倍でテレセントリック性１.４度の諸収差と周辺光量比を計算した結果を示すレンズ特性図である。図６（Ａ）は球面収差、（Ｂ）は非点収差、（Ｃ）は歪曲収差、（Ｄ）は照度分布を示す。（Ｄ）の照度分布では、中央部に対して周辺部が２％明るい特性が得られている。
【００７４】
この実施形態では、第４群の正レンズＬ８のレンズ曲率、像点距離を変更することで、像倍率を概ね２〜３倍の範囲内の任意の中間値であっても、均一性が損なわれないままで任意の像倍率の設定ができる。更に、２倍以下でより明るさを求めることも可能である。
【００７５】
即ち、レンズＬ８の諸元の変更によって、大部分のレンズ構成はそのままで像倍率を所定の範囲で任意に変えることができるので、様々な要求に対し短納期で安価に製品を提供することができる。
【００７６】
この実施形態でも、図１と同様に、第１群、第２群の間隔を調整することで周辺光量比を変えることができる。更に、開口絞り径を変えることで、周辺光量比を変えないで任意にＮＡを変更することができる。
【００７７】
開口絞り径を変えることでＮＡを変えて明るさを１／２にした場合の照度分布の試算を行った。図６（Ｄ）の照度分布特性において、開口絞り全開にした像側NA=0.126とした時の特性Ｂ１では、周辺光量比は周辺が２％高い。開口絞りを小径にして像側NA=0.091とした時の特性Ｂ２でも、周辺光量比は周辺が２％高い結果となり、明るさが１／２となっても周辺光量比に変化がないことが確認された。
【００７８】
像倍率が概ね２倍でテレセントリック性１.４度の図５の実施形態に対し、テレセントリック性を３.６度まで緩め照明エリアを更に広げた、表４の諸元に基づく実施形態を説明する。この実施形態の諸元を表４に示す。表３の諸元に対する変更点は、“Ｌ８の右側曲率（＝１９面曲率）”及び“像点距離(WD)”であり、その他の諸元は同一である。
【００７９】
【表４】
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【００８０】
図７は、表４の諸元に基づく像倍率が概ね２倍で、テレセントリック性３.６度の諸収差図と周辺光量比を計算した結果である。図７（Ｄ）に示すように、照度分布では、図６の特性図と同様、中央部に対して周辺部が２％明るい特性が得られている。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明を適用した両側テレセントリック照明光学系の一実施形態を示すレンズ構成図である。
【図２】図１のレンズ構成及び表１の諸元により、像倍率概ね３倍でテレセントリック性１度の場合の、諸収差と周辺光量比を計算した結果を示すレンズ特性図である。
【図３】図１のレンズ構成及び表２の諸元により、像倍率概ね３倍でテレセントリック性を３.６度の諸収差と周辺光量比を計算した結果を示すレンズ特性図である。
【図４】第１群と第２群の間隔を変化させた時の周辺光量比を比較した結果を示すレンズ特性図である。
【図５】本発明を適用した両側テレセントリック照明光学系の他の実施形態を示すレンズ構成図である。
【図６】図５のレンズ構成及び表３の諸元により、像倍率概ね２倍でテレセントリック性１度の場合の、諸収差と周辺光量比を計算した結果を示すレンズ特性図である。
【図７】図５のレンズ構成及び表４の諸元により、像倍率概ね２倍でテレセントリック性３.６度の諸収差と周辺光量比を計算した結果を示すレンズ特性図である。
【図８】撮像素子検査装置の構成例を示す従断面図である。
【図９】レンズのテレセントリック性とレンズ口径の関係を説明する光学系である。
【符号の説明】
【００８２】
Ｌ１  レンズ１
Ｌ２  レンズ２
Ｌ３  レンズ３
Ｌ４  レンズ４
Ｌ５  レンズ５
Ｌ６  レンズ６
Ｌ７  レンズ７
Ｌ８  レンズ８
Ｌ９  レンズ９
Ｇ１  第１群
Ｇ２  第２群
Ｇ３  第３群
Ｇ４  第４群
Ｓ  開口絞り
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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１】
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【図５】
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