(57)【要約】【課題】  光学素子の曇りを安価に回避できる光源装置および検査装置を提供する。【解決手段】  放熱を伴って発光する光源１１と、光源からの光を集光する光学素子１３と、光源と光学素子との間に配置され、光源からの光を透過すると共に、光源の放熱を受けて高温化した光学素子を保温する保温部材１２とを備える。【選択図】      図１
2008041310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱を伴って発光する光源と、
前記光源からの光を集光する光学素子と、
前記光源と前記光学素子との間に配置され、前記光を透過すると共に、前記光源の放熱を受けて高温化した前記光学素子を保温する保温部材とを備えた
ことを特徴とする光源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光源装置において、
前記光は、紫外光を含む
ことを特徴とする光源装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光源装置において、
前記光源を空気流によって冷却する冷却手段をさらに備え、
前記保温部材は、前記空気流が前記光学素子に当たることを防ぐことで前記光学素子を保温する
ことを特徴とする光源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光源装置において、
前記保温部材は、石英ガラスからなる
ことを特徴とする光源装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の光源装置を有し、該光源装置からの照明光によって被検物を照明する照明手段と、
前記被検物からの光を受光する受光手段とを備えた
ことを特徴とする検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明光を出射する光源装置および検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
楕円鏡１３などの光学素子によって光源からの光を集光し、照明光として出射する光源装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。この装置では、長時間の使用によって光学素子が曇ると反射率などの光学性能が低下し、照明光の強度も低下するため好ましくない。このため、例えば光学素子の周囲にヒーターを巻き付けて、光学素子を強制的に加熱し、光学素子の曇りを回避している。光学素子の曇りは、光源装置の内部の雰囲気中に浮遊している物質が光源からの強い光を受けて光学素子の表面に付着することが原因と考えられ、光学素子の加熱によって回避できる。
【特許文献１】特許第３２６６１５６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、上記の装置では、光学素子を加熱するために温度制御用の電源なども用意する必要があり、コストが掛かるという問題があった。
本発明の目的は、光学素子の曇りを安価に回避できる光源装置および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】
【０００４】
本発明の光源装置は、放熱を伴って発光する光源と、前記光源からの光を集光する光学素子と、前記光源と前記光学素子との間に配置され、前記光を透過すると共に、前記光源の放熱を受けて高温化した前記光学素子を保温する保温部材とを備えたものである。
また、上記の光源装置において、前記光は、紫外光を含むものである。
また、上記の光源装置において、前記光源を空気流によって冷却する冷却手段をさらに備え、前記保温部材は、前記空気流が前記光学素子に当たることを防ぐことで前記光学素子を保温するものである。
【０００５】
また、上記の光源装置において、前記保温部材は、石英ガラスからなるものである。
本発明の検査装置は、上記の光源装置を有し、該光源装置からの照明光によって被検物を照明する照明手段と、前記被検物からの光を受光する受光手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、光学素子の曇りを安価に回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、図面を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
本実施形態の光源装置１０には、図１(ａ)に示す通り、光源１１と透明な筒部材１２と楕円鏡１３と反射ミラー１４とが設けられる。また、これらの部品(１１〜１４)は、支持部材１５などを介して遮光性の筐体１６の内部に固定されている。
光源１１は、例えばＤＵＶランプであり、放電によって発光点１Ａから周囲に光を放出する。光源１１からの光は、紫外光（例えば２４８ｎｍなどのＤＵＶ領域の波長域の輝線スペクトル）を含む。
【０００８】
筒部材１２は、光源１１からの光（紫外光など）を透過する材料（例えば石英ガラス）からなり、円錐台形状に成形されている。筒部材１２には、その中心軸２Ａ（図１(ｂ)）と直交するように大きさの異なる開口部２Ｂ,２Ｃが設けられる。図中下側の底面の開口部２Ｂの方が上側の開口部２Ｃより大きい。筒部材１２の表面には反射防止膜をコートしてもよいが、コートしなくてもよい。
【０００９】
楕円鏡１３は、回転楕円面の内側を反射面とした凹面鏡である。楕円鏡１３の内側には、例えばアルミニウムの層が形成され、これが反射面として機能する。アルミニウムの上層にＳｉＯ2をコートしてもよいが、コートしなくてもよい。楕円鏡１３には、その光軸３Ａと直交するように大きさの異なる開口部３Ｂ,３Ｃが設けられる（図１(ｃ)）。
そして、上記の各部品(１１,１２,１３)は、次のように配置される。
【００１０】
光源１１の発光点１Ａは、楕円鏡１３の第１焦点に配置される。
筒部材１２は、その中心軸２Ａを楕円鏡１３の光軸３Ａに一致させて、光源１１を取り囲むように配置される。つまり、筒部材１２は、光源１１と楕円鏡１３との間に配置される。
また、筒部材１２の小さい方の開口部２Ｃと楕円鏡１３の小さい方の開口部３Ｃとは略同じサイズである。このため、筒部材１２と楕円鏡１３とは、開口部２Ｃ,３Ｃが略重なるように配置される。
【００１１】
本実施形態の光源装置１０において、光源１１の発光点１Ａ（楕円鏡１３の第１焦点）から周囲に放出された光は、図２(ａ)に示す通り、筒部材１２を透過した後、楕円鏡１３に入射する。そして、楕円鏡１３の内面で反射して集光作用を受けた後、再び筒部材１２を透過し、後段の反射ミラー１４に入射する（光Ｌ１）。
反射ミラー１４は通常の平面ミラーであり、上記した光Ｌ１を偏向して（光Ｌ２）、楕円鏡１３の第２焦点３Ｄに導く。本実施形態では、光源１１の発光点１Ａが楕円鏡１３の第１焦点に一致するため、上記の光Ｌ２は、楕円鏡１３の第２焦点３Ｄに集められ、そこに光源１１の発光点１Ａの像を形成する。その後、光Ｌ２は、筐体１６の開口部６Ａから照明光Ｌ０として後段の光学系(不図示)に出射される。
【００１２】
光源１１の点灯中の温度は７００〜８００℃ぐらいまで上昇することがあり、そのまま放置すると様々な不具合が生じる。本実施形態の光源装置１０では、光源１１を冷却するため、筐体１６に排気口６Ｂと吸気口６Ｃとを設け（図１(ａ)）、筐体１６の内部の高温度の空気を不図示のファンにより排気口６Ｂから外部へ強制排気する（図２(ｂ)）。
このとき、筐体１６の内部には、排気口６Ｂからの強制排気に応じて、吸気口６Ｃから冷却用の空気流が取り込まれる。そして、この空気流は、筐体１６の内部において、図２(ｂ)のような経路を辿り、光源１１の放熱を受けて高温化した後、排気口６Ｂから外部へ排出される。図２(ｂ)には空気流の経路を白抜きの矢印で示した。
【００１３】
本実施形態の光源装置１０では、筐体１６の内部の空間を楕円鏡１３と支持部材１５とで２つの空間１６(1),(2)に分け、これらの空間１６(1),(2)を楕円鏡１３の小さい方の開口部３Ｃによって連通させ、一方の空間１６(1)に排気口６Ｂを設け、他方の空間１６(2)に吸気口６Ｃを設けている。
さらに、本実施形態の光源装置１０では、筐体１６の吸気側の空間１６(2)において、楕円鏡１３と光源１１との間に筒部材１２を配置し、筒部材１２と楕円鏡１３とを各々の開口部２Ｃ,３Ｃが略重なるように配置している。
【００１４】
このとき、吸気側の空間１６(2)の一部分である楕円鏡１３の内側の空間において、楕円鏡１３と筒部材１２とで挟まれた空間１６(3)は排気側の空間１６(1)とダイレクトで連通せず、筒部材１２の内側の空間１６(4)のみが筒部材１２,楕円鏡１３の開口部２Ｃ,３Ｃを介して排気側の空間１６(1)とダイレクトで連通する。
したがって、排気口６Ｂからの強制排気に応じて吸気口６Ｃから吸気側の空間１６(2)に取り込まれた冷却用の空気流は、反射ミラー１４を擦り抜けた後で、筒部材１２の内側の空間１６(4)に導かれる。つまり、光源１１の周辺に導かれる。
【００１５】
そして、光源１１の放熱を受けて高温化した後の空気流が、その空間１６(4)から筒部材１２の開口部２Ｃと楕円鏡１３の開口部３Ｃとを通過して、排気側の空間１６(1)に導かれ、排気口６Ｂから外部へ排出される。
本実施形態の光源装置１０では、筐体１６の内部において上記のような経路で冷却用の空気流を循環させるため、光源１１の点灯中（つまり光源装置１０の使用中）、その空気流によって効率よく光源１１を冷却することができる。その結果、光源１１の温度を常に所定の正常動作温度に保つことができる。
【００１６】
さらに、本実施形態の光源装置１０では、楕円鏡１３と光源１１との間に筒部材１２を配置したので、筐体１６の内部における冷却用の空気流が、筒部材１２と楕円鏡１３とで挟まれた空間１６(3)に導かれることはなく、冷却用の空気流が楕円鏡１３に当たることを防いでいる。
つまり、筒部材１２は防風用の仕切り板として機能し、冷却用の空気流の経路を楕円鏡１３から遠ざけて、光源１１の周辺に制限することができる。
【００１７】
このため、筒部材１２と楕円鏡１３とで挟まれた空間１６(3)において空気を滞留させることができ、光源１１の放熱を受けて高温化した楕円鏡１３を保温することができる。そして、楕円鏡１３を１２０℃以上の温度に保つことができる。
したがって、筐体１６の内部の雰囲気中に浮遊している物質が光源１１からの強い光を受けて楕円鏡１３の表面（反射面）に付着することを回避でき、楕円鏡１３の曇りを回避できる。
【００１８】
ここで、曇りの原因となる主な汚染物質は、硫酸アンモニウム（(ＮＨ4)2ＳＯ4)(以下「硫安」）と考えられる。また、硫安の昇華温度は、約１２０度である。このため、楕円鏡１３の温度が硫安の昇華温度（約１２０度）より低くなると、光学装置１０の長時間の使用によって、楕円鏡１３が曇ってしまう可能性がある。
ところが、本実施形態では、楕円鏡１３と光源１１との間に筒部材１２を配置し、冷却用の空気流の経路を光源１１の周辺に制限して楕円鏡１３を保温するため、楕円鏡１３の温度を硫安の昇華温度（約１２０度）以上に保つことができ、硫安が楕円鏡１３の表面に付着する事態（つまり楕円鏡１３の曇り）を回避できる。
【００１９】
さらに、本実施形態では、楕円鏡１３に対して外部から強制的に熱を加える必要がなく、光源１１の放熱を利用して、これを受けて高温化した楕円鏡１３を筒部材１２により保温するため、楕円鏡１３の曇りを安価に回避することができる。また、保温用の筒部材１２を楕円鏡１３と光源１１との間に配置するので、光源装置１０の大型化を回避することもできる。
【００２０】
このような本実施形態の光源装置１０では、長時間の使用によっても、楕円鏡１３の表面（反射面）に硫安が付着せず、楕円鏡１３の曇りを回避できるので、楕円鏡１３の反射率などの光学性能が低下することはない。このため、光源装置１０から出射される照明光Ｌ０の強度も低下せず、照明光Ｌ０による照度低下を抑えることができる。
なお、楕円鏡１３ではなく筒部材１２の表面には冷却用の空気流が当たっている。しかし、筒部材１２は楕円鏡１３よりも光源１１に近接して配置されるため、冷却用の空気流が当たっても、硫安の昇華温度（約１２０度）以上に保たれる。この場合、筒部材１２の表面にも硫安が付着することはなく、筒部材１２の曇りを回避でき、筒部材１２の透過率は低下しない。
【００２１】
また、筒部材１２が硫安の昇華温度（約１２０度）以上に保たれなかった場合、筒部材１２に硫安が付着してしまうが、筒部材１２は楕円鏡１３と比べて安価な部材であるため、筒部材１２の定期交換を行っても、楕円鏡１３を定期交換するより、ランニングコストを抑えることができる。さらに、筒部材１２の場合には、これを交換せずに、手拭きや水洗によって硫安そのものを除去してもよい。
【００２２】
さらに、本実施形態の光源装置１０では、筒部材１２の表面に反射防止膜をコートすることで、筒部材１２の透過率を上げることができる。ただし、反射防止膜をコートしても、光源装置１０の長時間の使用によりＳｉＯ2が汚染物質として筒部材１２の表面に付着し、筒部材１２の透過率が低下する可能性もある。このため、筒部材１２の表面には反射防止膜をコートしてもよいが、コートしなくてもよい。反射防止膜をコートしなければ、ＳｉＯ2の付着による筒部材１２の透過率低下の問題は起こらない。
【００２３】
また、上記のように、汚染物質としては硫安の他にＳｉＯ2も考えられる。このため、楕円鏡１３の表面（アルミニウムの上層）にＳｉＯ2を予めコートすれば、ＳｉＯ2の付着による楕円鏡１３の反射率低下の問題は起こらない。
（第２実施形態）
上記した第１実施形態の光源装置１０（図１,図２）は、例えば、図３に示すような検査装置２０に組み込むことが好ましい。以下、検査装置２０について説明する。
【００２４】
検査装置２０は、被検物体２０Ａを支持するステージ２１と、照明部(２２〜２５)と、受光部(２６,２７)と、画像処理部２８とで構成される。被検物体２０Ａは、半導体ウエハや液晶ガラス基板などであり、表面のレジスト層に繰り返しパターン（配線パターンなどのライン・アンド・スペース状のパターン）が形成されている。
照明部(２２〜２５)は、光源装置２２と、調光部２３と、ライトガイドファイバ２４と、凹面鏡２５とで構成されている。
【００２５】
光源装置２２は、上記した第１実施形態の光源装置１０（図１,図２）である。
調光部２３は、不図示の波長選択フィルタ,ＮＤフィルタ,リレーレンズなどからなる。波長選択フィルタは、光源装置２２から出射された照明光Ｌ０のうち、例えば２４８ｎｍなどのＤＵＶ領域の輝線スペクトルを選択的に透過する。また、光源１１の波長域に応じて、２６５ｎｍ,３１３ｎｍ,３６５ｎｍなどの波長域の光を選択的に透過させてもよい。ＮＤフィルタは、波長選択フィルタからの照明光の強度を調整する。ＮＤフィルタを透過した後の照明光は、リレーレンズを介してライトガイドファイバ２４に導かれる。
【００２６】
ライトガイドファイバ２４は、調光部２３から出射された照明光を伝送する。そして、射出端から凹面鏡２５に向けて照明光を出射する。凹面鏡２５は、ライトガイドファイバ２４からの照明光をコリメートし、ステージ２１上の被検物体２０Ａの全面に照射する。
このように、照明部(２２〜２５)は、光源装置２２からの照明光Ｌ０によって被検物体２０Ａを照明する。このとき、被検物体２０Ａの表面の繰り返しパターンから所定の方向に正反射光や回折光や散乱光などが発生する。そして、これらの光が選択的に受光部(２６,２７)に導かれる。
【００２７】
受光部(２６,２７)は、凹面鏡２６とＣＣＤカメラなどの撮像装置２７とで構成され、被検物体２０Ａから発生した光の一部を受光する。すなわち、凹面鏡２６によって被検物体２０Ａの像を形成し、この像を撮像装置２７により撮像する。そして、撮像装置２７は、画像処理部２８に対して撮像信号を出力する。
画像処理部２８は、撮像装置２７からの撮像信号を取り込み、この撮像信号に基づいて検査用の画像を生成する。検査用の画像は、被検物体２０Ａの比較的広い領域（全域または一部領域）の画像であり、マクロ画像とも呼ばれる。そして、生成した検査用の画像と予め記憶している良品画像とを比較することにより、被検物体２０Ａの表面のパターン欠陥を自動的に検出する。
【００２８】
第２実施形態の検査装置２０では、光源装置２２からの照明光Ｌ０を被検物体２０Ａに照射するので、長時間使用しても照明光Ｌ０の強度が低下することはなく、照明光Ｌ０による照度低下を抑えることができる。このため、安定した検査条件を保つことができる。また、調光部２３によってＤＵＶ領域（例えば２４８ｎｍ）などの紫外光を選択することによって、繰り返しパターンのピッチの微細化にも対応できる。さらに、安価な光源装置２２を組み込むため、検査装置２０を安価に構成できる。
【００２９】
（変形例）
上記した実施形態では、筒部材１２が円錐台形状である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。筒部材１２の形状は、円筒形状や角柱形状でもよい。また、複数の板状部材（平面形状や曲面形状）を組み合わせて配置してもよい。さらに、筒部材１２の材料は石英ガラスに限らない。その他のガラス材料（蛍石など）を用いても樹脂材料を用いてもよい。光源１１からの光を効率よく透過する材料であれば、筒部材１２の材料として用いることができる。ただし、樹脂材料の場合には、耐熱性が高く、汚染ガスの少ない材料を用いることが好ましい。
【００３０】
また、上記した実施形態では、筒部材１２によって冷却用の空気流の経路（図２(ｂ)）を制限して、楕円鏡１３に向かう空気流を遮断する際、楕円鏡１３に向かう空気流のほぼ全てを遮断したが、本発明はこれに限定されない。楕円鏡１３に向かう空気流の一部分を遮断できれば、同様の効果を得ることができる。例えば、筒部材１２と楕円鏡１３の開口部２Ｃ,３Ｃの近傍において両者に多少の隙間があっても構わない。
【００３１】
さらに、上記した実施形態では、光源装置１０（図１）の光源１１としてＤＵＶランプを用いたが、その他、メタルハライドランプや水銀ランプなどを用いてもよい。また、これらの放電光源に限らず、他の光源を用いてもよい。さらに、光源１１は空冷式に限らず、水冷式であっても構わない。
また、上記した実施形態では、楕円鏡１３の内側にアルミニウムの層を形成し、これを反射面として機能させたが、本発明はこれに限定されない。その他、楕円鏡１３の内側に誘電体多層膜を形成し、これを反射面として機能させてもよい。この場合、誘電体多層膜の自己発熱（蓄熱）による楕円鏡１３の高温化の効果も期待できる。誘電体多層膜を用いる場合には、膜設計を工夫し、例えば２５０ｎｍ付近の波長域で反射率が高くなるように構成することが好ましい。
【００３２】
さらに、上記した実施形態では、光源１１からの光を集光する光学素子が楕円鏡１３である例を説明したが、本発明はこれに限定されない。楕円鏡１３に代えて他の形状の凹面鏡（球面鏡など）を用いてもよいし、これらの反射素子に代えてレンズなどの透過素子を用いてもよい。透過素子を用いた場合には、本発明を適用することで、透過素子の曇りを安価に回避することができ、透過率などの光学性能が低下することはない。
【００３３】
また、上記した実施形態では、筒部材１２などの保温部材を配置して楕円鏡１３などの光学素子を保温し、光源１１の放熱を利用して光学素子を高温化する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。光学素子の周囲にヒーターを巻き付けて補助的にヒーターを動作させ、ヒーターと保温部材との併用により光学素子を高温化してもよい。この場合、ヒーターを単独で用いる従来構成と比べて、ヒーターの使用電力を抑えることができる。
【００３４】
さらに、上記した実施形態では、光源装置１０を検査装置２０に組み込む例で説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、上記の光源装置１０を半導体露光装置の露光用の光源装置として組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】光源装置１０の全体構成を示す図である。
【図２】光源装置１０における光の経路(ａ)および冷却用の空気流の経路(ｂ)を説明する図である。
【図３】検査装置２０の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０,２２光源装置 ; １１光源 ; １２筒部材 ; １３楕円鏡 ; １４反射ミラー ; １５支持部材 ; １６筐体 ; ６Ｂ排気口 ; ６Ｃ吸気口 ; ２０検査装置 ; ２０Ａ被検物体 ; ２１ステージ ; ２３調光部 ; ２４ライトガイドファイバ ; ２５,２６凹面鏡 ; ２７撮像装置 ;２８画像処理部
【図１】
2008041310.tif 000003
【図２】
2008041310.tif 000004
【図３】
2008041310.tif 000005