(57)【要約】【課題】スペックルノイズを低減することができ、かつ均一な照明を行うことができる照明装置、及び照明方法を提供すること。【解決手段】本発明の一態様にかかる照明装置１１０は、レーザ光源１１と、レーザ光源からのレーザ光が入射する二次元回折格子１３と、二次元回折格子１３からの回折光が入射し、入射光が全反射を繰り返しながら内部を伝播する角ロッド１４と、二次元回折格子１３からの回折光の角ロッド１４の入射端面における入射位置を変化させるガルバノミラー１２と、を有するものである。【選択図】  図１
2008152116.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源と、
前記レーザ光源からのレーザ光が入射する二次元回折格子と、
前記二次元回折格子からの複数の回折光が入射し、入射光が全反射を繰り返しながら内部を伝播する導光部材と、
前記二次元回折格子からの回折光の前記導光部材の入射端面における入射位置を変化させる変化手段と、を有する照明装置。
【請求項２】
前記導光部材と前記二次元回折格子とが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記導光部材と前記二次元回折格子とが射出成形によって一体的に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記二次元回折格子が、前記レーザ光を回折させて、円形の照明パターンを形成することを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の照明装置。
【請求項５】
前記二次元回折格子が、前記レーザ光を回折させて、四重極の照明パターンを形成することを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の照明装置。
【請求項６】
前記二次元回折格子が、前記レーザ光を回折させて、リング状の照明パターンを形成することを特徴とする請求項１、２、又は３に記載の照明装置。
【請求項７】
前記変化手段が、前記二次元回折格子の入射端面における前記レーザ光の入射位置を時間に応じて変化させるガルバノミラーを有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項８】
前記二次元回折格子が、反射型の二次元回折格子であり、
前記変化手段が前記二次元回折格子に対する前記レーザ光の入射角を時間に応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項９】
前記変化手段が、前記二次元回折格子と前記導光部材との間に設けられた透明板を有し、前記透明板に対する光の入射角を時間に応じて変化させることを特徴とする前記請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１０】
前記変化手段が前記二次元回折格子を回転させて、前記二次元回折格子における前記レーザ光の入射位置を時間に応じて変化させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか記載の照明装置。
【請求項１１】
前記二次元回折格子が、中空モータによって回転し、前記レーザ光源からのレーザ光が前記中空モータの中空部分に入射することを特徴とする請求項１０に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記変化手段が、入射した光を拡散させる拡散板を有し、前記拡散板を回転させることによって、前記回折光の前記導光部材の入射端面における入射位置を変化させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
【請求項１３】
前記導光部材の出射端面を像面と共役な位置に配置されている請求項１乃至１２のいずれか記載の照明装置。
【請求項１４】
レーザ光を二次元回折格子に入射させる工程と、
前記二次元回折格子からの複数の回折光を、入射光が全反射を繰り返しながら内部を伝播する導光部材に入射させる工程と、
前記二次元回折格子からの複数の回折光の前記導光部材の入射端面における入射位置を変化させながら、前記導光部材から出射された光によって照明する工程と、を備える照明方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、及び照明方法に関し、特に詳しくは回折光を用いた照明を行う照明装置、及び照明方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
検査装置や、プロジェクターや、露光装置などの光学装置では、レーザ光源を用いた照明装置が利用されている。レーザ光源は、通常、点光源であるため、均一に面照明を行うことが困難である。しかしながら、観察部分等を照明する際に、均一な光強度分布で面照明することが望ましい。そのために、検査装置や露光装置等に用いられる光源には均一化光学系と呼ばれる光学系を利用することがある。具体的には、均一化光学系としてフライアイレンズやカライドスコープと呼ばれる光学系が広く利用されている。なお、均一化光学系に関しては、例えば、非特許文献１において説明されている。さらに、複数本の光ファイバを用いて均一化する光学装置も開示されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０８９６７号公報
【非特許文献１】光技術コンタクト、第３３巻、第２号、第４１頁から第４４頁、１９９５年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、視野の狭い光学系では微小なフライアイレンズが必要となる。このような微小なフライアイレンズを高精度に形成することは困難であった。また、レーザ光はスペクトル幅が狭いため可干渉距離が長くなる。従って、レーザ光源を照明用の光源として用いた場合、レーザ光の時間的な可干渉性のためにスペックル（明暗のまだら模様）が発生し、画像上のノイズとなってしまうという問題点があった。従って、従来の照明装置では均一な照明でスペックルノイズを低減することが困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、スペックルノイズを低減することができ、かつ均一な照明を行うことができる照明装置、及び照明方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様に係る照明装置は、レーザ光源と、前記レーザ光源からのレーザ光が入射する二次元回折格子と、前記二次元回折格子からの回折光が入射し、入射光が全反射を繰り返しながら内部を伝播する導光部材と、前記二次元回折格子からの回折光の前記導光部材の入射端面における入射位置を変化させる変化手段と、を有するものである。これにより、スペックルノイズを低減することができ、かつ均一な照明を行うことができる
【０００７】
本発明の第２の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記導光部材と前記二次元回折格子とが一体的に形成されていることを特徴とするものである。これにより、簡便な構成で、均一に照明することができる。
【０００８】
本発明の第３の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記導光部材と前記二次元回折格子が射出成形によって一体的に形成されていることを特徴とするものである。これにより、部品コストを低減することができる。
【０００９】
本発明の第４の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記二次元回折格子が、前記レーザ光を回折させて、円形の照明パターンを形成することを特徴とするものである。これにより、均一に照明することができる。
【００１０】
本発明の第５の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記二次元回折格子が、前記レーザ光を回折させて、四重極の照明パターンを形成することを特徴とするものである。これにより、特定のパターンでの解像度を向上することができる。
【００１１】
本発明の第６の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記二次元回折格子が、前記レーザ光を回折させて、リング状の照明パターンを形成することを特徴とするものである。これにより、解像度を向上することができる。
【００１２】
本発明の第７の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記変化手段が、前記二次元回折格子の入射端面における前記レーザ光の入射位置を時間に応じて変化させるガルバノミラーを有していることを特徴とするものである。これにより、簡便な構成でスペックルノイズを低減することができる。
【００１３】
本発明の第８の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記二次元回折格子が、反射型の二次元回折格子であり、前記変化手段が前記二次元回折格子に対する前記レーザ光の入射角を時間に応じて変化させることを特徴とするとするものである。これにより、簡便な構成でスペックルノイズを低減することができる。
【００１４】
本発明の第９の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記変化手段が、前記二次元回折格子と前記導光部材との間に設けられた透明板を有し、前記透明板に対する光の入射角を時間に応じて変化させることを特徴とするとするものである。これにより、簡便な構成でスペックルノイズを低減することができる。
【００１５】
本発明の第１０の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記変化手段が前記二次元回折格子を回転させて、前記二次元回折格子における前記レーザ光の入射位置を時間に応じて変化させることを特徴とするとするものである。これにより、簡便な構成でスペックルノイズを低減することができる。
【００１６】
本発明の第１１の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記二次元回折格子が、中空モータによって回転し、前記レーザ光源からのレーザ光が前記中空モータの中空部分に入射することを特徴とするものである。これにより、二次元回折格子を小さくすることができ、部品コストを低減することができる。
【００１７】
本発明の第１２の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記変化手段が、入射した光を拡散させる拡散板を有し、前記拡散板を回転させることによって、前記回折光の前記導光部材の入射端面における入射位置を変化させることを特徴とするとするものである。これにより、簡便な構成でスペックルノイズを低減することができる。
【００１８】
本発明の第１３の態様に係る照明装置は、上記の照明装置において、前記導光部材の出射端面を像面と共役な位置に配置されているものである。これにより、均一に照明することができる。
【００１９】
本発明の第１４の態様に係る照明方法は、レーザ光を二次元回折格子に入射させる工程と、前記二次元回折格子からの回折光を、入射光が全反射を繰り返しながら内部を伝播する導光部材に入射させる工程と、前記二次元回折格子からの回折光の前記導光部材の入射端面における入射位置を変化させながら、前記導光部材から出射された光によって照明する工程と、を備えるものである。これにより、スペックルノイズを低減することができ、かつ均一な照明を行うことができる
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、スペックルノイズを低減することができ、かつ均一な照明を行うことができる照明装置、及び照明方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について以下に図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。
【００２２】
発明の実施の形態１．
本実施の形態にかかる照明装置について図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態にかかる照明装置の構成を示す図である。本実施の形態にかかる照明装置は、試料を撮像する検査装置、プロジェクター、露光装置などの光学装置に用いられる。すなわち、本実施の形態にかかる照明装置は、面照明を行う装置に適用可能である。
【００２３】
本実施の形態にかかる照明装置は、レーザ光源１１と、ガルバノミラー１２と、二次元回折格子１３と、角ロッド１４とを備えている。レーザ光源１１は、コヒーレントなレーザ光を出射する。また、レーザ光源１１の波長は、照明する用途に応じて選択することができる。ここでは、レーザ光源１１が波長１９３ｎｍのレーザ光を出射するものとして説明する。もちろん、紫外光に限らず、可視光等を用いて照明してもよい。レーザ光源１１からはコリメートされたレーザ光が出射される。従って、レーザ光源１１からは平行な光束が出射される。レーザ光源１１からのレーザ光は、ガルバノミラー１２に入射する。ガルバノミラー１２は、入射したレーザ光を二次元回折格子１３の方向に反射する。また、ガルバノミラー１２は、駆動機構１２ａを有している。駆動機構１２ａは、一定の周期でガルバノミラー１２の反射面を変化させる。すなわち、ガルバノミラー１２は、一定の周期で反射面の角度が変化している。従って、レーザ光の反射方向が変化する。よって、レーザ光を微小に走査することができる。
【００２４】
ガルバノミラー１２で反射したレーザ光は、二次元回折格子１３に入射する。二次元回折格子１３には、所定の回折格子パターンが形成されている。二次元回折格子は透過型の回折格子である。従って、レーザ光が二次元回折格子１３に入射すると、入射面と反対側の面から回折光が出射される。回折光は一定の拡がりを持って出射される。二次元回折格子１３は１本のレーザビームから複数本の回折光を生成して、二次元のマルチスポットを形成する。すなわち、レーザ光は、二次元回折格子１３によって、複数本のマルチビームに変換される。そして、円形に配列されたマルチビームを二次元回折格子１３から出射させる。例えば、直径方向に最大１００点程度のマルチビームを配列する。二次元回折格子１３の設計としては、必要なＮＡと同じかそれよりもわずかに大きい回折角を有するようにする。なお、それぞれの光ビームは隣接する他の光ビームと一部が重なっていてもよい。なお、二次元回折格子１３に入射するマルチビームのパターンは円形に限られるものではない。
【００２５】
二次元回折格子１３から出射したマルチビームは、導光部材である角ロッド１４の端面に入射する。角ロッド１４に入射した入射光は、全反射を繰り返しながら角ロッド１４の内部を伝播する。そして、角ロッド１４の入射側の端面と反対側の端面から出射する。ここで、角ロッド１４のレーザ光が入射する面を入射端面として、レーザ光が出射する面を出射端面（射出端）とする。すなわち、二次元回折格子１３からの回折光は、角ロッド１４の入射端面から角ロッド１４内に入射する。そして、角ロッド１４の内部で全反射を繰り返しながら伝播して、角ロッド１４の出射端面から出射する。従って、角ロッド１４の内部において、入射された光ビームの空間的な光強度分布が均一化される。ここで角ロッド１４と二次元回折格子１３とは、二次元回折格子１３からのマルチビームが角ロッド１４に入射する程度の距離だけ離間して配置されてる。もちろん、マルチビームの全てが角ロッド１４に入射しなくてもよく、マルチビームの一部のみが角ロッド１４に入射するようにしてもよい。
【００２６】
ここで、角ロッド１４の構成について図２を用いて説明する。本実施の形態に係る照明装置に用いられる角ロッド１４の概略構成図を図２に示す。図２は、角ロッド１４の構成を示す斜視図である。角ロッド１４は、四角柱状の部材であり、光の伝播方向が長手方向となっている。角ロッド１４は、例えば、透明で屈折率が高い材質で形成されている。なお、角ロッド１４の材質は、周囲（例えば、空気）よりも屈折率が高いものであればよい。角ロッド１４に入射された光はその内部を伝播する。すなわち、入射光は角ロッド１４の側面で全反射して伝播する。この全反射によって、入射された回折光の光強度分布が均一化されていく。
【００２７】
例えば、角ロッド１４は、石英、フッ化物又は樹脂などで形成されている。角ロッド１４は矩形の断面形状を有している。従って、光強度分布が不均一な光を角ロッド１４に入射した場合においても、光強度分布が均一な光を角ロッド１４の出射端面から出射することができるからである。また、角ロッドがフッ化物を形成した場合、波長２００ｎｍ以下の遠紫外光を伝播させることができる。これは、フッ化物のバンドギャップエネルギーが非常に高いために、この波長領域における光においても吸収されることがないからである。
【００２８】
なお、フッ化物の具体的な組成としては、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化バリウム、フッ化バリウムリチウム、フッ化リチウムイットリウム、フッ化リチウムストロンチウムアルミニウム、フッ化リチウムカルシウムアルミニウム、フッ化リチウムストロンチウムガリウムなどが利用できる。
【００２９】
このような角ロッド１４を用いることによって、出射端面から空間的に均一な分布の光が出射される。すなわち、入射端面から入射した光は、角ロッド１４内で全反射を繰り返しながら、伝播していく。これにより、異なる入射位置であったマルチビームは角ロッド１４内部で混じり合う。さらに、マルチビームは一定の拡がりを持っているため、出射端面ではマルチビームが重なり合う。そして、二次元回折格子１３と角ロッド１４との距離を調整して、出射端面の光強度分布が均一になるようにする。これにより、入射端面で光強度分布が不均一であったとしても、出射端面では均一化される。このように、１本の角ロッド１４にマルチビームを入射させることによって、空間的な光強度分布の均一な光ビームを取り出すことができる。また、角ロッド１４の長さを長くすることによって、光強度分布をより均一化することができる。さらに、角ロッド１４を伝播した光を用いることによって、照明光の出射角度を制限することができる。すなわち、角ロッド１４と周囲との屈折率で決まる全反射の角度を超える角度では光が伝播されない。よって、角ロッドの中心軸に対して一定の角度以上傾いた光の通過が制限される。よって、照明光の角度分布を制限することができる。
【００３０】
さらに、本実施の形態では、上記のように、ガルバノミラー１２を用いて、レーザ光を微小に走査している。これにより、二次元回折格子１３におけるレーザ光の入射位置が変化する。従って、角ロッド１４の入射端面におけるマルチスポットの回折光の位置も変化する。すなわち、回折光の角ロッド１４の入射位置が時間に応じて変化する。ここで、ガルバノミラー１２による走査距離は、入射端面上において、１本の回折光のスポットが隣のスポットに移動する程度の距離でよい。従って、走査周期を高くすることができ、例えば、７．５ＫＨｚで走査することが可能となる。このように、一定の周期で回折光の入射位置を変化させることによって、入射端面上での回折光の入射位置が振動する。すなわち、本実施の形態では、二次元回折格子１３からの回折光の角ロッド１４の入射端面における入射位置を変化させながら、角ロッド１４から出射された光によって照明している。これにより、出射端面上での回折光の出射位置も変化する。よって、簡易な構成でスペックルノイズを低減することができる。
【００３１】
例えば、ＣＣＤカメラなどの撮像素子を用いた検査装置の場合、ガルバノミラー１２の走査周期は、ＣＣＤカメラのフレーム周期以上にすればよい。従って、ガルバノミラー１２は、例えば、１０Ｈｚ以上とすることができる。さらには、ＣＣＤカメラの積分時間の整数分の１の周期で、走査することが好ましい。これにより、それぞれのフレームにおいて、同じ光強度で照明される。本実施の形態にかかる照明装置を用いて照明を行うことによって均一な照明が可能となる。具体的には、角ロッド１４の出射端面を試料面と、共役な位置に配置する。これにより、均一な面照明を行うことができる。このように、角ロッド１４の出射端面を像面と共役な位置に配置する。また、瞳上の照明光のパターンを二次元回折格子１３のファーフィールドパターンと一致させる。すなわち、瞳と共役な位置を二次元回折格子１３のファーフィールドとする。
【００３２】
さらに、本実施の形態において、図３に示すように二次元回折格子１３と角ロッド１４とを一体的に形成してもよい。すなわち、二次元回折格子１３を角ロッド１４の入射端面に形成する。これにより、部品点数を削減することができる。例えば、射出成形によって二次元回折格子１３と角ロッド１４を一体的に形成することができる。この場合、二次元回折格子１３と角ロッド１４は、適当な屈折率を有するプラスチックによって形成される。これにより、部品コストを低減することができる。さらに、二次元回折格子１３から出射されるマルチビームの全てを角ロッド１４に入射させることができるため、光のロスを低減することができる。
【００３３】
発明の実施の形態２．
本実施の形態にかかる照明装置について図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態にかかる照明装置の構成を示す図である。本実施の形態では、実施の形態１の二次元回折格子１３の代わりに、反射型二次元回折格子１５を用いている。さらに、ガルバノミラー１２による走査の代わりに、反射型二次元回折格子１５の角度を走査している。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３４】
図４に示すように、本実施の形態では、レーザ光源１１からのレーザ光は、反射型二次元回折格子１５に入射する。反射型二次元回折格子１５は、入射光を反射するとともに、マルチビームを生成する。すなわち、１本のレーザ光からマルチスポットの回折光が生成される。この反射型二次元回折格子１５で反射されたマルチビームは、角ロッド１４に入射する。角ロッド１４は、実施の形態１で説明したものと同様のものである。従って、角ロッド１４から出射される光ビームは、実施の形態１と同様に均一化されている。
【００３５】
ここで、反射型二次元回折格子１５には、駆動機構１５ａが設けられている。この駆動機構１５ａは、レーザ光に対する反射型二次元回折格子１５の角度を変化させる。すなわち、駆動機構１５ａを駆動することによって、反射型二次元回折格子１５に対するレーザ光の入射角が時間に応じて変化する。この駆動機構１５ａを一定の周期で駆動することによって、反射型二次元回折格子の角度を振動させることができる。よって、マルチビームの角ロッド１４の入射端面における入射位置が時間に応じて変化する。この二次元回折格子の角度を実施の形態１のガルバノミラー１２と同様に駆動すれば、簡便にスペックルノイズを低減することができる。よって、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００３６】
発明の実施の形態３．
本実施の形態にかかる照明装置について図５を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態１のガルバノミラー１２の代わりに、透明板１６が設けられている。透明板１６は、例えば、透明なガラス板から構成されている。この透明板１６は駆動機構１６ａを有している。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
【００３７】
図５に示すように、レーザ光源１１からのレーザ光は、二次元回折格子１３に入射する。二次元回折格子１３は、実施の形態１と同様に、透過型の二次元回折格子１３である。二次元回折格子１３からのマルチビームは、透明板１６に入射する。この透明板１６を透過したマルチビームは、角ロッド１４に入射する。これにより、光強度分布が均一化される。なお、レーザ光源１１の光軸と、角ロッド１４との中心軸は一致している。
【００３８】
さらに、透明板１６は、駆動機構１６ａに取り付けられている。透明板１６は、駆動機構１６ａによって、その角度が変化する。従って、マルチビームは、透明板１６によって、屈折する。そして、透明板１６の角度に応じて、マルチビームの屈折角度が変化する。従って、回折光の光軸が変化する。すなわち、駆動機構１６ａを駆動させると、透明板１６に対するレーザ光の入射角が変化する。よって、マルチビームが走査され、角ロッド１４の入射端面におけるマルチビームの入射位置が時間に応じて変化する。これにより、スペックルノイズを低減することができる。よって、実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。なお、透明板１６は、角ロッド１４と二次元回折格子１３のの間に限らず、レーザ光源１１と二次元回折格子１３との間に配置してもよい。
【００３９】
発明の実施の形態４．
本実施の形態にかかる照明装置について図６を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態１の二次元回折格子１３の代わりに、回転可能に設けられた二次元回折格子１７が設けられている。この二次元回折格子１７は駆動機構１７ａによって、回転する。すなわち、本実施の形態では、ガルバノミラー１２による走査の代わりに、二次元回折格子１７を回転させている。
【００４０】
図６に示すように、レーザ光源１１からのレーザ光は、二次元回折格子１７に入射する。二次元回折格子１７は、上記のようにマルチビームを生成する。このマルチビームは、角ロッド１４の入射端面に入射する。なお、レーザ光源１１の光軸と、角ロッド１４との中心軸は一致している。ここで、二次元回折格子１７は円板状に設けられている。そして、二次元回折格子１７の中心は、レーザ光の入射位置からずれて配置されている。さらに、二次元回折格子１７には、駆動機構１７ａが取り付けられている。この駆動機構１７ａは、二次元回折格子１７の中心を回転軸として回転させる。従って、駆動機構１７ａによって二次元回折格子を回転させると、二次元回折格子の異なる位置にレーザ光が入射する。すなわち、レーザ光は、二次元回折格子１７において回転角度に応じた位置に入射する。
【００４１】
ここで、二次元回折格子１７には所定の回折格子パターンが形成されている。この回折格子パターンによって、回折光の回折角が決定する。すなわち、レーザ光が入射した位置における回折格子パターンによって、回折光の出射角が変化する。上記のように二次元回折格子を回転させると、レーザ光は、二次元回折格子１７の回折格子パターンの異なる位置に入射する。よって、回転角度に応じて回折角が変化する。すなわち、二次元回折格子１７から出射されるマルチスポットのパターンの位置が時間に応じて変化する。これにより、角ロッド１４の入射端面におけるマルチビームの入射位置を変化させることができる。従って、簡便にスペックルノイズを低減することができる。よって、上記の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
一般的な面照明を行う場合、瞳の大きさ以下の円形で照明するように、二次元回折格子の回折格子パターンを設計する。その円形の大きさは、部分コヒーレントファクタ（シグマ）に合わせるものとする。すなわち、回折光のマルチビームのパターンが円形に配置されるように、二次元回折格子の回折光の回折角等を設計する。そして、円形のパターンを部分コヒーレンスファクタに合わせた大きさとする。
【００４３】
さらに、二次元回折格子１７の回折格子パターンを変形させて、変形照明を行なうことも可能である。この変形照明について図７を用いて説明する。図７は、二次元回折格子のファーフィールドパターンを示す図である。ここでは、通常の円形で照明するパターンと３種類の変形照明のパターン例がそれぞれ示されている。図７（ａ）に示すように、二次元回折格子の回折格子パターンによって、円形の照明パターンを形成することができる。この円形の照明パターンは、マルチビームによって形成される。例えば、隣接する光ビームを所定のピッチで配置して、直径方向に１００点程度の光ビームを配列する。そして、最も外側の光ビームを同一円周上に配置する。これにより、図７（ａ）に示す円形の照明パターンを形成することができる。
【００４４】
図７（ｂ）に示すように、二次元回折格子の回折格子パターンによって輪帯照明のパターンを形成することも可能である。また、図７（ｃ）に示すように四重極照明のパターンを形成することも可能である。さらに、反射型対物レンズや、カタディオプトリック系の対物レンズを用いる場合、図７（ｄ）に示すように、瞳中央部のオブスキュレーションに合わせた照明とすることが可能である。図７（ｄ）では、瞳中央部のオブスキュレーションに合わせて、リング状のパターンを形成している。このように、瞳上の照明パターンを任意の形状にすることができる。これにより、光源からの光を効率的に使用することができる。すなわち、開口絞りで絞られる光に基づく光の損失を減少させることができる。
【００４５】
そして、図７（ｂ）〜図７（ｄ）に示すパターンを角ロッド１４の入射端面に入射させる。このようなパターンを形成するためには、０次の回折光を弱くして、高次の回折光を強くする。すなわち、０次の回折光よりも高次の回折光を強くする。これにより、角ロッドの中心軸と平行に伝播する光を減らして、中心軸に対して傾いた光を増やすことができる。このように、二次元回折格子の設計パターンを変えることによって、照明光の角度分布を制御することができる。このような変形照明を用いることによって、照明光学系のＮＡ（開口数）を大きくすることができる。よって、微細パターンを形成するための露光装置等の解像度を向上することができる。なお、露光装置の場合、角ロッド１４の出射端面を、レチクルやフォトマスクと共役な位置に配置する。上記のように、二次元回折格子の回折格子パターンを変形することで、図７（ｂ）、（ｄ）に示すようにリング状の照明パターンを形成したり、図７（ｃ）に示すように四重極照明のパターンを形成することができる。よって、露光装置等の解像度を向上することができる。
【００４６】
発明の実施の形態５．
本実施の形態にかかる照明装置について図８を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態１のガルバノミラーの代わりに、回転可能に設けられた拡散板１８が設けられている。この拡散板１８は駆動機構１８ａによって、回転する。すなわち、本実施の形態では、ガルバノミラー１２による走査の代わりに、拡散板１８を回転させている。
【００４７】
レーザ光源１１からのレーザ光は、二次元回折格子１３に入射する。この二次元回折格子１３は、実施の形態１と同様に、透過型の二次元回折格子１３である。従って、二次元回折格子１３からは、複数の回折光が出射される。すなわち、回折光のマルチビームが生成される。二次元回折格子１３のマルチビームは、拡散板１８に入射する。拡散板１８は、入射光を拡散させる。すなわち、拡散板１８によって回折光のマルチビームが拡散される。すなわち、回折光は、拡散板１８内の屈折率の違いによって屈折されて、拡散される。この拡散板１８で拡散されたマルチビームは、角ロッド１４に入射する。これにより、光強度分布が均一化される。
【００４８】
さらに拡散板１８には、駆動機構１８ａが設けられている。この駆動機構１８ａは拡散板１８を回転させる。さらに、円板状の拡散板１８の中心は、レーザ光の入射位置からずれて配置されている。従って、駆動機構１８ａにより拡散板１８を回転させると、回折光が拡散板１８の異なる位置に入射する。ここで、回折光が拡散板の異なる位置に入射した場合、回折光の出射角度が微小に変化する。従って、角ロッド１４の入射端面におけるマルチビームの入射位置が時間に応じて変化する。これにより、スペックルノイズを低減することができる。なお、拡散板１８は、角ロッド１４と二次元回折格子１３のの間に限らず、レーザ光源１１と二次元回折格子１３との間に配置してもよい。
【００４９】
発明の実施の形態６．
本実施の形態にかかる照明装置について図９を用いて説明する。本実施の形態では、実施の形態４にかかる照明装置の駆動機構１７ａを変形したものである。従って、駆動機構１７ａ以外の構成については、上述の実施の形態と同様であるため説明を省略する。
【００５０】
本実施の形態では、駆動機構１７ａとして、回転軸が中空の中空モータを用いている。そして、中空モータの中空部分にレーザ光を入射させている。さらに、この中空部分には、二次元回折格子１７が配置されている。従って、中空モータの中空部分を通過したレーザ光が二次元回折格子１７に入射する。よって、レーザ光をロスなく、二次元回折格子１７に入射させることができる。中空モータは、例えば、１８００ｒｐｍ以上で二次元回折格子１７を回転させる。
【００５１】
駆動機構１７ａに中空モータを用いることによって、二次元回折格子１７を小型化することができる。例えば、円板状の二次元回折格子１７の中心を中空モータの回転軸と近づける。もちろん、円板状の二次元回折格子１７の中心を中空モータの回転軸と一致させてもよい。これにより、レーザ光が、二次元回折格子１７の中心付近に入射する。よって、実施の形態４の構成と比べて、二次元回折格子１７を小さくすることができる。すなわち、レーザ光のスポットよりも若干大きい二次元回折格子１７を用いれば、レーザ光が二次元回折格子１７からはみ出ることがない。このため、回折格子パターンを形成する面積をレーザ光のスポットと同程度まで小さくすることができる。よって、部品コストを低減することができる。
【００５２】
実施の形態１〜６のいずれかに示した照明装置を検査装置に用いた例について図１０を用いて説明する。図１０はマスク検査装置１００の構成を示す概略構成図である。マスク検査装置１００は、照明装置１１０と欠陥検査部１２０を有している。照明装置１１０から出射された光は欠陥検査部１２０に入射され、フォトマスク上の欠陥検査に用いられる。
【００５３】
また、欠陥検査部１２０は、レンズ１２１、対物レンズ１２２、ビームスプリッタ１２３、レンズ１２４、二次元光検出器１２５を有している。レンズ１２１は、照明装置１１０から出射された光を平行光に変換している。レンズ１２１によって平行光に変換された光は、ビームスプリッタ１２３に入射し、対物レンズ１２２側に反射される。この反射した光は、対物レンズ１２２によってフォトマスク１３０上に集光される。すなわち、レンズ１２１と対物レンズ１２２とで投影光学系が形成されており、照明装置１１０に設けられた角ロッド１４の出射端面がフォトマスク１３０上に投影されるようになっている。これにより、フォトマスク１３０上においては、均一な光強度分布のレーザ光が照射されるようになっている。このように、照明装置１１０に角ロッド１４の出射端面は、視野と共役な位置に配置されている。すなわち、角ロッド１４の出射端面を像面と共役な位置に配置する。また、瞳上の照明光のパターンを二次元回折格子のファーフィールドパターンと一致させる。すなわち、瞳と共役な位置を二次元回折格子のファーフィールドとする。
【００５４】
フォトマスク１３０を反射した光は、レーザ光が照射された部分のパターン情報を含んで反射し対物レンズ１２２を透過する。対物レンズ１２２によって平行光に変換された光はビームスプリッタ１２３を透過する。ビームスプリッタ１２３を透過した光は、レンズ１２４によって二次元光検出器１２５に集光される。すなわち、対物レンズ１２２とレンズ１２４とでは投影光学系が形成されており、フォトマスク１３０上のパターンが二次元光検出器１２５に投影され、画像データとして取得される。この二次元光検出器１２５はＣＣＤ（電荷転送デバイス：Ｃｈａｒｇｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）でもＴＤＩ（厳密にはＴＤＩ動作をするＣＣＤのことであり、ＴＤＩとはＴｉｍｅ  Ｄｅｌａｙ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎの頭文字である。以下、単にＴＤＩと呼ぶ。）でも良い。このように、均一な光強度分布を有するレーザ光をフォトマスク１３０に照射してマスク検査が行われるために、高感度のマスク検査を行うことができる。このように、マスク検査装置１００に、上記の実施の形態にかかる照明装置１１０を用いることによって、均一に照明することができる。さらに、スペックルノイズを低減することができるため、より正確に検査を行うことができる。
【００５５】
なお、上記の照明装置は、検査装置、露光装置、プロジェクターなどの光学装置に用いることが可能である。例えば、画像表示用のプロジェクターに、照明装置１１０を用いることも可能である。この場合、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）のうちの１つ以上の照明光に対して、照明装置１１０からの照明光を用いることが可能である。具体的には、高いレーザ光強度を得ることができるＲについては、照明装置１１０からの照明光を用い、Ｇ，及びＢについては、従来のランプ光源からの光を照明光として用いることができる。この場合、レーザ光源１１に赤色の光を出射するレーザ光を用いる。
【００５６】
さらに、照明光を均一にする導光部材は、上記の角ロッド１４に限られるものではない。内部で光が全反射を繰り返しながら伝播するものであればよい。例えば、露光装置に用いられるロッド型のインテグレータを用いることも可能である。また、実施の形態１〜６を、適宜組み合わせて利用することも可能である。なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００５７】
実施例
実施例にかかる照明装置について図１１を用いて説明する。図１１は、実施の形態６で示した照明装置の例を示している。すなわち、本実施例は、二次元回折格子１７を中空モータで回転させている。なお、図１１では、駆動機構１７ａについて省略して図示している。レーザ光源１１には波長可変型のレーザ光源を用い、ここでは５３２ｎｍのレーザ光を出射させた。二次元回折格子１７の大きさは例えば、９ｍｍ□程度である。さらに、本実施例では、二次元回折格子１７と角ロッド１４との間に、レンズ２１とレンズ２２とを配置している。レンズ２１は、ｆ＝７０ｍｍであり、レンズ２２はｆ＝４７ｍｍである。これにより、レーザ光を角ロッド１４に入射させることができる。そして、角ロッド１４からの出射光はレンズ２３を介して、カメラ２４で受光される。カメラ２４は、例えば、ＣＣＤカメラなどの二次元光検出器である。レンズ２３はｆ＝５０ｍｍである。このレンズ２３がカメラ２４の受光面に角ロッド１４の出射端面の像を結像する。
【００５８】
ここで、カメラ２４で撮像された角ロッドの出射端面の像を図１２に示す。図１２（ａ）は、比較例として、二次元回折格子１７を回転させていないときの像を示している。図１２（ｂ）は二次元回折格子１７を回転させているときの像を示している。ここでは、二次元回折格子１７を３０００ｒｐｍで回転させる。図１２（ａ）に示すように、二次元回折格子１７を回転させずに固定した場合、スペックルが現れる。すなわち、撮像された角ロッド１４の出射端面に斑点が現れてしまう。一方、図１２（ｂ）に示すように、二次元回折格子１７を回転させることによって、スペックルが除去されている。このように、上記の照明装置によって、均一な照明を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる照明装置の構成を示す図である。
【図２】本発明にかかる照明装置に用いられる角ロッドの構成を示す図である。
【図３】本発明にかかる照明装置に用いられる角ロッドの変形例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる照明装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかる照明装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態４にかかる照明装置の構成を示す図である。
【図７】実施の形態４にかかる照明装置での変形照明のパターンを示す図である。
【図８】本発明の実施の形態５にかかる照明装置の構成を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態６にかかる照明装置の構成を示す側面図である。
【図１０】本発明にかかる照明装置を用いてマスク検査装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施例にかかる照明装置の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施例にかかる照明装置によって撮像された像を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１１  レーザ光源、１２  ガルバノミラー、１２ａ  駆動機構、１３  二次元回折格子、
１４  角ロッド、１５  反射型二次元回折格子  、１５ａ  駆動機構、１６  透明板、
１６ａ  駆動機構、１７  二次元回折格子、１７ａ  駆動機構、１８  拡散板、
２１  レンズ、２２  レンズ、２３  レンズ、２４  カメラ
１８ａ  駆動機構、１００  マスク検査装置、１１０  照明装置、
１２０  欠陥検査部、１２１  レンズ、
１２２  対物レンズ、１２３  ビームスプリッタ  １２４  レンズ、
１３０  フォトマスク、１２５  二次元光検出器  
【図１】
2008152116.tif 000003
【図２】
2008152116.tif 000004
【図３】
2008152116.tif 000005
【図４】
2008152116.tif 000006
【図５】
2008152116.tif 000007
【図６】
2008152116.tif 000008
【図７】
2008152116.tif 000009
【図８】
2008152116.tif 000010
【図９】
2008152116.tif 000011
【図１０】
2008152116.tif 000012
【図１１】
2008152116.tif 000013
【図１２】
2008152116.tif 000014