(57)【要約】【課題】  蛍光灯の複数の輝線スペクトルのような特殊な照明条件であっても、通常の照明条件と同様の手間で簡単に設定することができ、受光素子の検査時間の短縮に寄与できる照明光学装置を提供する。【解決手段】  光源１１と、光源からの照明光を検査対象の受光素子に照射する照明光学系(１２〜１６)と、照明光学系の瞳面近傍に配置され、分光特性の異なる複数の領域を有する光学部材２０とを備える。【選択図】      図１
2005351638.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源からの照明光を検査対象の受光素子に照射する照明光学系と、
前記照明光学系の瞳面近傍に配置され、分光特性の異なる複数の領域を有する光学部材とを備えた
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、
前記照明光学系は、オプティカルインテグレータを含み、該オプティカルインテグレータよりも前記光源側に瞳面を有し、
前記光学部材は、前記照明光学系の前記光源側の瞳面近傍に配置される
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、検査対象の受光素子に所定の分光スペクトルの照明光を照射する照明光学装置に関し、特に、ＣＣＤ撮像素子などの写真撮影用の受光素子を検査対象とする場合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ＣＣＤ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を照明する装置において、照明光の分光スペクトルの設定は、透過特性が全面で均一な光学フィルタを照明光路の任意の箇所に配置することにより行うのが一般的である（例えば特許文献１を参照）。そして、透過特性の異なる光学フィルタに入れ換えることで、照明光の分光スペクトル（照明条件）を切り換えている。光学フィルタの透過特性に応じて設定可能な照明条件には、加色法の三原色の各色（ＲＧＢ）などがある。
【０００３】
また、蛍光灯の複数の輝線スペクトル（図４参照）のような特殊な照明条件に対する受光素子の応答を検査する場合には、同様の光学フィルタ（透過特性が全面で均一）によって複数の輝線スペクトルを再現することが難しいため、光学フィルタを用いるのではなく、別光路に配置された実際の蛍光灯光源からの照明光を受光素子に導いている。
【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】
【０００４】
しかしながら、光学フィルタ（透過特性が全面で均一）を用いた通常の照明条件での検査から、蛍光灯光源を用いた特殊な照明条件での検査に切り換えるためには、照明光路を切り換える必要があり、例えば切換用ミラーを光路に挿入(または光路から退避)させなければならない。また、蛍光灯光源を検査前に点灯させる必要もある。このため、照明光路の切り換えや蛍光灯光源の点灯に要する時間の分だけ、検査時間が余計に掛かってしまうという問題があった。なお、検査時間を少しでも短縮するため、蛍光灯光源を常時点灯させることも考えられるが、多数の検査項目のうち１つのために常時点灯させておくのは非効率的であり、好ましくない。
【０００５】
本発明の目的は、蛍光灯の複数の輝線スペクトルのような特殊な照明条件であっても、通常の照明条件と同様の手間で簡単に設定することができ、受光素子の検査時間の短縮に寄与できる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】
【０００６】
請求項１に記載の照明光学装置は、光源と、前記光源からの照明光を検査対象の受光素子に照射する照明光学系と、前記照明光学系の瞳面近傍に配置され、分光特性の異なる複数の領域を有する光学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、前記照明光学系は、オプティカルインテグレータを含み、該オプティカルインテグレータよりも前記光源側に瞳面を有し、前記光学部材は、前記照明光学系の前記光源側の瞳面近傍に配置されるものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の照明光学装置によれば、蛍光灯の複数の輝線スペクトルのような特殊な照明条件であっても、通常の照明条件と同様の手間で簡単に設定することができ、受光素子の検査時間の短縮に寄与できる。
【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。
ここでは、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの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撮像素子を検査する装置に組み込まれた例で、本実施形態の照明光学装置１０（図１）の説明を行う。ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子は、写真撮影用の受光素子である。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る。
【０００９】
このような検査を行う装置には、図１に示す本実施形態の照明光学装置１０の他に、不図示のプローバーと信号処理装置が設けられる。プローバーは、ウエハ上の撮像素子の回路の電極に、電気端子である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、プローブを介してウエハ上の撮像素子への電力の供給や撮像素子との信号の授受を行い、撮像素子の出力信号が適正か否か（つまり撮像素子の良否）を判定する装置である。
【００１０】
本実施形態の照明光学装置１０は、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、被照射面１０ａの比較的広い範囲（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。被照射面１０ａには、検査対象の撮像素子の撮像面が配置される。
照明光学装置１０は、図１に示す通り、光源１１と、照明光学系(１２〜１６)と、条件設定部(１７〜２０)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光源（例えばハロゲンランプやキセノンランプなど）である。照明光学系(１２〜１６)は、コレクタレンズ１２と、リレーレンズ１３と、インテグレータロッド１４と、フライアイレンズ１５と、コンデンサレンズ１６とで構成される。
【００１１】
照明光学系(１２〜１６)において、光源１１から出射した照明光は、コレクタレンズ１２を介して集光され、後述の光学フィルタ（例えば光学フィルタ２０）を透過した後、リレーレンズ１３によりインテグレータロッド１４に導かれる。インテグレータロッド１４の光入射面１４ａには、光源１１の像が形成される。
インテグレータロッド１４の光入射面１４ａに対して斜めに入射した照明光は、その内壁面で反射して光出射面１４ｂに導かれる。光出射面１４ｂでは、これら内壁面で反射された照明光が重なり合って、光量分布が均一化される。インテグレータロッド１４の光出射面１４ｂは、被照射面１０ａと共役である。また、この光出射面１４ｂの近傍には、フライアイレンズ１５の光入射面１５ａが配置される。
【００１２】
インテグレータロッド１４の光出射面１４ｂからの均一な照明光は、フライアイレンズ１５によって分割され、各レンズ素子ごとに集光作用を受け、光出射面１５ｂに複数（レンズ素子と同数）の光源像を形成する。フライアイレンズ１５の光出射面１５ｂは、コンデンサレンズ１６の瞳面近傍に位置する。
その後、フライアイレンズ１５の光出射面１５ｂからの照明光は、コンデンサレンズ１６によって集光され、被照射面１０ａに入射する。このとき、フライアイレンズ１５の光出射面１５ｂにおける複数の光源像は、コンデンサレンズ１６を介して被照射面１０ａに重畳的に投影される。
【００１３】
このように、照明光学系(１２〜１６)では、インテグレータロッド１４とフライアイレンズ１５とを設け、照明光の平均化を繰り返すことにより、被照射面１０ａにおける高い照度均一性を得ることができる。被照射面１０ａにおける光像（つまり照明エリア）の光量分布は、インテグレータロッド１４の光出射面１４ｂにおける光量分布と比較して、さらに均一化されている（例えば±１.５％以下）。このため、照明光学系(１２〜１６)を用いることにより、均一な照明光を検査対象の撮像素子に照射することができる。なお、インテグレータロッド１４とフライアイレンズ１５とは、総じてオプティカルインテグレータ（照明均一化手段）に対応する。
【００１４】
また、照明光学系(１２〜１６)では、コンデンサレンズ１６の前側焦点面に、フライアイレンズ１５の光出射面１５ｂ（複数の光源像）が位置し、コンデンサレンズ１６の後側焦点面に、被照射面１０ａ（検査対象の撮像素子）が位置する。このため、テレセントリック照明が実現する。
次に、条件設定部(１７〜２０)の説明を行う。
【００１５】
条件設定部(１７〜２０)は、ターレットと呼ばれる回転可能な円板１７と、円板１７を回転駆動するモータ１８と、円板１７に固定された多数の光学フィルタ１９,２０,…とで構成される。図１には２枚の光学フィルタ１９,２０のみ図示したが、実際には他の光学フィルタ(不図示)も円板１７に固定されている。
また、光学フィルタ１９,２０,…は、上記したコンデンサレンズ１６の瞳面（フライアイレンズ１５の光出射面１５ｂ）に共役な面の近傍、つまり、照明光学系(１２〜１６)の瞳面近傍に配置される。さらに、光学フィルタ１９,２０,…は、オプティカルインテグレータ（１４,１５）よりも光源１１側の瞳面近傍に配置されている。瞳面は、照明光学系(１２〜１６)の光軸１０ｂに垂直な面である。ちなみに、光学フィルタ１９,２０,…は、被照射面１０ａとは非共役である。
【００１６】
光学フィルタ１９,２０,…が照明光学系(１２〜１６)の瞳面近傍に配置されるため、フィルタ面上の各点を通過した照明光（図１の実線参照）は、上記のリレーレンズ１３とインテグレータロッド１４とフライアイレンズ１５とコンデンサレンズ１６とを介した後、それぞれ被照射面１０ａの全域に重ね合わされた状態で入射する。被照射面１０ａに入射する照明光の分光スペクトル（照明条件）は、光学フィルタ１９,２０,…の透過特性（後述）に応じて決まる。
【００１７】
そして、条件設定部(１７〜２０)のモータ１８によって円板１７を回転させ、光学フィルタ１９,２０,…のうち透過特性の異なる光学フィルタに入れ換えることで、被照射面１０ａにおける照明光の分光スペクトル（照明条件）を簡単に切り換えることができる。光学フィルタの入れ換えは、撮像素子の検査項目に応じて行われる。
次に、条件設定部(１７〜２０)の円板１７に固定された光学フィルタ１９,２０,…の透過特性について説明する。ちなみに、透過特性とは、透過率の分光特性に対応する。
【００１８】
光学フィルタ１９,２０,…のうち、図示した一方の光学フィルタ１９と、図示省略した他の光学フィルタは、透過特性が全面で均一な構成となっている。これらの光学フィルタ１９,…は、通常の照明条件（例えば加色法の三原色の各色（ＲＧＢ）など）の設定に用いられる。この場合、光学フィルタ１９,…は、一般に、透過特性がブロードな１つのピークを有するものとなり、色ガラスや誘電体膜などで安価に作製可能である。
【００１９】
これに対し、図示した他方の光学フィルタ２０は、蛍光灯の複数の輝線スペクトル（図４参照）のような特殊な照明条件の設定に用いられる。そのため、光学フィルタ２０は、透過特性が全面で不均一な構成（次に説明）となっている。光学フィルタ２０は、請求項の「光学部材」に対応する。
光学フィルタ２０は、図２(ａ)に示す通り、３つの放射状の領域２１〜２３に分割されている。そして、３つの領域２１〜２３には、それぞれ透過特性の異なる干渉膜が形成されている（干渉フィルタ）。３つの領域２１〜２３の干渉膜の透過特性を図２(ｂ)〜(ｄ)に示す。図２(ｂ)〜(ｄ)の横軸は波長、縦軸は透過率を表す。
【００２０】
図２(ｂ)の透過特性は、領域２１に対応し、シャープな１つのピーク（波長λ21）を有する。図２(ｃ)の透過特性は、領域２２に対応し、シャープな１つのピーク（波長λ22）を有する。図２(ｄ)の透過特性は、領域２３に対応し、シャープな１つのピーク（波長λ23）を有する。
このように光学フィルタ２０の透過特性は領域２１〜２３によって異なるが、光学フィルタ２０を照明光学系(１２〜１６)の瞳面近傍に配置する（つまり被照射面１０ａとは非共役な面に配置する）ため、瞳面上の点を透過した光は被照射面１０ａの全体に照射され、光学フィルタ２０の透過特性の不均一性が被照射面１０ａに反映されることはない。
【００２１】
光学フィルタ２０の領域２１〜２３を通過した照明光（図１の実線参照）は、上記のリレーレンズ１３とインテグレータロッド１４とフライアイレンズ１５とコンデンサレンズ１６とを介した後、それぞれ被照射面１０ａの全域に重ね合わされた状態で入射する。したがって、被照射面１０ａに入射する照明光の分光スペクトルは、図３に示す通り、光学フィルタ２０の領域２１〜２３の透過特性（図２(ｂ)〜(ｄ)参照）に応じて、３つのピーク（波長λ21,λ22,λ23）を有することになる。
【００２２】
ここで、光学フィルタ２０における領域分割の数（図２では３個）と、各領域２１〜２３の透過率ピークの波長λ21,λ22,λ23と、有効範囲（照明光の通過範囲）における領域２１〜２３の面積比は、図４に示す蛍光灯の分光スペクトルのうち、主な輝線スペクトルに合わせて設計すればよい。
光学フィルタ２０では、蛍光灯の３つの輝線スペクトル（光強度０.５以上）に注目し、領域分割の数を３個とした。また、蛍光灯の１つの輝線スペクトルを光学フィルタ２０の１つの領域に割り当て、その輝線スペクトルの波長に応じて領域に形成すべき干渉膜の設計を行う。１つのシャープなピークを有する干渉膜の設計は容易である。光学フィルタ２０では、３つの領域２１〜２３の各々に、１つのピークを有する干渉膜を形成するため、難度の高い膜設計が不要となり、安価に作製可能である。
【００２３】
さらに、光学フィルタ２０では、各領域２１〜２３の干渉膜の透過率を考慮し、蛍光灯の主な３つの輝線スペクトル(図４)の光強度比に応じて、有効範囲（照明光の通過範囲）における領域２１〜２３の面積比を定めている。干渉膜の透過率そのものを制御することは難しいが、面積比を制御することにより、被照射面１０ａにおける照明光の分光スペクトル（図３）のうち、３つのピーク（波長λ21,λ22,λ23）の光強度比を簡単に調整することができる。
【００２４】
このようにして(1)領域分割の数と(2)透過率ピークの波長と(3)領域の面積比とが設計された光学フィルタ２０を条件設定部(１７〜２０)の円板１７に固定し、円板１７をモータ１８によって回転させ、光学フィルタ２０を照明光学系(１２〜１６)の瞳面近傍に配置することで、被照射面１０ａにおける照明光の分光スペクトル（図３）を得ることができる。つまり、蛍光灯の主な３つの輝線スペクトル（図４）を簡単に再現できる。そして、蛍光灯の擬似的な輝線スペクトル（図３）の照明光を被照射面１０ａの撮像素子に照射し、この特殊な照明条件下での検査を行うことができる。
【００２５】
したがって、本実施形態の照明光学装置１０によれば、蛍光灯の輝線スペクトルのような特殊な照明条件であっても、蛍光灯光源を別途設けることなく、通常の照明条件と同様の手間で（つまり円板１７を回転させて光学フィルタを入れ換えるだけで）簡単に設定することができる。このため、通常の照明条件の検査から特殊な照明条件の検査への切り換えに余計な時間が掛かることもなく、撮像素子の検査時間の短縮に寄与できる。
【００２６】
また、本実施形態の照明光学装置１０では、オプティカルインテグレータ（１４,１５）よりも光源１１側の瞳面近傍に光学フィルタ２０を配置したことにより、光学フィルタ２０における領域分割（透過特性の不均一性）の影響を確実に低減し、被照射面１０ａにおける照明光の分光スペクトル（図３）の均一性を高めることができる。
（変形例）
なお、上記した実施形態では、光学フィルタ２０によって蛍光灯の３つの輝線スペクトル（図４）を再現する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。再現すべき輝線スペクトルの数や位置（波長）は、必要な検査項目に応じて任意に選択すればよい。
【００２７】
さらに、上記した実施形態では、光学フィルタ２０によって蛍光灯の輝線スペクトルを再現する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、例えば水銀灯やメタルハライドランプなどの放電光源による輝線スペクトルを再現する場合にも、本発明を適用できる。また、輝線スペクトルに限らず、減色法の三原色の各色（ＣＭＹ）のうちシアンやマゼンダの分光スペクトル（複数のバンド部分に分かれている分光スペクトル）を再現する場合にも、本発明を適用できる。
【００２８】
また、上記した実施形態では、光学フィルタ２０を干渉フィルタによって構成する例で説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、誘電体薄膜フィルタや色ガラスフィルタを用いてもよい。この場合、各領域の面積比に加え、各領域の透過率に応じて、照明光の分光スペクトル（図３参照）の光強度分布を調整可能となる。
さらに、誘電体薄膜フィルタや色ガラスフィルタは、干渉フィルタに比べてブロードな透過特性を持つため、蛍光灯の分光スペクトルのうちブロードな部分の再現や、シアンやマゼンダの分光スペクトルの再現に好適である。検査項目に応じて、干渉フィルタと誘電体薄膜フィルタと色ガラスフィルタのうち何れか１種類を採用し、または、少なくとも２種類を組み合わせて、必要な分光スペクトルを再現すればよい。
【００２９】
また、上記した実施形態では、インテグレータロッド１４とフライアイレンズ１５とを組み合わせた照明光学装置１０の例を説明したが、本発明はこれに限定されない。インテグレータロッドとフライアイレンズとの各々を単独で用いる場合にも、本発明を適用できる。フライアイレンズのみを用いる場合には２段構成とすることが好ましい。ただし、フライアイレンズを１段構成としても構わない。さらに、インテグレータロッドとフライアイレンズとの双方（つまりオプティカルインテグレータ）を省略した場合にも本発明を適用できる。
【００３０】
また、上記した実施形態では、光学フィルタ２０をコンデンサレンズ１６の瞳面（フライアイレンズ１５の光出射面１５ｂ）に共役な面の近傍に配置したが、本発明はこれに限定されない。コンデンサレンズ１６の瞳面（フライアイレンズ１５の光出射面１５ｂ）の近傍に配置した場合にも、本発明を適用できる。少なくとも、上記のようにオプティカルインテグレータを省略する場合、光学フィルタ２０は、コンデンサレンズ１６の瞳面（光出射面１５ｂ）の近傍に配置される。コンデンサレンズ１６の瞳面（光出射面１５ｂ）も、照明光学系の瞳面に相当する。
【００３１】
さらに、上記した実施形態では、光学フィルタ２０の領域分割を放射状に行ったが、本発明はこれに限定されない。有効範囲内での各領域の面積比さえ維持できれば、領域分割の形状は何でも構わない。また、所望の透過特性の領域どうしが離れていても構わない。同じ透過特性の領域を複数の箇所に分散させしても構わない。例えば、照明光学系のオプティカルインテグレータによる均一化が十分でない場合や、オプティカルインテグレータを省略する場合には、フィルタ面内での領域分割をランダムなパターンにすることで、照度均一性を向上させることができる。
【００３２】
また、上記した実施形態では、透過特性の異なる複数の領域を有する透過型の光学部材（つまり光学フィルタ２０）を例に説明したが、本発明はこれに限定されない。その他、反射特性の異なる複数の領域を有する反射型の光学部材（つまりダイクロイックミラー）を用いる場合にも、本発明を適用できる。反射特性は、反射率の分光特性に対応する。
さらに、上記した実施形態では、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子（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。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施形態の照明光学装置１０の構成を示す図である。
【図２】光学フィルタ２０の構成を示す図である。
【図３】光学フィルタ２０による照明光の分光スペクトルを示す図である。
【図４】一般的な蛍光灯の分光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  照明光学装置
１０ａ  被照射面
１１  光源
１２  コレクタレンズ
１３  リレーレンズ
１４  インテグレータロッド
１５  フライアイレンズ
１６  コンデンサレンズ
１７  円板
１８  モータ
１９，２０  光学フィルタ
２１，２２，２３  領域
【図１】
2005351638.tif 000003
【図２】
2005351638.tif 000004
【図３】
2005351638.tif 000005
【図４】
2005351638.tif 000006