JP5970190B2 - 照明装置、および拡大観察装置 - Google Patents

Description

本発明は照明装置に係り、特にケーラー照明等、光源像を開口絞り上に投影する照明装置、およびこの照明装置を備える拡大観察装置に関する。

顕微鏡などの拡大観察装置で微小な物体を拡大して観察や検査を行う場合、試料面では明るく均一な照明が望まれている。試料面への照明は、必要な観察または検査視野の大きさに合わせて照明すればよい。最近ではハエの目レンズ（Ｆｌｙ−Ｅｙｅ Ｌｅｎｓ）を用いて、均一な照明視野（照野）を与えているものもある。そして、このような照明装置を備えるパターン欠陥検査装置が知られている（例えば特許文献１参照）。

また、開口絞り近傍または開口絞り共役点近傍に、拡散性のある部材（すりガラス、ゾルーゲル拡散板など）を配置して、均一な照明を得ているパターンの欠陥検査に用いられる顕微鏡が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００４−３０１７０５号公報、段落００３２、図１、図６参照 特許３７４４９６６号公報、段落００９８、図３１〜図３４参照

一方、上述の各種検査装置などでは、検査をする範囲だけではなく、試料面に置かれた試料物の広い範囲を観察したいという要望がある。この観察視野を満足する範囲を照明した場合でも、検査視野で十分な明るさが確保できているのであれば、照明系としては一つの照野を与えればよい。しかし一般的には明るさに余裕がある場合は少ない。理想的には観察するときには観察用の照野、検査するときには検査用の照野を用意することである。しかしこれを実現させるためには高価なハエの目レンズを切り替えたり、照明系のリレーの倍率を変えたりする必要がある。

しかし、倍率ごとにハエの目レンズやリレーレンズを切り替えたりする方法はコストがかかりすぎる。また、例えば、特許文献２のように、開口絞り近傍または開口絞り共役点近傍に、拡散性のある部材（すりガラス、ゾルーゲル拡散板など）を配置して、均一な照明を得ているパターンの欠陥検査に用いられる顕微鏡が知られているが、これでは照明する範囲が変わらず、上記と同様に、照明系のリレーの倍率を変えなければならない。

本発明は、上述の課題にかんがみてなされたものであり、簡単な構成で照度均一化を図る通常照明と、照明エリアを広げた広領域照明と切り替えることができる照明装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決する請求項１に係る照明装置は、試料面を照明する光源と、光源像を開口絞り、または前記開口絞りの共役位置に結像させるための光学系とを有する照明装置において、
前記開口絞りに対して、前記光源側とは反対側に配置されたコンデンサレンズを配置すると共に、
前記開口絞りと前記コンデンサレンズとの間に、拡散性のある光学素子およびパワーを有する光学素子を光路に取り付け、取り外し可能に配置して、前記開口絞り、または前記開口絞りの共役位置で結像させられた後の反収束方向の光を拡散させると共に光束を広げることを特徴とする。

また、同じく請求項２に係る照明装置は、請求項１に記載の照明装置において、前記拡散性のある光学素子は、前記パワーのある光学素子の入射面および射出面の少なくとも一方の面に形成した拡散面であることを特徴とする。

また、同じく請求項３に係る照明装置は、請求項１または請求項２に記載の照明装置において、前記パワーを有する光学素子は、凹レンズであることを特徴とする。

また、同じく請求項４に記載の検査装置は、請求項１から請求項のいずれかに記載の照明装置と、該照明装置で照明した試料の拡大像を得る拡大光学系とを備えることを特徴とする。

本発明に係る照明装置によれば、簡易な構成で、照度均一化を行う通常の照明の他に、広い照明エリアに照明を実現することができる。

通常の照明を行うときの照明装置の要部を示す模式図である。 広範囲の照明を行うときの照明装置の要部を示す模式図である。 実施形態に係るマスク検査装置の光学系を示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態に係る照明装置、および検査装置について説明する。まず、照明装置の基本的な構成について説明する。図１は通常の照明を行うときの照明装置の要部を示す模式図、図２は広範囲の照明を行うときの照明装置の要部を示す模式図である。

照明装置３０は、光源３１からの光束を照明光学系３２で試料面３４に照射する。照明装置３０には、光束を絞る開口絞り３３と、コンデンサーレンズ３５やレンズ群を備える。また、照明装置３０は、開口絞り３３の近傍にパワーをもち、拡散性を備えた光学素子である凹レンズ３６を光路に取り付け、取り外し自在に配置する。実施形態では、凹レンズ３６の第２面（出射面）は出射光を拡散する拡散面を形成する。なお、拡散面は、レンズ表面に微小凹凸を形成して、光が拡散するようにして形成する。また、拡散面、第２面の他、第１面（入射面）、あるいは両面に形成することができる。さらに、凹レンズ３６は凹シリンドリカルレンズとすることができる。

照明装置３０の開口絞り３３と試料面３４とは、コンデンサーレンズ３５の前側焦点位置と後側焦点位置の関係に配置する。なお、照明光学系３２には試料面３４を均一に照明するためハエの目レンズを使用することができ、この場合、開口絞り位置にハエの目レンズの各要素レンズでできた光源像ができている。

照明装置３０で、試料面３４の観察領域を均等に照明する通常の照明を行うとき、図１に示すように、凹レンズ３６を光路から外しておく。この状態において照明光学系３２で形成された光源像を物点として出た光束がコンデンサーレンズ３５を透過する。コンデンサーレンズ３５からの光線束は試料面３４で重なり、ほぼ均一な照野を得ることができる。

そして、試料の照野を広げる場合には、図２に示すように、開口絞り３３近傍に拡散性をもたせた凹レンズ３６を挿入する。これにより、通常の照度均一化を行った照明の他に、簡易的に照明エリアを広げることができる。この凹レンズ３６は、手動、電動駆動手段もしくは、エアシリンダ等の流体機構を用いて光路に出し入れする。

なお、開口絞り３３の近傍に拡散板だけを配置しても、広がりの制御が難しく、光量のロスにつながる。また、同位置にレンズを挿入するだけだと、各要素レンズからの光束は試料面３４で広がるが、光量ムラが多くなる。本実施形態では、簡易な構成で照明エリアを広げることができ、この広げたエリアに均一な照明を実現できる。

次に実施形態に係る拡大観察装置として、マスク欠陥検査装置を図面に基づいて説明する。図３は実施形態に係るマスク検査装置の光学系を示す模式図である。このマスク検査装置２０は、照明装置として、光源１、照明光学系であるビームエキスパンダ２、オプティカルインテグレータ３、σ絞り４、リレーレンズ５、コリメータレンズ７、視野絞り８、チューブレンズ９を備える。また、マスク検査装置２０は、ビームスプリッター１０、対物レンズ１１、開口絞り１２、結像レンズ１４を備える。対物レンズ１１、開口絞り１２、結像レンズ１４は拡大光学系をなす。なお、符号１３は試料面、符号１５は拡大像の結像面、符号１６はσ絞り４の共役位置を示している。

実施形態に係る照明装置３０では、σ絞り共役位置１６の近傍、でσ絞り共役位置１６とコリメータレンズ７の間に、パワーをもち、拡散性を備えた光学素子である凹レンズ１７を光路に取り付け、取り外し自在に配置する。なお、この光学系では開口絞り１２が対物レンズ１１の内部にあるため、開口絞り１２と共役位置であるσ絞り４またはσ絞り共役位置１６近傍に拡散板付きの凹レンズ１７を挿入できるようにしている。

試料面１３の観察領域を均等に照明する通常の照明時、凹レンズ１７は光路から外しておく。光源１から出射された光（例えばレーザー光）は、ビームエキスパンダ２によって拡大され、オプティカルインテグレータ３によって、σ絞り４の位置に多くの点光源が作られる。オプティカルインテグレータ３には、フライアイレンズを用いることができる。σ絞り４に作られた点光源からの光は、リレーレンズ５により、σ絞り共役位置１６に結像する。

さらに、コリメータレンズ７とチューブレンズ９によって対物レンズ１１の開口絞り１２上に結像され、試料面１３はケーラー照明される。

視野絞り８は、コリメータレンズ７の後側焦点位置とチューブレンズ９の前側焦点位置に配置されている。視野絞り８からの光線はビームスプリッター１０で反射され、対物レンズ１１をとおして試料面１３に結像する。

試料面１３上からの光線は対物レンズ１１とビームスプリッター１０を通り、結像レンズ１４によって結像面１５に結像される。結像面１５にはカメラなどの撮像素子が配置される。

照明領域を拡大するとき、σ絞り共役位置１６とコリメータレンズ７の間に拡散板付き凹レンズ１７を挿入する。すると、図２に示したように、試料面１３と共役である視野絞り８で光束が広がる。なお、凹レンズ１７の挿入位置は、σ絞り４とリレーレンズ５の間でもよい。

特に照明領域を一方向にだけ広げたい場合などは凹レンズ１７に換えて拡散機能の付いたシリンダドリカルレンズなどを挿入することができる。

以上のように、実施形態に係るマスク検査装置２０では、照野を広げたいときに、開口絞り近傍または開口絞り共役点近傍に拡散性があり、パワーをもった光学素子を挿入することによって、通常の照度均一化を行った照明の他に、簡易的に照明エリアを広げることができる。

１：光源
２：ビームエキスパンダ
３：オプティカルインテグレータ
４：σ絞り
５：リレーレンズ
７：コリメータレンズ
８：視野絞り
９：チューブレンズ
１０：ビームスプリッター
１１：対物レンズ
１２：開口絞り
１３：試料面
１４：結像レンズ
１５：結像面
１６：σ絞り共役位置
１７：凹レンズ
２０：マスク検査装置
２４：凹レンズ
３０：照明装置
３１：光源
３２：照明光学系
３３：開口絞り
３４：試料面
３５：コンデンサーレンズ
３６：凹レンズ

Claims (4)

1. 試料面を照明する光源と、
   光源像を開口絞り、または前記開口絞りの共役位置に結像させるための光学系と、
   を有する照明装置において、
   前記開口絞りに対して、前記光源側とは反対側に配置されたコンデンサレンズを配置すると共に、
   前記開口絞りと前記コンデンサレンズとの間に、拡散性のある光学素子およびパワーを有する光学素子を光路に取り付け、取り外し可能に配置して、前記開口絞り、または前記開口絞りの共役位置で結像させられた後の反収束方向の光を拡散させると共に光束を広げることを特徴とする照明装置。
2. 前記拡散性のある光学素子は、前記パワーのある光学素子の入射面および射出面の少なくとも一方の面に形成した拡散面であることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記パワーを有する光学素子は、凹レンズであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の照明装置と、該照明装置で照明した試料の拡大像を得る拡大光学系とを備えることを特徴とする拡大観察装置。