JP2004219397A - Optical system, solid-state imaging element illumination device having the same, and method for inspecting the solid-state imaging element - Google Patents

Optical system, solid-state imaging element illumination device having the same, and method for inspecting the solid-state imaging element Download PDF

Info

Publication number
JP2004219397A
JP2004219397A JP2003107492A JP2003107492A JP2004219397A JP 2004219397 A JP2004219397 A JP 2004219397A JP 2003107492 A JP2003107492 A JP 2003107492A JP 2003107492 A JP2003107492 A JP 2003107492A JP 2004219397 A JP2004219397 A JP 2004219397A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
optical system
lens
projection optical
chart
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2003107492A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Nishimura
宏 西村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP2003107492A priority Critical patent/JP2004219397A/en
Publication of JP2004219397A publication Critical patent/JP2004219397A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Testing Of Optical Devices Or Fibers (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system which can change the position of an emission pupil, in which the intensity of irradiation light will not decrease. <P>SOLUTION: In inspecting a solid-state imaging element, the position of the emission pupil of these optical systems is matched with the position of an incident pupil of the solid-state imaging element 10, by changing the focal position of a field lens system 8, the imaging position of a single projection optical system 7 is matched with the front side principal point of the field lens system, so that a second projection optical system adjustment for a second projection optical system and the rear side principal point of the field lens system 8 becomes conjugates with the surface to be inspected. Projection of an inspection chart 6, on the imaging surface of the solid-state imaging element 10 or on the irradiation of the imaging surface of the solid-state imaging element 10, is then performed in a state, in which the inspection chart 6 is out. Thus, vignetting of the light rays due to the difference in the positions of the pupils is reduced, and uniform illumination can be carried out. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、射出瞳の位置が可変な光学系、及びそれを用いた固体撮像素子照明装置、さらには固体撮像素子照明装置を用いた固体撮像素子の検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ等の固体撮像素子をウエハに形成されたままの状態で検査する方法として、２つの方法が用いられてきた。その第１は、固体撮像素子のチップをテレセントリックな照明光で照明し、固体撮像素子の各画素の出力のバラツキを検査する方法であり、その第２は、固体撮像素子の上に検査用チャートに形成されたパターンを投影し、そのパターンが正確に撮像されるかどうかにより解像度を検査する方法である。
【０００３】
後者の方法は、光源からの光をリレーレンズ、インテグレータ、コンデンサレンズを介して固体撮像素子検査用チャートに導き、固体撮像素子検査用チャートをテレセントリックかつ均一に照明し、その像を投影光学系によって固体撮像素子へ結像させる方法により行われていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年のデジタルカメラなどに用いる光学系は、被写体の像がテレセントリックに固体撮像素子へ結像するようにすると小型化が困難になるため、レンズ系の射出瞳を像面（固体撮像素子）に近づけて小型化している。
【０００５】
このような光学系にテレセントリックな固体撮像素子を用いると、瞳の不一致により、周辺光量が減少してしまう。そのため、射出瞳が像面に近い光学系に合わせた固体撮像素子も製造されている。すなわち、固体撮像素子に設けたマイクロレンズの働きにより、固体撮像素子の入射瞳を固体撮像素子の近くに設け、レンズ系の射出瞳をこの入射瞳に一致させている。
【０００６】
テレセントリックな固体撮像素子に照明光を当てて各画素の出力のバラツキを検査する場合には、照明系をテレセントリックにして照明すればよい。このような光学系は、前述の検査用チャートを投影する光学系において、検査用チャートを用いないで照明を行うことにより実現でき、検査用チャートを投影して検査する装置と共用が可能である。
【０００７】
しかし、近い射出瞳に合わせた固体撮像素子のチップを照明する場合には、テレセントリックな照明光を用いると、射出瞳と入射瞳の不一致により、光の蹴られが起こり、結果的に各固体撮像素子の各画素が一様に照明されないことになる。よって、検査用チャートを投影して検査する装置と共用することができない。
【０００８】
発明者等は、このような問題点を解決する固体撮像素子用照明光学系を開発し、特願２００１−３５５６６９号として特許出願している（以下「先願発明」という）。これは、光源からの光により、照明光学系を介して１次照明面を照明し、１次照明面の像を投影光学系を介して２次照明面に結像させる機能を有する固体撮像素子照明光学系であって、前記投影光学系と２次照明面の間に、光を複数に分割し、分割した光の各々により、２次照明面におかれた固体撮像素子を個別に１個ずつ照明する分割照明光学系が挿入可能とされており、かつ、当該分割照明光学系の射出瞳は、当該分割照明光学系中か、当該分割照明光学系と２次照明面の間にあるようにされていることを特徴とする固体撮像素子照明光学系であって、かつ、前記分割照明光学系の射出瞳の位置が、照明される固体撮像素子の入射瞳の位置と略一致していることを特徴とするものである。
【０００９】
このような固体撮像素子照明光学系を使用して、検査用チャートを用いた検査を行う場合には、１次照明面に検査用チャートを配置し、分割照明光学系を挿入しないようにすると、検査用チャートの像が２次照明面に置かれた固体撮像素子面に結像するので、それにより解像度等の検査を行うことができる。複数の固体撮像素子を同時に検査する場合には、それに合わせた検査用チャートのパターンを形成すればよい。
【００１０】
一方、固体撮像素子の各画素の出力のばらつき等を検査するために各固体撮像素子を照明する場合には、１次照明面には何も置かず、分割照明光学系を挿入する。すると、投影光学系を出た光が、分割照明光学系により複数の光に分割され、分割された各々の光は、それぞれ１個ずつの固体撮像素子を照明するので、複数の固体撮像素子の検査を同時に行うことができる。
【００１１】
さらに、この分割照明光学系の射出瞳は、当該分割照明光学系中か、当該分割照明光学系と２次照明面の間にあるようにされているので、固体撮像素子の入射瞳が固体撮像素子の近傍にあっても、分割照明光学系の射出瞳と固体撮像素子の入射瞳を略一致させることが可能となる。よって、照明光が蹴られることが少なくなり、一様な照明が可能となる。加えて、分割照明光学系の射出瞳と固体撮像素子の入射瞳が略一致しているので、照明光が蹴られることが少なくなり、一様な照明が可能となる。
【００１２】
しかしながら、この先願発明においては、分割照明光学系の射出瞳の位置が固定であるので、検査する固体撮像素子の種類が色々あり、それぞれの入射瞳の位置が異なる場合には、別々の固体撮像素子照明光学系を用いなければならないという問題点があった。また、拡散板を用いているため、光量が低下してしまうという問題点があった。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、入射瞳位置が異なる固体撮像素子を照明して検査するような場合に、出射瞳の位置を可変にでき、かつ照明光の強度が低下しない光学系、及びそれを用いた固体撮像素子照明装置、さらには固体撮像素子照明装置を用いた固体撮像素子の検査方法を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、光源と、光源からの光を中継してチャート相当面を照明する照明光学系と、当該チャート相当面を２回リレーして所定の結像面に結像する結像光学系を備えた光学系であって、前記結像光学系は、第１投影光学系、第２投影光学系、焦点距離が可変のフィールドレンズ光学系を備え、
前記フィールドレンズの焦点距離の変動に合わせて、前記第１投影光学系を、当該第１投影光学系において前記チャート相当面位置と前記フィールドレンズ光学系の前側主点位置が共役になるように調整し、かつ、前記第２投影光学系を、当該第２投影光学系において前記フィールドレンズ光学系の後側主点の位置が、前記所定の結像面と共役な位置となるように調整する機構を有することを特徴とする光学系（請求項１）である。
【００１５】
本手段においては、第１投影光学系によりチャート相当面の像を中間結像させ、その中間結像の像を、フィールドレンズ光学系を介して第２投影光学系により所定の結像面に結像させる。その際、フィールドレンズ光学系の焦点距離を可変にし、これを変えることにより、チャート相当面から出射する主光線が、第２投影光学系を出た後で光軸と交わる点、すなわち、射出瞳の位置を変えることができる。よって、例えば固体撮像素子を照明したり、固体撮像素子にチャートを投影したりするとき、固体撮像素子の入射瞳の位置にこの射出瞳の位置を合わせることにより、光線の蹴られが起こらず、一様な照明ができる。
【００１６】
また、光学系を構成するレンズの前後の媒質は空気であり、屈折率が同じであるので、光学系の主点と節点は一致する。第１投影光学系の結像位置が、フィールドレンズ光学系の前側主点位置に一致するようにしているため、チャート相当面の光軸上の点から出て第１光学系を通った光は、フィールドレンズ光学系の一方の節点に収束する。また、第２投影光学系においては、その前方にある前記結像面と共役な位置が、前記フィールドレンズ光学系の後側主点位置に一致するようにしているので、フィールドレンズ光学系の他方の節点から出た光が、結像面の光軸上に結像する。
【００１７】
一方、総合倍率（チャート相当面から結像面までの倍率）βは、第１投影光学系の倍率（チャート相当面からフィールドレンズ光学系の前側主点までの倍率）をβ１、第２投影光学系の倍率（フィールドレンズ光学系の後側主点から結像面までの倍率）をβ２とすると、
β＝β１×β２
となるので、フィールドレンズ光学系の焦点距離の変動に伴い、β１、β２、βは変動する。
【００１８】
さらに、以上の光学系においては、先願発明のように拡散板を使用していないので、光量の低下を低く抑えることができる。
【００１９】
前記課題を解決するための第２の手段は、光源と、光源からの光を中継してチャート相当面を照明する照明光学系と、当該チャート相当面を２回リレーして所定の結像面に結像する結像光学系を備えた光学系であって、前記結像光学系は、第１投影光学系、第２投影光学系、焦点距離が可変のフィールドレンズ光学系を備え、
前記第１投影光学系、第２投影光学系は、共に、第１群のレンズ系、第２群のレンズ系からなり、前記第１投影光学系の第１群のレンズ系はチャート相当面に対して、前記第２投影光学系の第２群のレンズ系は前記結像面に対して、それぞれ位置が固定され、
前記フィールドレンズの焦点距離の変動に合わせて、前記第１投影光学系の第２群のレンズ系の位置を、前記第１投影光学系の結像位置が、前記フィールドレンズ光学系の前側主点位置に一致するように、かつ、前記第２投影光学系の第１群のレンズ系の位置を、前記フィールドレンズ光学系の後側主点の位置が、前記所定の結像面と共役な位置となるように調整する機構を有することを特徴とする光学系（請求項２）である。
【００２０】
本手段は、前記第１の手段の特殊な形態であり、第１投影光学系、第２投影光学系は、共に、第１群のレンズ系、第２群のレンズ系からなり、第１投影光学系の第１群のレンズ系はチャート相当面に対して、第２投影光学系の第２群のレンズ系は前記結像面に対して、それぞれ位置が固定されている。よって、結像光学系の両端部の光学系が移動しないようにすることができる。
【００２１】
前記課題を解決するための第３の手段は、光源と、光源からの光を中継してチャート相当面を照明する照明光学系と、当該チャート相当面を２回リレーして所定の結像面に結像する結像光学系を備えた光学系であって、前記結像光学系は、第１投影光学系、第２投影光学系、焦点距離が可変のフィールドレンズ光学系を備え、
前記第１投影光学系、第２投影光学系は、共に、第１群のレンズ系、第２群のレンズ系からなり、前記第１投影光学系の第１群のレンズ系はチャート相当面に対して、その前方焦点がチャート相当面にあるように、前記第２投影光学系の第２群のレンズ系は前記結像面に対して、その後方焦点が前記結像面にあるように、それぞれ位置が固定され、かつ、
前記フィールドレンズの焦点距離の変動に合わせて、前記第１投影光学系の第２群のレンズ系の位置を、当該第２群のレンズ系の後方焦点位置が、前記フィールドレンズ光学系の前側主点位置に一致するように、かつ、前記第２投影光学系の第１群のレンズ系の位置を、当該第１群のレンズ系の前方焦点の位置が、前記フィールドレンズ光学系の後側主点位置に一致するように調整する機構を有することを特徴とする光学系（請求項３）である。
【００２２】
本手段も前記第１の手段の特殊な形態である。本手段においては、第１投影光学系の第１群のレンズ系はチャート相当面に対して、その前方焦点がチャート相当面にあるように配置されているので、第１投影光学系の第１群のレンズ系を出た光束は平行光束となる。よって、第１投影光学系の第２群のレンズ系の位置を、当該第２群のレンズ系の後方焦点位置が、フィールドレンズ光学系の前側主点位置に一致するように移動させても、その位置の変化により、チャート相当面からフィールドレンズ光学系の前側主点位置へ結像する倍率は変化しない。
【００２３】
また、第２投影光学系の第１群のレンズ系の位置を、当該第１群のレンズ系の前方焦点位置が、フィールドレンズ光学系の後側主点位置に一致するように移動させても、同様に、フィールドレンズ光学系の後側主点から結像面までの倍率は変化しない。
【００２４】
また、フィールドレンズ光学系の焦点距離を可変にし、これを変えることにより、チャート相当面から出射する主光線が、第２投影光学系を出た後で光軸と交わる点、すなわち、射出瞳の位置を変えることができる。よって、例えば固体撮像素子を照明したり、固体撮像素子にチャートを投影したりするとき、固体撮像素子の入射瞳の位置にこの射出瞳の位置を合わせることにより、光線の蹴られが起こらず、一様な照明ができる。
【００２５】
また、光学系を構成するレンズの前後の媒質は空気であり、屈折率が同じであるので、光学系の主点と節点は一致する。第１投影光学系が入側テレセントリックであり、第１投影光学系の第２群のレンズ系の位置を、当該第２群のレンズ系の後方焦点位置が、前記フィールドレンズ光学系の前側主点位置に一致するようにしているため、第１光学系を出た光は、フィールドレンズ光学系の一方の節点に収束する。また、第２投影光学系の第１群のレンズ系の位置を、当該第１群のレンズ系の前方焦点の位置が、前記フィールドレンズ光学系の後側主点位置となるようにしているので、フィールドレンズ光学系の他方の節点から出た光が、結像面の光軸上に結像する。
【００２６】
フィールドレンズ光学系の焦点距離が変化してもこの関係は変わらないので、この光学系の角倍率はフィールドレンズ光学系の焦点距離が変化しても変化しない。よって、フィールドレンズ光学系の焦点距離が変化しても、像倍率は一定に保たれる。
さらに、以上の光学系においては、先願発明のように拡散板を使用していないので、光量の低下を低く抑えることができる。
【００２７】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段又は第３の手段であって、前記第１投影光学系の第１群のレンズ系と第２群のレンズ系との間に、テレセントリック性を維持したまま結像倍率が可変なアフォーカルレンズ系を有することを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２８】
前記第２の手段、第３の手段では、チャート相当面の結像面への結像倍率を任意には変化させることができなかった。そのため、異なる大きさの固体撮像素子を検査したり照明しようとすると、それぞれの固体撮像素子の大きさに応じた検査チャートや視野絞りを使用する必要があった。
【００２９】
本手段においては、１投影光学系の第１群のレンズ系と第２群のレンズ系との間に、テレセントリック性を維持したまま結像倍率が可変なアフォーカルレンズ系を有するので、このアフォーカルレンズ系の結像倍率を変えることによって、チャート相当面の結像面への結像倍率を変化させることができる。よって、異なる大きさの固体撮像素子を検査したり照明する場合でも、共通の検査チャートや視野絞りを使用することが可能になる。又、このアフォーカルレンズ系は、テレセントリック性を維持したまま結像倍率を変えるものであるので、倍率変化に伴って像位置が変化することや、途中の光学系でのテレセントリック性が崩れることがない。
【００３０】
このような、テレセントリック性を維持したまま結像倍率が可変なアフォーカルレンズ系は、特開平９−１８４９８０号公報に記載されているので、当業者は容易に実現することができる。
【００３１】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、前記アフォーカルレンズ系は、少なくとも第１サブレンズ群と第２サブレンズ群と第３サブレンズ群との３群で構成され、前記第１サブレンズ群と第２サブレンズ群との間隔と、前記第２サブレンズ群と第３サブレンズ群との間隔と、第１サブレンズの位置とが、それぞれ独立に変更可能にされていることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００３２】
本手段においては、サブレンズ群のうちのいずれかのサブレンズ群を移動することにより、アフォーカルレンズ系の倍率は変化し、したがって全系の結像倍率が変化する。但しこのとき、アフォーカルレンズ系は厳密にはアフォーカル系ではなくなり、したがって像位置は厳密には維持されない。そこでサブレンズ群のうちの前記いずれかのサブレンズ群のほかに、他のいずれかのサブレンズ群をも移動することによって、アフォーカルレンズ系を厳密にアフォーカル系とすることができ、したがって像位置を厳密に維持することができる。
【００３３】
但しこの状態でも、全系は厳密にはテレセントリックではない。そこでサブレンズ群の全体を光軸方向に移動することにより、全系を厳密にテレセントリックとすることができる。すなわちアフォーカルレンズ系を光軸方向に移動すると、第２レンズ群を通過する主光線は、その角度を維持したまま高さのみを変えるから、全系のテレセントリック性を回復することができる。
【００３４】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１の手段であって、前記第１投影光学系が、可変の開口絞りを有することを特徴とするもの（請求項６）である。
【００３５】
前記課題を解決するための第７手段は、前記第２の手段又は第３の手段であって、前記第１投影光学系が、可変の開口絞りを有することを特徴とするもの（請求項７）である。
【００３６】
これら第６の手段、第７の手段においては、第１投影光学系が、可変の開口絞りを有するので、この開口絞りの開口の大きさを変えることによって、照明光学系として使用する場合は、その照明Ｆ値を可変することができる。なお、前記第２の手段、第３の手段においては、開口絞りの設置位置は、前記第１投影光学系の第１群のレンズ系の射出瞳の位置とすることが好ましい。
【００３７】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第５の手段又は第６の手段のいずれかであって、前記照明光学系が、可変の開口絞りを有することを特徴とするもの（請求項８）である。
【００３８】
前記第１の手段から第３の手段においては、前記第１投影光学系中に開口絞りを入れる適当な場所（全体の光学系の射出瞳と共役な場所）があったが、前記第５の手段又は第６の手段においては、アフォーカルレンズ系が入るので、この場所での、全体の光学系の射出瞳と共役な場所が移動してしまい、開口絞りを入れる適当な場所がない。よって、本手段においては、照明光学系が、可変の開口絞りを有するようにして、この調整により照明Ｆ値の調整を可能にしている。
【００３９】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、光軸位置調整手段を有し、前記光軸位置調整手段は、前記チャート相当面から前記結像面までの間隔を変えずに前記分割された各々の光により前記結像面に結像される前記チャート相当面の像の、光軸に垂直な方向の位置を変更するものであることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００４０】
本手段においては、光軸位置調整手段の働きにより、チャート相当面と結像面の位置を変えることなく、像の、光軸に垂直な方向の位置を変えることができるので、被検査物に正確に光を照明することができる。
【００４１】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第９の手段であって、前記光軸位置調整手段は、前記結像面方向に向かう光束の光路を変更する第１ミラーと、当該第１ミラーからの光束を前記結像面に入射する第２のミラーとを有し、前記第１のミラーと第２のミラーは、共に光軸に対して４５°の傾きを有し、光学系の最も前記結像面側にあるレンズと前記第１のミラーとを一体に、両者の光軸に沿って移動させることにより前記結像面へ入射する光の光軸位置を調整する機能を有することを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００４２】
本手段においては、第１のミラーにより、光学系の最も前記結像面側にあるレンズからの光が反射され、９０°向きを変えて第２のミラーに入り、さらに９０°向きを変えて、結像面に到達する。よって、光学系の最も前記結像面側にあるのレンズと第１のミラーとを一体に、両者の光軸に沿って移動させることにより、第２のミラーに入射する光の光軸位置を、前記レンズの光軸方向に変えることができ、これにより、第２のミラーにより反射されて結像面に到達する光の光軸の当該光軸に垂直な方向の位置を変化させることができる。なお、「最も前記結像面側にあるレンズ」とは、必ずしも１枚のレンスを意味せず、互いの位置関係が固定され、まとまって１つの作用をする１群のレンズをも含むものである。
【００４３】
この場合、第１のミラーから第２のミラーに至る光路長の変化と、第２のミラーから結像面に至る光路長の変化は同じであり、変化の向きが反対になるので、全体としての光路長は一定に保たれる。
【００４４】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第１の手段、第４の手段、第５の手段、第６の手段、第８の手段のいずれかであって、前記光学系は、光路分割手段と光軸間隔調整手段とを有し、前記光路分割手段は、前記チャート相当面からの光を、前記結像面に至る間の所定の場所において複数の光路に分割するものであり、前記光軸間隔調整手段は、前記チャート相当面から前記結像面までの間隔を変えずに前記分割された各々の光により前記結像面に結像される前記チャート相当面の像の間隔を変更するものであることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００４５】
本手段においては、光路分割手段は、チャート相当面からの光を、結像面に至る間の所定の場所において複数の光路に分割する。そして、光軸間隔調整手段は、チャート相当面から前記結像面までの間隔を変えずに前記分割された各々の光により結像面に結像されるチャート相当面の像の間隔を変更する。よって、１つの照明光学系を使用して、複数の被検査物を照明することができるとともに、その分割された照明光の間隔を変えることができるので、異なる間隔をもって配置される被検査物を照明することができる。
【００４６】
前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第１１の手段であって、前記光軸位置調整手段は、前記複数の光路毎に配置され、それぞれが、前記結像面方向に向かう光束の光路を変更する第１ミラーと、当該第１ミラーからの光束を前記結像面に入射する第２のミラーとを有し、前記第１のミラーと第２のミラーは、共に光軸に対して４５°の傾きを有し、前記光学系の最も前記結像面側の一部のレンズと前記第１のミラーとを一体に、両者の光軸に沿って移動させることにより、前記結像面へ入射する光の光軸位置を調整する機能を有することを特徴とするもの（請求項１２）である。
【００４７】
本手段は、前記第１０の手段を分割された光路ごとに配置したものであり、前記第１０の手段の説明で述べたように、各光路の光線について、光路長を変更することなく、結像面における光軸を光軸に垂直な方向に変えることができるので、分割された光による像の間隔を変えることができる。なお、本手段においては、実際の構成において、例えば複数の光路における第２のミラーを、１つの部材で構成するように、共通の部材として使用できるものは共用するようにしてもよい。なお、「最も前記結像面側にあるレンズ」とは、必ずしも１枚のレンスを意味せず、互いの位置関係が固定され、まとまって１つの作用をする１群のレンズをも含むものである。
【００４８】
前記課題を解決するための第１３の手段は、前記第１の手段から第１２の手段のいずれかである光学系を有することを特徴とする固体撮像素子照明装置（請求項１３）である。
【００４９】
本手段に係る固体撮像素子照明装置は、その射出瞳の位置を、像倍率と結像点を変えずに変更することができるので、固体撮像素子の入射瞳の位置に射出瞳を合わせた状態で照明を行うことができ、光の蹴られによる照度むらを少なくすることができる。また、それぞれ使用している光学系に応じて、像倍率を変更したり、照明位置を変更したり、１つの照明光学系で複数の被検査物を照明したり、照明光の間隔を変えたり、照明Ｆ値を調整することができる。
【００５０】
前記課題を解決するための第１４の手段は、入射瞳が撮像面から有限な距離にある固体撮像素子に照明光を照射して固体撮像素子の検査を行う方法であって、前記第１３の手段である固体撮像素子照明装置を用い、前記チャート相当面から出射する光の主光線が光軸と交わる位置を、前記固体撮像素子の入射瞳に一致させて、前記固体撮像素子照明光学系で前記固体撮像素子を照明し、検査を行うことを特徴とする固体撮像素子の検査方法（請求項１４）である。
【００５１】
本手段によれば、固体撮像素子照明装置の射出瞳の位置が固体撮像素子の入射瞳に一致した状態で固体撮像素子の検査を行うことができるので、蹴られによる照明むらが少ない状態で、固体撮像素子の検査を行うことができる。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である光学系及び固体撮像素子照明装置の概要を示す図である。ランプ１からの光束をリレーレンズ２でインテグレータ４へリレーし、コンデンサレンズ５で検査用チャート６を均一でテレセントリックに照明する。
【００５３】
そして、第１投影光学系７で検査用チャート６の中間結像を、焦点距離可変のフィールドレンズ光学系８中に形成する。そして、この中間結像の像を、フィールドレンズ光学系８を介して、第２投影光学系９で被検査面１０に投影する。３は挿脱可能な熱線カットフィルタやＮＤフィルタやカラーフィルタである。
【００５４】
また、検査用チャート６も挿脱可能で、解像力を検査するときには検査用チャート６を挿入するが、各素子の感度などを検査するときには、光路から外す。そして、その代わりに、視野絞りを配置してもよい。フィールドレンズ光学系８の焦点距離を変えると、これらの光学系の射出瞳の位置が変化する。よって、固体撮像素子を検査する場合には、フィールドレンズ光学系８の焦点位置を変えることにより、図１に示す光学系の射出瞳位置を、固体撮像素子の入射瞳位置に合わせ、かつ、第１投影光学系７の結像位置をフィールドレンズ光学系の前側主点に合わせ、かつ、フィールドレンズ光学系８の後側主点と、被検査面とが共役になるように、第２投影光学系の第２の投影光学系の調整を行った上で、検査チャート６の固体撮像素子の撮像面への投影、又は、検査チャート６を外した状態での、固体撮像素子の撮像面の照明を行えば、瞳位置の違いによる光線の蹴られが少なくなり、一様な照明が行える。
【００５５】
以下、第１投影光学系７、フィールドレンズ光学系８、第２投影光学系９において、フィールドレンズ光学系の焦点距離を変化させることにより光学系の射出瞳の位置を変化させ、しかも、像倍率を一定に保つ例を、図２を用いて説明する。
【００５６】
図２において、６は検査用チャート、７は第１投影光学系、８はフィールドレンズ光学系、９は第２投影光学系、１０は被検査面で、それぞれ図１に示したものに対応する。
【００５７】
第１投影光学系７は、第１群の光学系（説明を簡単にするために、図では１枚のレンズで示し、レンズ系と呼ぶことがあるが、複数枚のレンズの組み合わせで構成されることもある。以下、第２群の光学系等において同じ）Ｌ１−１、第２群の光学系Ｌ１−２、径可変開口絞り２０を有する。第２投影光学系９は、第１群の光学系Ｌ２−１、第２群の光学系Ｌ２−２を有する。フィールドレンズ光学系８は、レンズ系ＬＦ−１とレンズ系ＬＦ−２を有する。この例においては、フィールドレンズ光学系８は凸パワーを有し、レンズ系ＬＦ−１とレンズ系ＬＦ−２間の距離を変えることにより、その焦点距離が可変とされている。
【００５８】
図２において、（ａ）は、テレセントリックに被検査面１０を照明する場合の各レンズ系の配置図である。この場合、第１投影光学系７の第１群の光学系Ｌ１−１の前側焦点位置が検査チャート６の位置となるように、第１投影光学系７の第１群の光学系Ｌ１−１を配置する。すると、検査チャート６の光軸上の点からの光２１は、Ｌ１−１を通ると光軸に平行な平行光束となる。
【００５９】
Ｌ１−１の後側焦点位置に径可変開口絞り２０を備えるとチャート６からの主光線２２は径可変開口絞り２０の中心を通る。そして、第１投影光学系７の第２群の光学系Ｌ１−２の前側焦点位置が径可変開口絞り６の位置にくるようにＬ１−２を配置すると、レンズ系Ｌ１−２を出射する主光線２２は、光軸に平行となる。
【００６０】
レンズ系Ｌ１−２の後側焦点位置にフィールドレンズ光学系８の前側主点２３を合わせる。一方、レンズ系ＬＦ−１、レンズ系ＬＦ−２の間隔を最小とすることにより、フィールドレンズ光学系８の凸パワーを最大となるようにし、このとき、主光線２２が第２投影光学系９の第１群の光学系Ｌ２−１の主点を通るようにしておく。Ｌ２−１の前側焦点位置にフィールドレンズ光学系８の後側主点２４を合わせると、光線２１は、Ｌ２−１を通過すると光軸に平行な平行光束となる。
【００６１】
第２投影光学系９の第２群の光学系Ｌ２−２の前側焦点位置をＬ２−１の主点に合わせておくと、Ｌ２−２を通った主光線２２は平行に（テレセントリックに）被検査面１０を照明する。即ち、射出瞳は無限大の距離に位置する。光線２１は、被検査面１０に結像する。
【００６２】
図２において（ｂ）は、射出瞳を被検査面１０の近くの点２７に形成した状態を示す図である。（ｂ）において、Ｌ１−１の検査チャート６に対する位置関係と、Ｌ２−２の被検査面１０に対する位置関係は（ａ）の場合と変わっていない。（ａ）と変わっている第１の点は、フィールドレンズ光学系８のＬＦ１とＬＦ２の間隔が長くなってフィールドレンズ光学系８の焦点距離が長くなっていること、すなわち、フィールドレンズ光学系８の凸パワーが小さくされていることである。これに伴い、フィールドレンズ光学系８の主点２３、２４の位置も変動している。
【００６３】
（ａ）と変わっている第２の点は、Ｌ１−２の後側焦点位置にフィールドレンズ光学系８の前側主点２３がくるように、フィールドレンズ光学系８の変化に合わせてＬ１−２の位置が変化していること、Ｌ２−１の前側焦点位置にフィールドレンズ光学系８の後側主点２４がくるように、フィールドレンズ光学系８の変化に合わせてＬ２−１の位置が変化していることである。
【００６４】
すなわち、フィールドレンズ光学系８の前側主点２３がＬ１−２側へ移動するため、それに合わせてＬ１−２をＬ１−１側へ移動させ、フィールドレンズ光学系８の後側主点２４がＬ２−１側へ移動するため、それに合わせてＬ２−１をＬ２−２側へ移動させる。このとき、検査チャート６から中間像までの倍率は（ａ）の場合と変わらない。
【００６５】
主光線２６が光軸と交わる径可変開口絞り２０が、（ａ）のときよりＬ１−２に近づいているため、主光線２６は、Ｌ１−２から出た後、発散しながらフィールドレンズ光学系８の前側主点２３へ入射する。
【００６６】
フィールドレンズ光学系８の後側主点２４はＬ２−１側へ移動し、フィールドレンズ光学系８の凸パワーは、主光線２６が、光軸に平行にＬ２−１へ入射していくものとする。また、フィールドレンズ光学系８の後側主点２４が移動したため、それに合わせて、Ｌ２−１の前側焦点位置にフィールドレンズ光学系８の後側主点２４がくるように、Ｌ２−１をＬ２−２側へ移動させる。
【００６７】
これにより、光線２５はＬ２−１を通過して光軸に平行となり、Ｌ２−２を経て被検査面１０へ結像する。この結像位置は、（ａ）と変わらない。（ｂ）においては、主光線２６は、光軸に平行にＬ２−１へ入射し、（Ｌ２−１がＬ２−２へ近づいたため）Ｌ２−２の中心より上側を通り、さらに光軸側へ屈折されて被検査面１０を照明する。主光線２６が光軸と交わる位置２７が射出瞳である。径可変開口絞り２０と射出瞳２７は共役の位置にあるので、径可変開口絞り２０の径を変えることによって、射出瞳の径を被検査面１０に置かれた固体撮像素子の要求に合わせて変えることができる。一般的には、射出瞳の径が、固体撮像素子の入射瞳の径に一致するように、径可変開口絞り２０の径を変えるようにする。
【００６８】
光学系が置かれる媒質に変化がない限り、光学系の主点と節点は一致している。すなわち、図２（ａ）、（ｂ）では、光線２１、２５がフィールドレンズ光学系８の節点に向けて入射し、節点から出射している。それ故、光線２１、２５の角度は、フィールドレンズ光学系８の前後で変化しない。従って、角倍率が変化しないということになるため、検査チャート６から被検査面１０への倍率は、図２の（ａ）と（ｂ）とでは変化しない。
【００６９】
なお、上記各光学系、Ｌ１−１、Ｌ１−２、Ｌ２−１、Ｌ２−２は、上記に記した範囲で位置が変化するものの、各光学系自体は固有の光学特性を持つ、まとまった光学系であり、光学特性が変化するようなものではない。これに対して光学系ＬＦ−１、ＬＦ−２は、それらの位置が変わることもあり、かつ焦点距離や主要点等の光学特性が変わることもあり、かつ、位置及び光学特性の両方が変わることもある。
【００７０】
図２に示される例では、ＬＦ−１とＬＦ−２の間隔を変えることによって、主光線２６が光軸と交わる点２７すなわちこれらの光学系全体の射出瞳の位置を、変更することができ、かつ、射出瞳の位置が結像面である被検査面１０から無限遠にある状態、すなわち、テレセントリック照明の状態をも作り出すことができる。その際、Ｌ１−２の後側焦点をフィールドレンズ光学系８の前側主点に合わせるようにＬ１−２の位置を移動し、かつ、Ｌ２−１の前側焦点をフィールドレンズ光学系８の後側主点に合わせるようにＬ２−１の位置を移動することにより、像倍率を一定に保つことができる。
【００７１】
なお、図２に示す例では、検査チャート６の光軸との交点から出射し、ＬＦ−１を通過した光が平行光線となり、かつ、結像面である被検査面１０が光軸と交わる点に結像する光は、Ｌ２−２の前では光軸に平行になっている。よって、Ｌ１−２、Ｌ２−１を前後に動かしても、径可変開口絞りを通過して結像に寄与する光量が変化することはない。
【００７２】
径可変開口絞り２０の開口の大きさを変えることにより、被検査面１０を照明する照明Ｆ値を変えることができる。その際、射出瞳２７の位置と径可変開口絞り２０の位置とは共役になっているので、径可変開口絞り２０の開口の大きさに応じて、射出瞳２７の大きさが変わることになる。
【００７３】
また、従来の拡散板を用いる方法では、拡散板による散乱でチャートを固体撮像素子へ結像することができなかったが、本発明ではチャートを結像させることができる。また、拡散板の散乱による光量低下よりも、本発明の径可変開口絞り２０の径を小さくする光量低下の度合いは少ないので、拡散板を用いる方法より光量が大きい。
【００７４】
本実施形態の可変フィールドレンズは、凸パワーの構成としたが、凹パワーでも実現できる。凹パワーの場合、凹パワーが小さいときがテレセントリックな光学系となり、凹パワーが大きいときは射出瞳が被検査面に近づく。
【００７５】
図３は、本発明の第２の実施の形態である光学系及び固体撮像素子照明装置の概要を示す図である。本実施の形態は、１つの光学系により２チップを同時に照明できるようにしたものであるが、図の右側に示される光分割光学系を通常の光学系に変えることにより、１チップを照明するものに変形できることは言うまでもない。
【００７６】
ランプ１からの光束をリレーレンズ２でインテグレータ４へリレーし、コンデンサレンズ５で検査用チャート６を均一でテレセントリックに照明する。そして、第１投影光学系７で検査用チャート６の中間結像を、焦点距離可変のフィールドレンズ光学系８中に形成する。そして、この中間結像の像を、フィールドレンズ光学系８を介して、第２投影光学系９で被検査面１０に投影する。３は挿脱可能な熱線カットフィルタやＮＤフィルタやカラーフィルタである。
【００７７】
また、検査用チャート６も挿脱可能で、解像力を検査するときには検査用チャート６を挿入するが、各素子の感度などを検査するときには、光路から外す。そして、その代わりに、視野絞りを配置してもよい。
【００７８】
図３に示す例においては、開口絞り２０がインテグレータ４の出側に設けられている。これは、本実施の形態においては、第１投影光学系７を構成するレンズ系Ｌ１−１とレンズ系Ｌ１−２の間には、後に述べるアフォーカルレンズ系Ｌ１−３が設けられるので、図２に示す場合と違って、第１投影光学系７中には開口絞り２０を設ける適当な位置が無いからである。
【００７９】
この実施の形態においては、第１投影光学系７の中に設けられるアフォーカルレンズＬ１−３は、１枚の凹レンズとその両側に設けられる２枚の凸レンズからなっているが、アフォーカルレンズ系Ｌ１−３はこのようなものに限られるものでないことは言うまでもない。例えば、図で１枚のレンズで表されているものが、複数枚のレンズの組み合わせで構成されることもある。
【００８０】
この実施の形態においては、この場合、第１投影光学系７の第１群の光学系Ｌ１−１の前側焦点位置が検査チャート６の位置となるように、第１投影光学系７の第１群の光学系Ｌ１−１を配置する。すると、検査チャート６の光軸上の点からの光２１は、Ｌ１−１を通ると光軸に平行な平行光束となる。
【００８１】
一方、アフォーカルレンズ系ＬＦ−３を構成する３枚のレンズを各々移動させることにより、結像位置を移動させないで結像倍率を変化させ、しかもテレセントリック性が保たれるようにすることができる。このようなアフォーカルレンズ系とその作用については、特開平９−１８４９８０号公報に詳説されているので、その説明を省略する。
【００８２】
前述のように、検査チャート相当面から発してレンズ系Ｌ１−１を通った光は光軸に平行な光になっているので、アフォーカルレンズ系ＬＦ−３を通った光は、テレセントリック性が変化しないことにより光軸に平行な状態で結像倍率が変化して、第１群の光学系Ｌ１−２に到達するので、結像倍率が変化したこと以外は図２に示した光学系と同じ作用を奏する。
【００８３】
又、図２を見ると明らかなように、射出瞳位置調整のためにフィールドレンズ８を構成するレンズ系ＬＦ−１とＬＦ−２の間隔を変えた場合に、検査チャート相当面とフィールドレンズ８との共約関係を保つためには、第１投影光学系７のレンズ系Ｌ１−２の位置を変えなければならず、そのために、第１投影光学系７の出側テレセントリック性が若干崩れる（図２の下側の図参照）。このような場合でも、アフォーカルレンズ系ＬＦ−３を構成する３枚のレンズを各々移動させることにより、崩れたテレセントリック性を元に戻すことができるのは、特開平９−１８４９８０号公報の説明から、当業者には明らかであろう。
【００８４】
この実施の形態においても、第１の実施の形態と同じく、第１投影光学系の第２群のレンズ系Ｌ１−２の後側焦点位置にフィールドレンズ光学系８の前側主点を合わせるようにされている。すなわち、第１投影光学系に対して、チャート相当面とフィールドレンズ光学系８の前側主点が共役になっている。前述のように、アフォーカルレンズ系ＬＦ−３は、結像倍率が変化しても結像位置とテレセントリック性が変化しないように調整されるので、結像倍率が変化してもこの関係は変わらない。
【００８５】
フィールドレンズ光学系８がレンズ系ＬＦ−１とＬＦ−２から構成され、その間隔を変えることにより光学系の射出瞳の位置が可変とされていること、第２投影光学系９がレンズ系Ｌ２−１とＬ２−２から構成されていることは前記第１の実施の形態と変わらない。
【００８６】
そして、この実施の形態においても、第２投影光学系９のレンズ系Ｌ２−１の前側焦点位置に、フィールドレンズ光学系８の後側主点が一致しており、第２投影光学系９のレンズ系Ｌ２−２の後側焦点位置に、被検査面（結像面）１０が一致していて、フィールドレンズ光学系８の後側主点と被検査面（結像面）１０が、第２投影光学系９に対して共約の関係にあることは、第１の実施の形態と同じである。
【００８７】
以上、基本的に第１投影光学系がＬ１−１、Ｌ１−２、第２投影光学系からなる結像光学系がＬ２−１、Ｌ２−２から構成され、Ｌ１−１、Ｌ２−２が基本的に固定され、Ｌ１−１とＬ１−２の間とＬ２−１とＬ２−２の間が平行光束となっている系について説明してきたが、本発明はこのようなものに限定されるものではない。
【００８８】
たとえば、第１投影光学系が単に、チャート相当面とフィールトレンズ光学系の前側主点（フィールトレンズの焦点距離の変動に伴い移動する）を共役に保つだけでも、第２投影光学系を第１投影光学系の物点と像点を逆にした光学系（第１投影光学系を裏返したような光学系）としてフィールドレンズ光学系の後側主点位置と被検査面を共役に保つことにより、チャート相当面からフィールドレンズ−被検査面の共役関係を崩さず、チャート相当面から非検査面までの倍率を等倍に保つことができる（即ち、第１投影光学系倍率をＭとすると、上記の関係により、第２投影光学系倍率の倍率は１／Ｍとなる）。
【００８９】
このとき、第１投影光学系と第２投影光学系の瞳の位置の変動を、フィールドレンズ光学系で補正すれば、固体撮倹素子が要求する瞳の位置と結像光学系の射出瞳の位置を一致させることができる。
【００９０】
さらに言えば、前述の光学系にとらわれることなく、第１投影光学系と第２投影光学系とが、光の入射と反射とが反転したものでなくとも、第２投影光学系での倍率の変動を補うように第１投影光学系で補正すれば所望の倍率が得られる。この場合にも、第２投影光学系での瞳位置の変動を、フィールドレンズ光学系で所望の射出瞳位置とすることができる。
【００９１】
以上説明したように、この実施の形態においては、結像光学系全体では、チャートと固体撮像素子の共役を保ちつつ、複数の固体撮像素子の瞳位置、サイズに合わせて倍率、瞳位置、照明光軸の間隔、照明Ｆ値を変えることができる。よって、検査チャート６や、視野絞り共通化できる。
【００９２】
ところで、この実施の形態においては、第２投影光学系９と、光路分割手段、光軸間隔調整手段が入り組んで構成されている。光路分割手段は、ハーフミラー１１とミラー１３、１４がこれにあたり、光軸間隔調整手段は、第２投影光学系のレンズ系Ｌ２−２と、反射ミラー１５、１６がこれに対応している。第２投影光学系９のレンズ系Ｌ２−１を通った光を、ハーフミラー１１で２分割してそれぞれを、反射ミラー１２、１３と反射ミラー１４でリレーしたあと、第２投影光学系９のレンズ系Ｌ２−２を通し、反射ミラー１４と１５でリレーし、２つの光束として被検査面１０に結像させるようにしている（第２投影光学系９のレンズ系Ｌ２−２と、反射ミラー１４は、２組設けられている）。このようにして照明光を分割し、被検査面におかれた２つの被検査体（例えば固体撮像素子）を照明することができる。
【００９３】
このような構成において、反射ミラー１４と１５の反射面は、各々が光軸に対して４５°の傾きを有するようにしておく。すると、レンズ系Ｌ２−２と、反射ミラー１４を同時に矢印の方向に移動させると、反射ミラー１５と１６間の光路長が変化する。しかし、その分だけ、反射ミラー１６と被検査面１０との光路長が逆に変化し、Ｌ２−２から被検査面１０までの光路長は変化しない。このことは幾何学的な関係を考慮すれば説明を要しないであろう。
【００９４】
しかし、Ｌ２−２が移動するため、Ｌ２−１とＬ２−２の間隔が変わり、瞳位置が変化するので、フィールドレンズ光学系８の調整を行う際には、このことを考慮して、光学系全体の射出瞳が、被検査体の入射瞳位置に一致するように調整を行えばよい。
【００９５】
又、ハーフミラーの代わりにハーフプリズムを使用したり、ミラーの代わりに全反射プリズムを使用したりすることができることは言うまでもない。さらに、本実施の形態においては、反射ミラー１６は、２つの反射面を持つようにしているが、これらを別々のミラーで構成してもよいことは言うまでもない。
【００９６】
さらに、本実施の形態においては、ハーフミラー１１で光束を２つに分割しているが、このようなことをせず、レンズ系Ｌ２−２と、反射ミラー１４反射ミラー１６で形成される光学系を分割されない光束に対して使用し、被検査面１０での図の上下方向の結像位置を調節するようにしてもよい。
【００９７】
又、本実施の形態においては、ハーフミラー１１をレンズ系Ｌ２−１のあとに置いているが、光束を分割するためには、例えばチャート相当面の直後に置いてもよい。しかし、その場合には、レンズ系Ｌ１−１からＬ２−１に至る光学系を２セット必要とするので、図３に示す光学系より不利になる。さらに、光束を分割するだけであれば、ハーフミラー１１をレンズ系Ｌ２−２の後に置いてもよい。この場合は、結像間隔を調整するためには、それようの光学系を追加する必要がある。
【００９８】
なお、以上の説明においては、各レンズ系を１枚のレンズで表しているが、この１枚のレンズで表されたレンス系が、さらに複数のレンズで構成されていてもよい。
【００９９】
【実施例】
（実施例１）
本発明の実施例として、図２に示すような光学系において、実際に光学系を設計した例図４を用いて説明する。図４においては、図２に示した構成要素には同じ符号を付している。また、各光学系、Ｌ１−１、Ｌ１−２、Ｌ２−１、Ｌ２−２は、薄肉レンズ１枚で構成されているものとし、各レンズはいずれも焦点距離５０ｍｍの凸レンズとする。また、ＬＦ−１は、ＬＦ１−１とＬＦ１−２で示される２枚の薄肉レンズから、ＬＦ−２は、ＬＦ２−１とＬＦ２−２で示される２枚の薄肉ＬＦ１−２、ＬＦ２−２レンズから構成されており、ＬＦ１−１、ＬＦ２−１は焦点距離２１ｍｍの凸レンズ、ＬＦ１−２、ＬＦ２−２は、焦点距離−１９ｍｍの凹レンズとする。
【０１００】
このように構成された光学系のフィールドレンズ光学系において、例えば、凸レンズＬＦ１−１と凹レンズＬＦ１−２の距離を近づけると、テレタイプの効果で、ＬＦ−１の焦点距離、フィールドレンズ光学系の焦点距離が大きくなるとともに、ＬＦ−１の前側主点の位置、フィールドレンズ光学系の前側主点の位置が、共にＬ１−２の方へ近づく。同様、凸レンズＬＦ２−１と凹レンズＬＦ２−２の距離を近づけると、テレタイプの効果で、ＬＦ−２の焦点距離、フィールドレンズ光学系の焦点距離が大きくなるとともに、ＬＦ−２の後側主点の位置、フィールドレンズ光学系の主点後側の位置が、共にＬ２−１の方へ近づく。
【０１０１】
図４において、ｄ１〜ｄ１０は、それぞれ検査チャート、各レンズ、被検査面間の距離を示す（単位はｍｍ）。Ｌ１−２、ＬＦ１−１、ＬＦ２−１、Ｌ２−１を動かして表１のようにｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ７、ｄ８、ｄ９の距離を変えることにより、チャート６と被検査面１０間の距離と倍率を一定に保ったまま、射出瞳の位置を変えることができる。表１に置いて、ＥＰは被検査面１０から見た射出瞳の位置を示し（単位はｍｍ）、符号−は、Ｌ２−２寄りの方向を表す。βはチャート６から被検査面１０への倍率である。
（表１）
【０１０２】
【表１】

Figure 2004219397
【０１０３】
このように、ｄ５、ｄ７を変えることにより、フィールドレンズ光学系の焦点距離を変え、それに合わせて、Ｌ１−２の後側焦点位置がフィールドレンズ光学系の前側主点位置に、Ｌ２−１の前側焦点位置がフィールドレンズ光学系の後側主点位置にくるようにｄ４、ｄ７を変えることにより、像倍率βを一定に保ったままで、射出瞳の位置ＥＰを変えることができる。図４において、径可変開口絞り２０の位置とＬ１−１、Ｌ２−２、ＬＦ１−２、ＬＦ２−２の位置は変わらないので、表１において（ｄ３＋ｄ４＋ｄ５）の値と、（ｄ７＋ｄ８＋ｄ９）の値は一定に保たれている。また、当然、ｄ１、ｄ２、ｄ１０は一定に保たれている。
【０１０４】
この場合、径可変開口絞り２０の直径を５ｍｍとして、チャート６上で照明Ｆ値を１０とすると、光学系が等倍なので被検査面１０上を照明Ｆ値１０で照明できる。射出瞳の直径φは
φ＝｜ＥＰ｜／照明Ｆ値
である。照明Ｆ値は１０であるで、射出瞳の位置が−３４．６ｍｍのときには、φ＝３．４６ｍｍとなる。もちろん径可変開口絞り２０の直径を変えると射出瞳の直径を変えることができる。
（実施例２）
本発明の第２の実施例を、図５を用いて説明する。図５において、図３に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。固体撮像素子サイズ、光学系倍率を２／３インチ（８．８×６．６ｍｍ：β＝１．３７５）、１／２インチ（６．４×４．８ｍｍ：β＝１）、１／３インチ（４．８×３．６ｍｍ：β＝０．７５）の３種類、瞳位置をテレセン（−∞）と−３５ｍｍとしたときの一例を以下に示す。βはチャート６から被検査面１０に置かれた固体撮像素子への倍率である。
【０１０５】
各レンズは次の焦点距離を持つ薄肉レンズとしてパワー配置を記す。
Ｌ１−１、Ｌ１−２：ｆ＝１００ｍｍ
Ｌ１−３−１、Ｌ１−３−３：ｆ＝１８０ｍｍ
Ｌ１−３−２：ｆ＝−７０ｍｍ
Ｌ２−１、Ｌ２−２：ｆ＝５０ｍｍ
ＬＦ１−１、ＬＦ２−１：ｆ＝２１ｍｍ
ＬＦ１−２、ＬＦ２−２：ｆ＝−１９ｍｍ
ここで、ＬＦ１−１とＬＦ１−２でＬＦ−１を、ＬＦ２−１とＬＦ２−２でＬＦ−２を構成し、Ｌ１−３−１、Ｌ１−３−２、Ｌ１−３−３でＬ１−３を構成する。
【０１０６】
次のようにレンズを動かすと、チャート６と固体撮像素子１０間の共役を保ち、倍率と射出瞳の位置を変えることができる。各パラメータの値を表２に示す。
（表２）
【０１０７】
【表２】
Figure 2004219397
【０１０８】
ここで、ＥＰは固体撮像素子１０から見た射出瞳の位置である。符号−は、Ｌ２−２寄りの方向を表す。
【０１０９】
全長はチャート６から固体撮像素子１０までの距離（Ｄ１からＤ１２までの和）である。照明Ｆ値は、結像光学系の倍率βを考慮し、被検査面１０上で照明される照明Ｆ値＝チャート６上で照明される照明Ｆ値×倍率βとなる。ただし、径可変開口絞りにより所望の値に制御することができる。
【０１１０】
ここでは、単一チップ照明の場合について実施例を記載したが、図３に示しような光学系により複数チップ照明にも対応できる。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、入射瞳位置が異なる固体撮像素子を照明して検査するような場合に、出射瞳の位置を可変とでき、かつ照明光の強度が低下しない光学系、及びそれを用いた固体撮像素子照明装置、さらには固体撮像素子照明装置を用いた固体撮像素子の検査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である光学系を使用した固体撮像素子照明装置の光学系の概要図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である光学系、固体撮像素子の光学系の構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である光学系、固体撮像素子の光学系の構成を示す図である。
【図４】図２に示すような実施の形態を使用した実施例の、実際の光学系を示す図である。
【図５】図２に示すような実施の形態を使用した実施例の、実際の光学系を示す図である。
【符号の説明】
１：ランプ、２：照明リレーレンズ、３：フィルタ類、４：インテグレータ、５：コンデンサレンズ、６：検査チャート、７：第１投影光学系、８：フィールドレンズ光学系、９：第２投影光学系、１０：被検査面（固体撮像素子）、１１：ハーフミラー、１２〜１６：ミラー、２０：径可変開口絞り、２１，２５：結像光、２２，２６：主光線、２３：フィールドレンズ光学系の前側主点、２４：可変フィールドレンズ光学系の後側主点[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical system in which the position of an exit pupil is variable, a solid-state imaging device illumination device using the same, and a method of inspecting a solid-state imaging device using the solid-state imaging device illumination device.
[0002]
[Prior art]
Two methods have been used as a method for inspecting a solid-state imaging device such as a CCD while being formed on a wafer. The first is a method of illuminating a chip of a solid-state imaging device with telecentric illumination light and inspecting a variation in the output of each pixel of the solid-state imaging device. Is a method of projecting a pattern formed on the image and inspecting the resolution based on whether the pattern is accurately imaged.
[0003]
In the latter method, light from a light source is led to a solid-state image sensor inspection chart via a relay lens, an integrator, and a condenser lens, and the solid-state image sensor inspection chart is illuminated uniformly and telecentrically, and the image is projected by a projection optical system. It has been performed by a method of forming an image on a solid-state imaging device.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, it is difficult to miniaturize an optical system used for a digital camera or the like in recent years if an image of a subject is telecentrically formed on a solid-state imaging device. And close to
[0005]
When a telecentric solid-state imaging device is used for such an optical system, the amount of peripheral light decreases due to pupil mismatch. For this reason, a solid-state imaging device in which the exit pupil is adjusted to an optical system close to the image plane is also manufactured. That is, the entrance pupil of the solid-state imaging device is provided near the solid-state imaging device and the exit pupil of the lens system coincides with the entrance pupil by the function of the microlens provided in the solid-state imaging device.
[0006]
When illuminating the telecentric solid-state imaging device with illumination light to check the variation in the output of each pixel, the illumination system may be illuminated with telecentricity. Such an optical system can be realized by performing illumination without using the inspection chart in the above-described optical system that projects the inspection chart, and can be shared with an apparatus that projects and inspects the inspection chart. .
[0007]
However, when illuminating a chip of a solid-state imaging device that is adjusted to a close exit pupil, if telecentric illumination light is used, light mismatch occurs between the exit pupil and the entrance pupil, and as a result, each solid-state image pickup is performed. Each pixel of the element will not be uniformly illuminated. Therefore, it cannot be shared with an apparatus for projecting and inspecting an inspection chart.
[0008]
The inventors have developed an illumination optical system for a solid-state imaging device that solves such a problem, and have applied for a patent as Japanese Patent Application No. 2001-355669 (hereinafter, referred to as “the prior application”). This is a solid-state imaging device having a function of illuminating a primary illumination surface with light from a light source via an illumination optical system and forming an image of the primary illumination surface on a secondary illumination surface via a projection optical system. An illumination optical system, wherein light is divided into a plurality of parts between the projection optical system and a secondary illumination surface, and each of the divided light individually includes one solid-state imaging device placed on the secondary illumination surface. It is possible to insert a divided illumination optical system that illuminates each of the divided illumination optical systems, and the exit pupil of the divided illumination optical system is located in the divided illumination optical system or between the divided illumination optical system and the secondary illumination surface. Wherein the position of the exit pupil of the divided illumination optical system substantially coincides with the position of the entrance pupil of the solid-state imaging device to be illuminated. It is characterized by the following.
[0009]
When an inspection using the inspection chart is performed using such a solid-state imaging device illumination optical system, an inspection chart is arranged on the primary illumination surface so that the divided illumination optical system is not inserted. Since the image of the inspection chart is formed on the surface of the solid-state imaging device placed on the secondary illumination surface, it is possible to inspect the resolution and the like. When a plurality of solid-state imaging devices are inspected at the same time, a pattern of an inspection chart may be formed in accordance with the inspection.
[0010]
On the other hand, when illuminating each solid-state imaging device in order to inspect variations in the output of each pixel of the solid-state imaging device, nothing is placed on the primary illumination surface, and a divided illumination optical system is inserted. Then, the light that has exited the projection optical system is split into a plurality of lights by the split illumination optical system, and each of the split lights illuminates one solid-state imaging device. The inspection can be performed simultaneously.
[0011]
Further, the exit pupil of the divided illumination optical system is located in the divided illumination optical system or between the divided illumination optical system and the secondary illumination surface. Even in the vicinity of the element, the exit pupil of the divided illumination optical system and the entrance pupil of the solid-state imaging device can be made substantially coincident. Therefore, the illumination light is less likely to be kicked, and uniform illumination can be achieved. In addition, since the exit pupil of the divided illumination optical system and the entrance pupil of the solid-state imaging device substantially match, illumination light is less likely to be kicked, and uniform illumination can be achieved.
[0012]
However, in the prior invention, since the position of the exit pupil of the divided illumination optical system is fixed, there are various types of solid-state imaging devices to be inspected. There was a problem that an element illumination optical system had to be used. In addition, there is a problem that the amount of light is reduced due to the use of the diffusion plate.
[0013]
The present invention has been made in view of such circumstances, and in a case where a solid-state imaging device having a different entrance pupil position is illuminated and inspected, the position of the exit pupil can be changed, and the intensity of the illumination light is reduced. An object of the present invention is to provide an optical system that does not decrease, a solid-state imaging device illumination device using the same, and a method for inspecting a solid-state imaging device using the solid-state imaging device illumination device.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
A first means for solving the above-mentioned problems includes a light source, an illumination optical system for relaying light from the light source to illuminate a chart-equivalent surface, and relaying the chart-equivalent surface twice to obtain a predetermined imaging surface. An optical system having an imaging optical system that forms an image on the optical system, wherein the imaging optical system includes a first projection optical system, a second projection optical system, and a field lens optical system having a variable focal length.
The first projection optical system is adjusted so that the position of the chart-equivalent surface and the position of the front principal point of the field lens optical system in the first projection optical system are conjugated with the change in the focal length of the field lens. And a mechanism for adjusting the second projection optical system such that the position of the rear principal point of the field lens optical system in the second projection optical system is conjugate with the predetermined imaging plane. An optical system (Claim 1) characterized by having:
[0015]
In this means, the image of the chart-equivalent surface is intermediately formed by the first projection optical system, and the image of the intermediate image is formed on a predetermined imaging surface by the second projection optical system via the field lens optical system. Image. At this time, by changing the focal length of the field lens optical system and changing the focal length, the point at which the principal ray emitted from the chart equivalent surface intersects the optical axis after exiting the second projection optical system, that is, the exit pupil Can be changed. Therefore, for example, when illuminating the solid-state imaging device, or when projecting a chart on the solid-state imaging device, by aligning the position of the exit pupil with the position of the entrance pupil of the solid-state imaging device, kicking of light does not occur, Uniform illumination is possible.
[0016]
Further, since the medium before and after the lens constituting the optical system is air and has the same refractive index, the principal point and the node of the optical system coincide. Since the image forming position of the first projection optical system is set to coincide with the position of the front principal point of the field lens optical system, light that has passed through the first optical system from a point on the optical axis of the chart-equivalent surface is , Converge on one node of the field lens optical system. In the second projection optical system, the position conjugate with the image plane in front of the second projection optical system is set to coincide with the position of the rear principal point of the field lens optical system. From the nodal point forms an image on the optical axis of the image forming plane.
[0017]
On the other hand, the total magnification (magnification from the chart-equivalent surface to the imaging surface) β is β1 for the magnification of the first projection optical system (magnification from the chart-equivalent surface to the front principal point of the field lens optical system), and the second projection optical system. When the magnification of the system (magnification from the rear principal point of the field lens optical system to the image plane) is β2,
β = β1 × β2
Therefore, β1, β2, and β change with the change of the focal length of the field lens optical system.
[0018]
Further, in the above-described optical system, since a diffusing plate is not used unlike the invention of the prior application, a decrease in the amount of light can be suppressed.
[0019]
A second means for solving the above problems is a light source, an illumination optical system for relaying light from the light source to illuminate a chart-equivalent surface, and relaying the chart-equivalent surface twice to obtain a predetermined image forming surface. An optical system having an imaging optical system that forms an image on the optical system, wherein the imaging optical system includes a first projection optical system, a second projection optical system, and a field lens optical system having a variable focal length.
The first projection optical system and the second projection optical system each include a first group of lens systems and a second group of lens systems, and the first projection lens system of the first projection optical system has a surface corresponding to a chart. On the other hand, the positions of the lens systems of the second group of the second projection optical system are fixed with respect to the image plane, respectively.
The position of the second group of lens systems of the first projection optical system, the imaging position of the first projection optical system, and the front principal point of the field lens optical system are adjusted in accordance with the change in the focal length of the field lens. The position of the first group of lens systems of the second projection optical system, and the position of the rear principal point of the field lens optical system is conjugate with the predetermined imaging plane. An optical system (Claim 2) characterized by having a mechanism for adjusting so that
[0020]
This means is a special form of the first means, and both the first projection optical system and the second projection optical system are composed of a first group lens system and a second group lens system. The position of the lens system of the first group of the optical system is fixed with respect to the chart-equivalent surface, and the position of the lens system of the second group of the second projection optical system with respect to the image forming plane. Therefore, it is possible to prevent the optical systems at both ends of the imaging optical system from moving.
[0021]
A third means for solving the above problems is a light source, an illumination optical system for relaying light from the light source to illuminate a chart-equivalent surface, and relaying the chart-equivalent surface twice to obtain a predetermined imaging surface. An optical system having an imaging optical system that forms an image on the optical system, wherein the imaging optical system includes a first projection optical system, a second projection optical system, and a field lens optical system having a variable focal length.
The first projection optical system and the second projection optical system each include a first group of lens systems and a second group of lens systems, and the first projection lens system of the first projection optical system has a surface corresponding to a chart. On the other hand, the lens system of the second group of the second projection optical system is arranged such that its front focal point is on the chart-equivalent surface, and its rear focal point is on the image-forming surface with respect to the image-forming surface. Each position is fixed, and
The position of the second group lens system of the first projection optical system and the rear focal position of the second group lens system are adjusted in accordance with the change in the focal length of the field lens. The position of the first group of lens systems of the second projection optical system and the position of the front focal point of the first group of lens systems are adjusted so as to coincide with the point position. An optical system having a mechanism for adjusting so as to coincide with a point position (claim 3).
[0022]
This means is also a special form of the first means. In this means, since the lens system of the first group of the first projection optical system is arranged such that the front focal point is on the chart equivalent surface with respect to the chart equivalent surface, the first projection optical system has the first focus. The light flux exiting the lens system of the group becomes a parallel light flux. Therefore, even if the position of the second group lens system of the first projection optical system is moved such that the rear focal position of the second group lens system coincides with the front principal point position of the field lens optical system, Due to the change in the position, the magnification for forming an image from the chart equivalent surface to the front principal point position of the field lens optical system does not change.
[0023]
Further, the position of the first group lens system of the second projection optical system may be moved such that the front focal position of the first group lens system coincides with the rear principal point position of the field lens optical system. Similarly, the magnification from the rear principal point of the field lens optical system to the image plane does not change.
[0024]
Further, by changing the focal length of the field lens optical system and changing the focal length, a point at which the principal ray emitted from the chart-equivalent surface intersects the optical axis after exiting the second projection optical system, that is, the exit pupil, You can change the position. Therefore, for example, when illuminating the solid-state imaging device, or when projecting a chart on the solid-state imaging device, by aligning the position of the exit pupil with the position of the entrance pupil of the solid-state imaging device, kicking of light does not occur, Uniform illumination is possible.
[0025]
Further, since the medium before and after the lens constituting the optical system is air and has the same refractive index, the principal point and the node of the optical system coincide. The first projection optical system is entrance-side telecentric, and the position of the second group of lens systems of the first projection optical system is determined by the rear focal position of the second group of lens systems, and the front principal point of the field lens optical system. Since the position coincides with the position, the light exiting the first optical system converges on one node of the field lens optical system. Further, the position of the first group lens system of the second projection optical system is set so that the position of the front focal point of the first group lens system is the rear principal point position of the field lens optical system. Light emitted from the other node of the field lens optical system forms an image on the optical axis of the image plane.
[0026]
Since this relationship does not change even if the focal length of the field lens optical system changes, the angular magnification of this optical system does not change even if the focal length of the field lens optical system changes. Therefore, even if the focal length of the field lens optical system changes, the image magnification is kept constant.
Further, in the above-described optical system, since a diffusing plate is not used unlike the invention of the prior application, a decrease in the amount of light can be suppressed.
[0027]
The fourth means for solving the above-mentioned problem is the second means or the third means, wherein the first projection optical system has a first lens unit and a second lens unit. In addition, there is provided an afocal lens system having a variable imaging magnification while maintaining telecentricity (claim 4).
[0028]
In the second means and the third means, the imaging magnification of the chart-equivalent surface on the imaging surface could not be arbitrarily changed. Therefore, in order to inspect or illuminate solid-state imaging devices having different sizes, it is necessary to use an inspection chart or a field stop according to the size of each solid-state imaging device.
[0029]
In this means, since an afocal lens system having a variable imaging magnification while maintaining telecentricity is provided between the first lens system and the second lens system of one projection optical system. By changing the imaging magnification of the focal lens system, the imaging magnification of the chart-equivalent surface on the imaging surface can be changed. Therefore, even when inspecting or illuminating solid-state imaging devices having different sizes, it is possible to use a common inspection chart and a common field stop. Also, since this afocal lens system changes the imaging magnification while maintaining the telecentricity, the image position may change with a change in the magnification, or the telecentricity in the optical system in the middle may be lost. Absent.
[0030]
Such an afocal lens system in which the imaging magnification is variable while maintaining telecentricity is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-184980, and can be easily realized by those skilled in the art.
[0031]
A fifth means for solving the above problem is the fourth means, wherein the afocal lens system includes at least a first sub lens group, a second sub lens group, and a third sub lens group. The distance between the first sub lens group and the second sub lens group, the distance between the second sub lens group and the third sub lens group, and the position of the first sub lens are independent of each other. (Claim 5).
[0032]
In this means, by moving any one of the sub-lens groups, the magnification of the afocal lens system changes, and thus the imaging magnification of the entire system changes. However, at this time, the afocal lens system is not strictly an afocal system, and thus the image position is not strictly maintained. Therefore, in addition to any one of the sub-lens groups among the sub-lens groups, by moving any other sub-lens group, the afocal lens system can be strictly an afocal system. The image position can be strictly maintained.
[0033]
However, even in this state, the entire system is not strictly telecentric. Therefore, by moving the entire sub-lens group in the optical axis direction, the entire system can be made strictly telecentric. That is, when the afocal lens system is moved in the direction of the optical axis, the principal ray passing through the second lens group changes only in height while maintaining its angle, so that the telecentricity of the entire system can be restored.
[0034]
A sixth means for solving the above-mentioned problem is the first means, wherein the first projection optical system has a variable aperture stop (Claim 6).
[0035]
A seventh means for solving the above-mentioned problem is the second means or the third means, wherein the first projection optical system has a variable aperture stop. ).
[0036]
In the sixth means and the seventh means, since the first projection optical system has a variable aperture stop, by changing the size of the aperture of the aperture stop, when the first projection optical system is used as an illumination optical system, The illumination F value can be changed. In the second means and the third means, it is preferable that the installation position of the aperture stop is the position of the exit pupil of the first group of lens systems of the first projection optical system.
[0037]
An eighth means for solving the above-mentioned problem is any one of the fifth means and the sixth means, wherein the illumination optical system has a variable aperture stop. Item 8).
[0038]
In the first means to the third means, there is a suitable place (a place conjugate with the exit pupil of the whole optical system) where the aperture stop is provided in the first projection optical system. In the means or the sixth means, since the afocal lens system enters, a place conjugate with the exit pupil of the entire optical system at this place moves, and there is no suitable place for the aperture stop. Therefore, in the present means, the illumination optical system has a variable aperture stop, and the illumination F value can be adjusted by this adjustment.
[0039]
A ninth means for solving the above-mentioned problem is any one of the first means to the eighth means, including an optical axis position adjusting means, wherein the optical axis position adjusting means corresponds to the chart. Changing the position in the direction perpendicular to the optical axis of the image of the chart-equivalent surface formed on the image forming surface by each of the divided lights without changing the distance from the surface to the image forming surface. (Claim 9).
[0040]
In this means, the position of the image in the direction perpendicular to the optical axis can be changed without changing the position of the chart-equivalent surface and the imaging surface by the function of the optical axis position adjusting means. Light can be illuminated accurately.
[0041]
A tenth means for solving the above-mentioned problem is the ninth means, wherein the optical axis position adjusting means changes a light path of a light flux toward the image plane, A second mirror for allowing a light beam from one mirror to be incident on the image-forming surface, wherein both the first mirror and the second mirror have an inclination of 45 ° with respect to an optical axis; Has a function of adjusting the optical axis position of light incident on the image forming surface by integrally moving the lens closest to the image forming surface and the first mirror along the optical axis of both lenses. (Claim 10).
[0042]
In this means, the light from the lens closest to the image forming surface of the optical system is reflected by the first mirror, and the light is turned by 90 ° into the second mirror, and further turned by 90 °. , Reach the imaging plane. Therefore, by moving the lens and the first mirror closest to the image plane of the optical system along the optical axes of the two together, the position of the optical axis of the light incident on the second mirror can be changed. Can be changed in the direction of the optical axis of the lens, whereby the position of the optical axis of the light that is reflected by the second mirror and reaches the imaging surface in the direction perpendicular to the optical axis can be changed. . The term “lens closest to the image plane” does not necessarily mean one lens, but also includes a group of lenses whose positional relationship is fixed and collectively performs one action.
[0043]
In this case, the change in the optical path length from the first mirror to the second mirror is the same as the change in the optical path length from the second mirror to the imaging plane, and the direction of the change is opposite. Is kept constant.
[0044]
An eleventh means for solving the above problem is any one of the first means, the fourth means, the fifth means, the sixth means, and the eighth means, wherein the optical system comprises: An optical path dividing unit and an optical axis interval adjusting unit, wherein the optical path dividing unit divides the light from the chart-equivalent surface into a plurality of optical paths at a predetermined place before reaching the image forming surface. The optical axis interval adjusting means is configured to adjust the interval between the images of the chart-equivalent surface formed on the image-forming surface by the respective divided light without changing the interval from the chart-equivalent surface to the image-forming surface. (Claim 9).
[0045]
In this means, the light path dividing means divides the light from the chart-equivalent surface into a plurality of light paths at a predetermined place before reaching the image forming surface. Then, the optical axis interval adjusting means changes the interval of the image of the chart equivalent surface formed on the imaging surface by each of the divided light without changing the interval from the chart equivalent surface to the image forming surface. . Therefore, a plurality of inspection objects can be illuminated by using one illumination optical system, and the interval of the divided illumination light can be changed. Can be illuminated.
[0046]
A twelfth means for solving the above-mentioned problem is the eleventh means, wherein the optical axis position adjusting means is arranged for each of the plurality of optical paths, each of which is directed toward the image plane. A first mirror that changes the optical path of the first mirror, and a second mirror that causes the light beam from the first mirror to enter the image forming surface. The first mirror and the second mirror are both located on the optical axis. The first mirror has a tilt of 45 ° with respect to the first mirror and the lens of the optical system closest to the image forming surface, and is moved along the optical axis of both lenses. According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a device having a function of adjusting an optical axis position of light incident on an image plane.
[0047]
In this means, the tenth means is arranged for each of the divided optical paths. As described in the description of the tenth means, the light rays of each optical path are connected without changing the optical path length. Since the optical axis on the image plane can be changed in a direction perpendicular to the optical axis, it is possible to change the interval between images by the divided light. In the present means, in an actual configuration, for example, the second mirror in a plurality of optical paths may be configured as a single member, and those that can be used as a common member may be shared. The term “lens closest to the image plane” does not necessarily mean one lens, but also includes a group of lenses whose positional relationship is fixed and collectively performs one action.
[0048]
A thirteenth means for solving the above-mentioned problem is a solid-state imaging device illuminating device having an optical system according to any one of the first to twelfth means (claim 13).
[0049]
In the solid-state imaging device illumination device according to this means, the position of the exit pupil can be changed without changing the image magnification and the image forming point. Lighting can be performed, and uneven illuminance due to light kicking can be reduced. In addition, depending on the optical system used, the image magnification can be changed, the illumination position can be changed, a plurality of inspection objects can be illuminated with one illumination optical system, and the interval between illumination lights can be changed. , The illumination F value can be adjusted.
[0050]
A fourteenth means for solving the above-mentioned problem is a method of inspecting a solid-state imaging device by irradiating an illumination light to a solid-state imaging device whose entrance pupil is at a finite distance from an imaging surface, wherein Using a solid-state imaging device illumination device as a means, the position where the principal ray of light emitted from the chart-equivalent surface intersects the optical axis is matched with the entrance pupil of the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device illumination optical system A method for inspecting a solid-state image sensor, wherein the solid-state image sensor is illuminated and inspected.
[0051]
According to this means, the inspection of the solid-state imaging device can be performed in a state where the position of the exit pupil of the solid-state imaging device illumination device coincides with the entrance pupil of the solid-state imaging device. Inspection of the solid-state imaging device can be performed.
[0052]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing an outline of an optical system and a solid-state imaging device illumination device according to a first embodiment of the present invention. The light beam from the lamp 1 is relayed to the integrator 4 by the relay lens 2, and the inspection chart 6 is uniformly and telecentrically illuminated by the condenser lens 5.
[0053]
Then, the first projection optical system 7 forms an intermediate image of the inspection chart 6 in the field lens optical system 8 having a variable focal length. Then, the image of the intermediate image is projected onto the inspection surface 10 by the second projection optical system 9 via the field lens optical system 8. Reference numeral 3 denotes a removable heat ray cut filter, ND filter, and color filter.
[0054]
The inspection chart 6 can also be inserted and removed. The inspection chart 6 is inserted when inspecting the resolution, but is removed from the optical path when inspecting the sensitivity of each element. And a field stop may be arranged instead. Changing the focal length of the field lens optical system 8 changes the position of the exit pupil of these optical systems. Therefore, when inspecting the solid-state imaging device, by changing the focal position of the field lens optical system 8, the exit pupil position of the optical system shown in FIG. (1) The second projection optical system is configured such that the image forming position of the projection optical system 7 is aligned with the front principal point of the field lens optical system, and the rear principal point of the field lens optical system 8 is conjugate with the surface to be inspected. After the adjustment of the second projection optical system of the system, the inspection chart 6 is projected onto the imaging surface of the solid-state image sensor, or the illumination of the imaging surface of the solid-state imaging device with the inspection chart 6 removed. Is performed, the kick of the light beam due to the difference in the pupil position is reduced, and uniform illumination can be performed.
[0055]
Hereinafter, in the first projection optical system 7, the field lens optical system 8, and the second projection optical system 9, the position of the exit pupil of the optical system is changed by changing the focal length of the field lens optical system. Will be described with reference to FIG.
[0056]
2, reference numeral 6 denotes an inspection chart, reference numeral 7 denotes a first projection optical system, reference numeral 8 denotes a field lens optical system, reference numeral 9 denotes a second projection optical system, and reference numeral 10 denotes a surface to be inspected, each corresponding to that shown in FIG. .
[0057]
The first projection optical system 7 is a first group of optical systems (for the sake of simplicity, it is shown as a single lens in the drawing and may be called a lens system, but is composed of a combination of a plurality of lenses. The same applies to the second group of optical systems, etc.) L1-1, the second group of optical systems L1-2, and the variable diameter aperture stop 20. The second projection optical system 9 has a first group of optical systems L2-1 and a second group of optical systems L2-2. The field lens optical system 8 has a lens system LF-1 and a lens system LF-2. In this example, the field lens optical system 8 has a convex power, and the focal length is variable by changing the distance between the lens systems LF-1 and LF-2.
[0058]
2A is an arrangement diagram of each lens system when the surface 10 to be inspected is illuminated telecentrically. In this case, the first group of optical systems L1-1 of the first projection optical system 7 is located such that the front focal position of the first group of optical systems L1-1 of the first projection optical system 7 is at the position of the inspection chart 6. Place. Then, the light 21 from a point on the optical axis of the inspection chart 6 becomes a parallel light flux parallel to the optical axis when passing through L1-1.
[0059]
When the variable diameter aperture stop 20 is provided at the rear focal position of L1-1, the principal ray 22 from the chart 6 passes through the center of the variable diameter aperture stop 20. Then, when L1-2 is arranged such that the front focal position of the second group of optical systems L1-2 of the first projection optical system 7 is located at the position of the variable diameter aperture stop 6, the main system which emits the lens system L1-2. Light ray 22 is parallel to the optical axis.
[0060]
The front principal point 23 of the field lens optical system 8 is adjusted to the rear focal position of the lens system L1-2. On the other hand, by minimizing the distance between the lens systems LF-1 and LF-2, the convex power of the field lens optical system 8 is maximized. Pass through the principal point of the first group of optical systems L2-1. When the rear principal point 24 of the field lens optical system 8 is adjusted to the front focal position of L2-1, the light beam 21 becomes a parallel light beam parallel to the optical axis when passing through L2-1.
[0061]
If the front focal position of the second group of optical systems L2-2 of the second projection optical system 9 is set to the principal point of L2-1, the principal ray 22 passing through L2-2 is received in parallel (telecentric). The inspection surface 10 is illuminated. That is, the exit pupil is located at an infinite distance. The light beam 21 forms an image on the inspection surface 10.
[0062]
FIG. 2B is a diagram showing a state in which the exit pupil is formed at a point 27 near the inspection surface 10. In (b), the positional relationship of L1-1 with respect to the inspection chart 6 and the positional relationship of L2-2 with respect to the inspection surface 10 are the same as in (a). The first point different from (a) is that the distance between LF1 and LF2 of the field lens optical system 8 is longer and the focal length of the field lens optical system 8 is longer, that is, the field lens optical system 8 is different. Is made smaller. Accordingly, the positions of the principal points 23 and 24 of the field lens optical system 8 have also changed.
[0063]
The second point different from (a) is that L1-2 is adjusted according to the change of the field lens optical system 8 so that the front principal point 23 of the field lens optical system 8 is located at the rear focal position of L1-2. Is changed, and the position of L2-1 is changed according to the change of the field lens optical system 8 such that the rear principal point 24 of the field lens optical system 8 is located at the front focal position of L2-1. It is doing.
[0064]
That is, since the front principal point 23 of the field lens optical system 8 moves to the L1-2 side, L1-2 is moved to the L1-1 side accordingly, and the rear principal point 24 of the field lens optical system 8 moves to the L2 side. In order to move to the -1 side, L2-1 is moved to the L2-2 side accordingly. At this time, the magnification from the inspection chart 6 to the intermediate image is not different from the case of FIG.
[0065]
Since the diameter-variable aperture stop 20 where the principal ray 26 intersects the optical axis is closer to L1-2 than in the case of (a), the principal ray 26 emerges from L1-2 and then diverges, while diverging. 8 is incident on the front principal point 23 of FIG.
[0066]
The rear principal point 24 of the field lens optical system 8 moves to the L2-1 side, and the convex power of the field lens optical system 8 is such that the principal ray 26 is incident on L2-1 in parallel to the optical axis. I do. Further, since the rear principal point 24 of the field lens optical system 8 has moved, L2-1 is changed to L2 such that the rear principal point 24 of the field lens optical system 8 comes to the front focal position of L2-1. Move to -2 side.
[0067]
Accordingly, the light ray 25 passes through L2-1 and becomes parallel to the optical axis, and forms an image on the inspection surface 10 via L2-2. This imaging position is the same as in FIG. In (b), the principal ray 26 is incident on L2-1 parallel to the optical axis, passes above the center of L2-2 (because L2-1 approaches L2-2), and further toward the optical axis. It is refracted and illuminates the inspection surface 10. The position 27 where the principal ray 26 intersects the optical axis is the exit pupil. Since the diameter-variable aperture stop 20 and the exit pupil 27 are at conjugate positions, the diameter of the diameter-variable aperture stop 20 is changed to match the diameter of the exit pupil with the requirements of the solid-state imaging device placed on the inspection surface 10. Can be changed. In general, the diameter of the variable diameter aperture stop 20 is changed so that the diameter of the exit pupil matches the diameter of the entrance pupil of the solid-state imaging device.
[0068]
As long as the medium in which the optical system is placed does not change, the principal point and the node of the optical system coincide. That is, in FIGS. 2A and 2B, the light beams 21 and 25 enter the node of the field lens optical system 8 and exit from the node. Therefore, the angles of the light beams 21 and 25 do not change before and after the field lens optical system 8. Therefore, since the angular magnification does not change, the magnification from the inspection chart 6 to the surface to be inspected 10 does not change between (a) and (b) of FIG.
[0069]
The positions of the optical systems L1-1, L1-2, L2-1, and L2-2 change within the range described above, but each optical system itself has a unique optical characteristic. It is an optical system and does not change optical characteristics. On the other hand, in the optical systems LF-1 and LF-2, their positions may change, optical characteristics such as a focal length and a principal point may change, and both the position and the optical characteristics change. Sometimes.
[0070]
In the example shown in FIG. 2, by changing the interval between LF-1 and LF-2, it is possible to change the point 27 where the principal ray 26 intersects the optical axis, that is, the position of the exit pupil of these optical systems as a whole. In addition, a state where the position of the exit pupil is at infinity from the surface to be inspected 10 which is an image forming plane, that is, a state of telecentric illumination can be created. At this time, the position of L1-2 is moved so that the rear focal point of L1-2 coincides with the front principal point of the field lens optical system 8, and the front focal point of L2-1 is moved to the rear side of the field lens optical system 8. By moving the position of L2-1 so as to match the principal point, the image magnification can be kept constant.
[0071]
In the example illustrated in FIG. 2, light emitted from the intersection with the optical axis of the inspection chart 6 and passed through the LF- 1 becomes a parallel ray, and the inspection surface 10, which is an imaging surface, intersects the optical axis. The light that forms an image at the point is parallel to the optical axis before L2-2. Therefore, even if L1-2 and L2-1 are moved back and forth, the amount of light that passes through the variable diameter aperture stop and contributes to image formation does not change.
[0072]
By changing the size of the aperture of the variable diameter aperture stop 20, the illumination F value for illuminating the inspection surface 10 can be changed. At this time, since the position of the exit pupil 27 and the position of the variable diameter aperture stop 20 are conjugate, the size of the exit pupil 27 changes according to the size of the aperture of the variable diameter aperture stop 20. .
[0073]
In the conventional method using a diffusion plate, a chart cannot be formed on a solid-state imaging device due to scattering by the diffusion plate. However, in the present invention, a chart can be formed. Further, since the degree of decrease in the amount of light for reducing the diameter of the variable-diameter aperture stop 20 of the present invention is smaller than that in the method using a diffuser, the amount of light is larger than that in the method using a diffuser.
[0074]
Although the variable field lens according to the present embodiment has a configuration of convex power, it can also be realized with concave power. In the case of concave power, when the concave power is small, a telecentric optical system is obtained. When the concave power is large, the exit pupil approaches the surface to be inspected.
[0075]
FIG. 3 is a diagram showing an outline of an optical system and a solid-state imaging device illumination device according to a second embodiment of the present invention. In this embodiment, two chips can be simultaneously illuminated by one optical system. However, one chip is illuminated by changing the light splitting optical system shown on the right side of the drawing to a normal optical system. Needless to say, it can be transformed into something.
[0076]
The light beam from the lamp 1 is relayed to the integrator 4 by the relay lens 2, and the inspection chart 6 is uniformly and telecentrically illuminated by the condenser lens 5. Then, the first projection optical system 7 forms an intermediate image of the inspection chart 6 in the field lens optical system 8 having a variable focal length. Then, the image of the intermediate image is projected onto the inspection surface 10 by the second projection optical system 9 via the field lens optical system 8. Reference numeral 3 denotes a removable heat ray cut filter, ND filter, and color filter.
[0077]
The inspection chart 6 can also be inserted and removed. The inspection chart 6 is inserted when inspecting the resolution, but is removed from the optical path when inspecting the sensitivity of each element. And a field stop may be arranged instead.
[0078]
In the example shown in FIG. 3, the aperture stop 20 is provided on the exit side of the integrator 4. This is because, in the present embodiment, an afocal lens system L1-3 described later is provided between the lens system L1-1 and the lens system L1-2 constituting the first projection optical system 7. This is because, unlike the case shown in FIG. 2, there is no appropriate position in the first projection optical system 7 where the aperture stop 20 is provided.
[0079]
In this embodiment, the afocal lens L1-3 provided in the first projection optical system 7 is composed of one concave lens and two convex lenses provided on both sides thereof. It goes without saying that L1-3 is not limited to this. For example, what is represented by one lens in the drawing may be constituted by a combination of a plurality of lenses.
[0080]
In this embodiment, in this case, the first projection optical system 7 has the first focal length of the first group of optical systems L1-1. The group of optical systems L1-1 is arranged. Then, the light 21 from a point on the optical axis of the inspection chart 6 becomes a parallel light flux parallel to the optical axis when passing through L1-1.
[0081]
On the other hand, by moving each of the three lenses constituting the afocal lens system LF-3, the imaging magnification can be changed without moving the imaging position, and the telecentricity can be maintained. . Such an afocal lens system and its operation are described in detail in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-184980, and a description thereof will be omitted.
[0082]
As described above, since the light emitted from the inspection chart equivalent surface and passing through the lens system L1-1 is parallel to the optical axis, the light passing through the afocal lens system LF-3 has telecentricity. The imaging magnification changes in a state parallel to the optical axis by not changing, and reaches the first group of optical systems L1-2. Therefore, except that the imaging magnification changes, the optical system shown in FIG. Has the same effect.
[0083]
As is apparent from FIG. 2, when the distance between the lens systems LF-1 and LF-2 constituting the field lens 8 is changed for adjusting the position of the exit pupil, the surface corresponding to the inspection chart and the field lens 8 are adjusted. In order to maintain the contractual relationship with the first projection optical system 7, the position of the lens system L1-2 of the first projection optical system 7 must be changed, so that the exit side telecentricity of the first projection optical system 7 is slightly collapsed ( (See the lower diagram of FIG. 2). Even in such a case, the collapsed telecentricity can be restored by moving the three lenses constituting the afocal lens system LF-3, respectively, as described in JP-A-9-184980. Will be apparent to those skilled in the art.
[0084]
Also in this embodiment, similarly to the first embodiment, the front principal point of the field lens optical system 8 is adjusted to the rear focal position of the second lens unit L1-2 of the first projection optical system. Have been. In other words, the chart-equivalent surface and the front principal point of the field lens optical system 8 are conjugate to the first projection optical system. As described above, since the afocal lens system LF-3 is adjusted so that the imaging position and the telecentricity do not change even when the imaging magnification changes, this relationship changes even when the imaging magnification changes. Absent.
[0085]
The field lens optical system 8 is composed of the lens systems LF-1 and LF-2, and the position of the exit pupil of the optical system is made variable by changing the distance between the lens systems LF-1 and LF-2. -1 and L2-2 is the same as the first embodiment.
[0086]
Also in this embodiment, the rear principal point of the field lens optical system 8 coincides with the front focal position of the lens system L2-1 of the second projection optical system 9, and The inspection surface (imaging surface) 10 coincides with the rear focal position of the lens system L2-2, and the rear principal point of the field lens optical system 8 and the inspection surface (imaging surface) 10 The contractual relationship with the two projection optical system 9 is the same as in the first embodiment.
[0087]
As described above, the first projection optical system basically includes L1-1 and L1-2, and the imaging optical system including the second projection optical system includes L2-1 and L2-2. Although the description has been given of a system which is basically fixed and has a parallel light flux between L1-1 and L1-2 and between L2-1 and L2-2, the present invention is limited to such a system. Not something.
[0088]
For example, even if the first projection optical system simply keeps the chart-equivalent surface and the front principal point of the field lens optical system (moves with a change in the focal length of the field lens) in a conjugate state, the second projection optical system can be moved to the first projection optical system. As an optical system in which the object point and the image point of the projection optical system are reversed (an optical system in which the first projection optical system is inverted), the position of the rear principal point of the field lens optical system and the surface to be inspected are conjugated. The magnification from the chart equivalent surface to the non-inspection surface can be kept at the same magnification without breaking the conjugate relationship between the field corresponding to the field lens and the surface to be inspected from the surface equivalent to the chart (that is, if the first projection optical system magnification is M, According to the above relationship, the magnification of the second projection optical system magnification is 1 / M).
[0089]
At this time, if the fluctuation of the position of the pupil of the first projection optical system and the second projection optical system is corrected by the field lens optical system, the position of the pupil required by the solid-state imaging device and the exit pupil of the imaging optical system are adjusted. The positions can be matched.
[0090]
In addition, without being limited to the above-mentioned optical system, even if the first projection optical system and the second projection optical system are not ones in which the incidence and reflection of light are inverted, the magnification of the second projection optical system is not limited. If correction is made by the first projection optical system so as to compensate for the fluctuation, a desired magnification can be obtained. Also in this case, a change in the pupil position in the second projection optical system can be set to a desired exit pupil position in the field lens optical system.
[0091]
As described above, in this embodiment, in the entire imaging optical system, the magnification, the pupil position, and the illumination are adjusted according to the pupil positions and the sizes of the plurality of solid-state imaging devices while maintaining the conjugate between the chart and the solid-state imaging device. The distance between the optical axes and the illumination F value can be changed. Therefore, the inspection chart 6 and the field stop can be shared.
[0092]
By the way, in this embodiment, the second projection optical system 9, the optical path dividing means, and the optical axis interval adjusting means are configured in a complicated manner. The half mirror 11 and the mirrors 13 and 14 correspond to the optical path dividing means, and the lens system L2-2 of the second projection optical system and the reflecting mirrors 15 and 16 correspond to the optical axis interval adjusting means. The light that has passed through the lens system L2-1 of the second projection optical system 9 is split into two by the half mirror 11 and relayed by the reflection mirrors 12 and 13 and the reflection mirror 14, respectively. The light passes through the lens system L2-2, is relayed by the reflection mirrors 14 and 15, and forms an image on the inspection surface 10 as two light beams (the lens system L2-2 of the second projection optical system 9 and the reflection mirror). 14 are provided in two sets). In this manner, the illumination light is split, and the two inspection objects (for example, solid-state imaging devices) placed on the inspection surface can be illuminated.
[0093]
In such a configuration, the reflecting surfaces of the reflecting mirrors 14 and 15 each have an inclination of 45 ° with respect to the optical axis. Then, when the lens system L2-2 and the reflection mirror 14 are simultaneously moved in the direction of the arrow, the optical path length between the reflection mirrors 15 and 16 changes. However, the optical path length between the reflection mirror 16 and the inspected surface 10 changes in reverse, and the optical path length from L2-2 to the inspected surface 10 does not change. This need not be explained given the geometric relationships.
[0094]
However, since L2-2 moves, the interval between L2-1 and L2-2 changes, and the pupil position changes. Therefore, when the field lens optical system 8 is adjusted, this is taken into consideration. The adjustment may be performed so that the exit pupil of the entire system coincides with the entrance pupil position of the object to be inspected.
[0095]
Needless to say, a half prism can be used instead of the half mirror, and a total reflection prism can be used instead of the mirror. Furthermore, in the present embodiment, the reflecting mirror 16 has two reflecting surfaces, but it is needless to say that these may be constituted by separate mirrors.
[0096]
Furthermore, in the present embodiment, the light beam is split into two by the half mirror 11, but this is not done, and the optical system formed by the lens system L2-2 and the reflection mirror 14 and the reflection mirror 16 is not used. The system may be used for an undivided light beam to adjust the vertical imaging position on the inspection target surface 10 in the figure.
[0097]
In the present embodiment, the half mirror 11 is placed after the lens system L2-1. However, in order to split a light beam, the half mirror 11 may be placed, for example, immediately after the surface corresponding to the chart. However, in that case, two sets of optical systems from the lens systems L1-1 to L2-1 are required, which is disadvantageous over the optical system shown in FIG. Furthermore, the half mirror 11 may be placed after the lens system L2-2 if only the light beam is split. In this case, it is necessary to add such an optical system in order to adjust the image forming interval.
[0098]
In the above description, each lens system is represented by one lens, but the lens system represented by this one lens may be further composed of a plurality of lenses.
[0099]
【Example】
(Example 1)
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 in which an optical system is actually designed in the optical system shown in FIG. 4, the components shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. Each of the optical systems L1-1, L1-2, L2-1, and L2-2 is composed of one thin lens, and each lens is a convex lens having a focal length of 50 mm. LF-1 is composed of two thin lenses LF1-1 and LF1-2, and LF-2 is composed of two thin lenses LF1-2 and LF2-2 represented by LF2-1 and LF2-2. LF1-1 and LF2-1 are convex lenses with a focal length of 21 mm, and LF1-2 and LF2-2 are concave lenses with a focal length of -19 mm.
[0100]
In the field lens optical system of the optical system configured as described above, for example, if the distance between the convex lens LF1-1 and the concave lens LF1-2 is reduced, the focal length of the LF-1 and the field lens As the focal length increases, the position of the front principal point of LF-1 and the position of the front principal point of the field lens optical system both approach L1-2. Similarly, when the distance between the convex lens LF2-1 and the concave lens LF2-2 is reduced, the focal length of the LF-2 and the focal length of the field lens optical system increase due to the effect of the teletype, and the rear principal point of the LF-2. , And the position behind the principal point of the field lens optical system both approach L2-1.
[0101]
In FIG. 4, d1 to d10 indicate the distance between the inspection chart, each lens, and the surface to be inspected, respectively (unit: mm). By moving L1-2, LF1-1, LF2-1, and L2-1 to change the distances of d3, d4, d5, d7, d8, and d9 as shown in Table 1, the distance between the chart 6 and the inspection surface 10 is changed. The position of the exit pupil can be changed while keeping the distance and the magnification constant. In Table 1, EP indicates the position of the exit pupil as viewed from the inspection surface 10 (the unit is mm), and the sign-indicates the direction toward L2-2. β is a magnification from the chart 6 to the inspection surface 10.
(Table 1)
[0102]
[Table 1]
Figure 2004219397
[0103]
As described above, by changing d5 and d7, the focal length of the field lens optical system is changed, and accordingly, the rear focal position of L1-2 is set to the front principal point position of the field lens optical system, and L2-1 is changed to L2-1. By changing d4 and d7 such that the front focal position is located at the rear principal point position of the field lens optical system, the position EP of the exit pupil can be changed while the image magnification β is kept constant. In FIG. 4, since the position of the variable diameter aperture stop 20 and the positions of L1-1, L2-2, LF1-2, and LF2-2 do not change, in Table 1, the value of (d3 + d4 + d5) and the value of (d7 + d8 + d9) are It is kept constant. Also, of course, d1, d2 and d10 are kept constant.
[0104]
In this case, assuming that the diameter of the variable diameter aperture stop 20 is 5 mm and the illumination F value is 10 on the chart 6, the optical system has the same magnification, so that the inspection surface 10 can be illuminated with the illumination F value of 10. The diameter φ of the exit pupil is
φ = | EP | / Lighting F value
It is. Since the illumination F value is 10, when the position of the exit pupil is −34.6 mm, φ = 3.46 mm. Of course, if the diameter of the variable diameter aperture stop 20 is changed, the diameter of the exit pupil can be changed.
(Example 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 5, the same components as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. Solid-state imaging device size, optical system magnification is 2/3 inch (8.8 × 6.6 mm: β = 1.375), 1/2 inch (6.4 × 4.8 mm: β = 1), 1/3 An example when three types of inches (4.8 × 3.6 mm: β = 0.75) and the pupil positions are telecentric (−∞) and −35 mm is shown below. β is a magnification from the chart 6 to the solid-state imaging device placed on the inspection surface 10.
[0105]
The power arrangement of each lens is described as a thin lens having the following focal length.
L1-1, L1-2: f = 100 mm
L1-3-1, L1-3-3: f = 180 mm
L1-3-2: f = -70 mm
L2-1, L2-2: f = 50 mm
LF1-1, LF2-1: f = 21 mm
LF1-2, LF2-2: f = −19 mm
Here, LF1-1 and LF1-2 form LF-1, LF2-1 and LF2-2 form LF-2, and L1-3-1, L1-3-2, and L1-3-3 form L1. -3.
[0106]
When the lens is moved as follows, the conjugate between the chart 6 and the solid-state imaging device 10 is maintained, and the magnification and the position of the exit pupil can be changed. Table 2 shows the values of each parameter.
(Table 2)
[0107]
[Table 2]
Figure 2004219397
[0108]
Here, EP is the position of the exit pupil as viewed from the solid-state imaging device 10. The sign-indicates a direction closer to L2-2.
[0109]
The total length is the distance from the chart 6 to the solid-state imaging device 10 (sum of D1 to D12). The illumination F value is given by: illumination F value illuminated on inspection surface 10 = illumination F value illuminated on chart 6 × magnification β in consideration of magnification β of the imaging optical system. However, it can be controlled to a desired value by a variable diameter aperture stop.
[0110]
Although the embodiment has been described in the case of the single-chip illumination here, the optical system as shown in FIG. 3 can cope with the multi-chip illumination.
[0111]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in a case where a solid-state imaging device having a different entrance pupil position is illuminated and inspected, the position of the exit pupil can be made variable and the intensity of the illumination light does not decrease. And a solid-state imaging device illumination device using the same, and a solid-state imaging device inspection method using the solid-state imaging device illumination device can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of an optical system of a solid-state imaging device illumination device using an optical system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an optical system according to the first embodiment of the present invention and an optical system of a solid-state imaging device.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an optical system according to the first embodiment of the present invention and an optical system of a solid-state imaging device.
FIG. 4 is a diagram showing an actual optical system of an example using the embodiment as shown in FIG. 2;
FIG. 5 is a diagram showing an actual optical system of an example using the embodiment as shown in FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1: lamp, 2: illumination relay lens, 3: filters, 4: integrator, 5: condenser lens, 6: inspection chart, 7: first projection optical system, 8: field lens optical system, 9: second projection optical System, 10: inspection surface (solid-state imaging device), 11: half mirror, 12 to 16: mirror, 20: variable-diameter aperture stop, 21, 25: imaging light, 22, 26: chief ray, 23: field lens Front principal point of optical system, 24: Rear principal point of variable field lens optical system

Claims (14)

光源と、光源からの光を中継してチャート相当面を照明する照明光学系と、当該チャート相当面を２回リレーして所定の結像面に結像する結像光学系を備えた光学系であって、前記結像光学系は、第１投影光学系、第２投影光学系、焦点距離が可変のフィールドレンズ光学系を備え、
前記フィールドレンズの焦点距離の変動に合わせて、前記第１投影光学系を、当該第１投影光学系において前記チャート相当面位置と前記フィールドレンズ光学系の前側主点位置が共役になるように調整し、かつ、前記第２投影光学系を、当該第２投影光学系において前記フィールドレンズ光学系の後側主点の位置が、前記所定の結像面と共役な位置となるように調整する機構を有することを特徴とする光学系。An optical system including a light source, an illumination optical system that relays light from the light source to illuminate a chart-equivalent surface, and an imaging optical system that relays the chart-equivalent surface twice to form an image on a predetermined imaging surface Wherein the imaging optical system includes a first projection optical system, a second projection optical system, and a field lens optical system having a variable focal length.
The first projection optical system is adjusted so that the position of the chart-equivalent surface and the position of the front principal point of the field lens optical system in the first projection optical system are conjugated with the change in the focal length of the field lens. And a mechanism for adjusting the second projection optical system such that the position of the rear principal point of the field lens optical system in the second projection optical system is conjugate with the predetermined imaging plane. An optical system comprising: 光源と、光源からの光を中継してチャート相当面を照明する照明光学系と、当該チャート相当面を２回リレーして所定の結像面に結像する結像光学系を備えた光学系であって、前記結像光学系は、第１投影光学系、第２投影光学系、焦点距離が可変のフィールドレンズ光学系を備え、
前記第１投影光学系、第２投影光学系は、共に、第１群のレンズ系、第２群のレンズ系からなり、前記第１投影光学系の第１群のレンズ系はチャート相当面に対して、前記第２投影光学系の第２群のレンズ系は前記結像面に対して、それぞれ位置が固定され、
前記フィールドレンズの焦点距離の変動に合わせて、前記第１投影光学系の第２群のレンズ系の位置を、前記第１投影光学系の結像位置が、前記フィールドレンズ光学系の前側主点位置に一致するように、かつ、前記第２投影光学系の第１群のレンズ系の位置を、前記第２投影光学系において、前記フィールドレンズ光学系の後側主点の位置が前記第２投影光学系に対して、前記所定の結像面と共役な位置となるように調整する機構を有することを特徴とする光学系。An optical system including a light source, an illumination optical system that relays light from the light source to illuminate a chart-equivalent surface, and an imaging optical system that relays the chart-equivalent surface twice to form an image on a predetermined imaging surface Wherein the imaging optical system includes a first projection optical system, a second projection optical system, and a field lens optical system having a variable focal length.
The first projection optical system and the second projection optical system each include a first group of lens systems and a second group of lens systems, and the first projection lens system of the first projection optical system has a surface corresponding to a chart. On the other hand, the positions of the lens systems of the second group of the second projection optical system are fixed with respect to the image plane, respectively.
The position of the second group of lens systems of the first projection optical system, the imaging position of the first projection optical system, and the front principal point of the field lens optical system are adjusted in accordance with the change in the focal length of the field lens. The position of the first group of lens systems of the second projection optical system so that the position of the rear principal point of the field lens optical system is the second position in the second projection optical system. An optical system having a mechanism for adjusting the projection optical system so as to be at a position conjugate with the predetermined image plane. 光源と、光源からの光を中継してチャート相当面を照明する照明光学系と、当該チャート相当面を２回リレーして所定の結像面に結像する結像光学系を備えた光学系であって、前記結像光学系は、第１投影光学系、第２投影光学系、焦点距離が可変のフィールドレンズ光学系を備え、
前記第１投影光学系、第２投影光学系は、共に、第１群のレンズ系、第２群のレンズ系からなり、前記第１投影光学系の第１群のレンズ系はチャート相当面に対して、その前方焦点がチャート相当面にあるように、前記第２投影光学系の第２群のレンズ系は前記結像面に対して、その後方焦点が前記結像面にあるように、それぞれ位置が固定され、かつ、
前記フィールドレンズの焦点距離の変動に合わせて、前記第１投影光学系の第２群のレンズ系の位置を、当該第２群のレンズ系の後方焦点位置が、前記フィールドレンズ光学系の前側主点位置に一致するように、かつ、前記第２投影光学系の第１群のレンズ系の位置を、当該第１群のレンズ系の前方焦点の位置が、前記フィールドレンズ光学系の後側主点位置に一致するように調整する機構を有することを特徴とする光学系。An optical system including a light source, an illumination optical system that relays light from the light source to illuminate a chart-equivalent surface, and an imaging optical system that relays the chart-equivalent surface twice to form an image on a predetermined imaging surface Wherein the imaging optical system includes a first projection optical system, a second projection optical system, and a field lens optical system having a variable focal length.
The first projection optical system and the second projection optical system each include a first group of lens systems and a second group of lens systems, and the first projection lens system of the first projection optical system has a surface corresponding to a chart. On the other hand, the lens system of the second group of the second projection optical system is arranged such that its front focal point is on the chart-equivalent surface, and its rear focal point is on the image-forming surface with respect to the image-forming surface. Each position is fixed, and
The position of the second group lens system of the first projection optical system and the rear focal position of the second group lens system are adjusted in accordance with the change in the focal length of the field lens. The position of the first group of lens systems of the second projection optical system and the position of the front focal point of the first group of lens systems are adjusted so as to coincide with the point position. An optical system having a mechanism for adjusting so as to coincide with a point position. 請求項２又は請求項３に記載の光学系であって、前記第１投影光学系の第１群のレンズ系と第２群のレンズ系との間に、テレセントリック性を維持したまま結像倍率が可変なアフォーカルレンズ系を有することを特徴とする光学系。4. The optical system according to claim 2, wherein an imaging magnification is maintained between a first lens unit and a second lens unit of the first projection optical system while maintaining telecentricity. 5. An optical system having a variable afocal lens system. 請求項４に記載の光学系であって、前記アフォーカルレンズ系は、少なくとも第１サブレンズ群と第２サブレンズ群と第３サブレンズ群との３群で構成され、前記第１サブレンズ群と第２サブレンズ群との間隔と、前記第２サブレンズ群と第３サブレンズ群との間隔と、第１サブレンズの位置とが、それぞれ独立に変更可能にされていることを特徴とする光学系。5. The optical system according to claim 4, wherein the afocal lens system includes at least three groups of a first sub-lens group, a second sub-lens group, and a third sub-lens group, and the first sub-lens group. The distance between the group and the second sub lens group, the distance between the second sub lens group and the third sub lens group, and the position of the first sub lens can be independently changed. Optical system. 請求項１に記載の光学系であって、前記第１投影光学系が、可変の開口絞りを有することを特徴とする光学系。2. The optical system according to claim 1, wherein the first projection optical system has a variable aperture stop. 請求項２又は請求項３に記載の光学系であって、前記第１投影光学系が、可変の開口絞りを有することを特徴とする光学系。4. The optical system according to claim 2, wherein the first projection optical system has a variable aperture stop. 請求項５又は請求項６に記載の光学系であって、前記照明光学系が、可変の開口絞りを有することを特徴とする光学系。The optical system according to claim 5, wherein the illumination optical system has a variable aperture stop. 請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の光学系であって、光軸位置調整手段を有し、前記光軸位置調整手段は、前記チャート相当面から前記結像面までの間隔を変えずに、前記結像面に結像される前記チャート相当面の像の、光軸に垂直な方向の位置を変更するものであることを特徴とする光学系。The optical system according to any one of claims 1 to 8, further comprising an optical axis position adjusting unit, wherein the optical axis position adjusting unit is configured to adjust an optical axis position from the chart equivalent surface to the image forming surface. An optical system for changing a position of an image of the chart-equivalent surface formed on the image forming surface in a direction perpendicular to an optical axis without changing an interval. 請求項９に記載の光学系であって、前記光軸位置調整手段は、前記結像面方向に向かう光束の光路を変更する第１ミラーと、当該第１ミラーからの光束を前記結像面に入射する第２のミラーとを有し、前記第１のミラーと第２のミラーは、共に光軸に対して４５°の傾きを有し、前記光学系の最も前記結像面側にあるレンズと前記第１のミラーとを一体に、両者の光軸に沿って移動させることにより、前記結像面へ入射する光の光軸位置を調整する機能を有することを特徴とする光学系。The optical system according to claim 9, wherein the optical axis position adjusting unit changes a light path of a light beam traveling in the direction of the image forming surface, and transfers the light beam from the first mirror to the image forming surface. And the first mirror and the second mirror both have an inclination of 45 ° with respect to the optical axis, and are closest to the image plane of the optical system. An optical system having a function of adjusting an optical axis position of light incident on the imaging surface by moving a lens and the first mirror integrally along an optical axis of the both. 請求項１、請求項４、請求項５、請求項６、請求項８のうちいずれか１項に記載の光学系であって、前記光学系は、光路分割手段と光軸間隔調整手段とを有し、前記光路分割手段は、前記チャート相当面からの光を、前記結像面に至る間の所定の場所において複数の光路に分割するものであり、前記光軸間隔調整手段は、前記チャート相当面から前記結像面までの間隔を変えずに前記分割された各々の光により前記結像面に結像される前記チャート相当面の像の間隔を変更するものであることを特徴とする光学系。The optical system according to any one of claims 1, 4, 5, 6, and 8, wherein the optical system includes an optical path dividing unit and an optical axis interval adjusting unit. The optical path splitting means splits light from the chart-equivalent surface into a plurality of optical paths at a predetermined location before reaching the image forming surface, and the optical axis interval adjusting means includes The distance between the images of the chart-equivalent surface formed on the image-forming surface by the respective divided lights without changing the distance from the corresponding surface to the image-forming surface is changed. Optical system. 請求項１１に記載の光学系であって、前記光軸位置調整手段は、前記複数の光路毎に配置され、それぞれが、前記結像面方向に向かう光束の光路を変更する第１ミラーと、当該第１ミラーからの光束を前記結像面に入射する第２のミラーとを有し、前記第１のミラーと第２のミラーは、共に光軸に対して４５°の傾きを有し、前記光学系の最も前記結像面側の一部のレンズと前記第１のミラーとを一体に、両者の光軸に沿って移動させることにより、前記結像面へ入射する光の光軸位置を調整する機能を有することを特徴とする光学系。The optical system according to claim 11, wherein the optical axis position adjusting means is arranged for each of the plurality of optical paths, and each of the first mirror changes an optical path of a light beam traveling in the image plane direction; A second mirror for causing the light flux from the first mirror to enter the image forming surface, wherein both the first mirror and the second mirror have a 45 ° inclination with respect to the optical axis; An optical axis position of light incident on the image forming surface is obtained by moving a part of the lens of the optical system closest to the image forming surface and the first mirror integrally along the optical axis of the both. An optical system having a function of adjusting the wavelength. 請求項１から請求項１２のうちいずれか１項に記載の光学系を有することを特徴とする固体撮像素子照明装置。A solid-state imaging device lighting device comprising the optical system according to claim 1. 入射瞳が撮像面から有限な距離にある固体撮像素子に照明光を照射して固体撮像素子の検査を行う方法であって、請求項１３に記載の固体撮像素子照明装置を用い、前記チャート相当面から出射する光の主光線が光軸と交わる位置を、前記固体撮像素子の入射瞳に一致させて、前記固体撮像素子照明光学系で前記固体撮像素子を照明し、検査を行うことを特徴とする固体撮像素子の検査方法。A method for inspecting a solid-state imaging device by irradiating illumination light to a solid-state imaging device whose entrance pupil is at a finite distance from an imaging surface, and using the solid-state imaging device illumination device according to claim 13 and corresponding to the chart. A position where a principal ray of light emitted from a plane intersects an optical axis is made coincident with an entrance pupil of the solid-state imaging device, and the solid-state imaging device is illuminated with the solid-state imaging device illumination optical system to perform inspection. Inspection method for solid-state imaging device.
JP2003107492A 2002-11-20 2003-04-11 Optical system, solid-state imaging element illumination device having the same, and method for inspecting the solid-state imaging element Pending JP2004219397A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003107492A JP2004219397A (en) 2002-11-20 2003-04-11 Optical system, solid-state imaging element illumination device having the same, and method for inspecting the solid-state imaging element

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2002336224 2002-11-20
JP2003107492A JP2004219397A (en) 2002-11-20 2003-04-11 Optical system, solid-state imaging element illumination device having the same, and method for inspecting the solid-state imaging element

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2004219397A true JP2004219397A (en) 2004-08-05

Family

ID=32910792

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003107492A Pending JP2004219397A (en) 2002-11-20 2003-04-11 Optical system, solid-state imaging element illumination device having the same, and method for inspecting the solid-state imaging element

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2004219397A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007107895A (en) * 2005-10-11 2007-04-26 Yokogawa Electric Corp Light source device
JP2009145843A (en) * 2007-12-18 2009-07-02 Olympus Corp Microscope illumination optical system
WO2022024917A1 (en) * 2020-07-28 2022-02-03 富士フイルム株式会社 Imaging device, adjustment method, and adjustment program
WO2023223371A1 (en) * 2022-05-16 2023-11-23 三菱電機株式会社 Variable focal length lens device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007107895A (en) * 2005-10-11 2007-04-26 Yokogawa Electric Corp Light source device
JP2009145843A (en) * 2007-12-18 2009-07-02 Olympus Corp Microscope illumination optical system
WO2022024917A1 (en) * 2020-07-28 2022-02-03 富士フイルム株式会社 Imaging device, adjustment method, and adjustment program
WO2023223371A1 (en) * 2022-05-16 2023-11-23 三菱電機株式会社 Variable focal length lens device
JP7483175B2 (en) 2022-05-16 2024-05-14 三菱電機株式会社 Variable focal length lens device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2004258666A5 (en)
JPH06214318A (en) Reflection type homogenizer and reflection type illuminating optical device
JP5489186B2 (en) Surface inspection device
US6249382B1 (en) Illumination optical system and projection exposure apparatus using same
JP6370626B2 (en) Illumination optical system, illumination device, and illumination optical element
US20100053738A1 (en) High NA Catadioptric Imaging Optics For Imaging A reticle to a Pair of Imaging Locations
JP2862311B2 (en) Surface position detection device
US7561263B2 (en) Apparatus for illuminating and inspecting a surface
JP3428055B2 (en) Illumination optical device, exposure apparatus, semiconductor manufacturing method and exposure method
JP2002516650A (en) Projection light source
JP2633028B2 (en) Observation method and observation device
US8174679B2 (en) Illumination optical system, exposure apparatus, and device fabrication method
JP2004219397A (en) Optical system, solid-state imaging element illumination device having the same, and method for inspecting the solid-state imaging element
JP6806236B2 (en) Lighting equipment and methods, exposure equipment and methods, and device manufacturing methods
US7545555B2 (en) Projection device
JP2003156406A (en) Lighting optical system and lighting system for solid state image sensing device
JPS63114186A (en) Lighting apparatus
JPH0744141B2 (en) Lighting optics
JP3415571B2 (en) Scanning exposure apparatus, exposure method, and semiconductor manufacturing method
JP2004301519A (en) Optical system, solid-state image sensor lighting apparatus using the same, solid-state image sensor inspection method
JP2000295639A (en) Lighting device for inspecting solid-state image pickup element and adjustment tool used for the same
JP4765314B2 (en) Illumination optics
JP2005164346A (en) Solid-state imaging element lighting system and inspection method for solid-state imaging element
US20100149669A1 (en) Method and Apparatus for Combining EUV Sources
JPS63288014A (en) Printing device