JP7221648B2 - 照明装置及び検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置及び検査装置に関し、例えば、半導体ウエハの検査工程において、レーザ光を用いた照明光を生成する照明装置及び半導体ウエハを検査する検査装置に関する。

半導体製造におけるウエハの検査装置は、高感度・高分解能のカメラ及び高倍率レンズにより、ウエハに形成されたチップ位置をナノメーター単位で認識する。近年、生産性向上のため、検査装置による検査の工数短縮化が求められている。時間短縮のためには、ウエハを搭載したステージ速度を高速化するだけでなく、カメラがウエハ位置を認識するための撮影時間を短縮する必要がある。撮影時間は、カメラのフレームレート（１秒当たりのｆｒａｍｅ ｒａｔｅ、ｆｐｓ）に起因し、最近では高速で撮影が可能なカメラが市場投入されている。高速フレームレートでシグナルノイズレシオが高い画像を撮影するためには、カメラのセンサに入射する光の強度を大きくする必要がある。従来は、ハロゲンランプやＬＥＤ光源を用いた照明光源が搭載されてきたが、輝度不足に起因する大きなショットノイズのためカメラの高速フレームの進化に追従できていない。従って、より高輝度の照明光源が求められている。

特開２０１０－１６０３０７号公報 特開２００３－１５６７１０号公報

高輝度の照明光源として、輝度の高いレーザ光源が用いられている。これを活用することで、これまでにない高輝度の照明光を生成することができる。しかしながら、レーザ光源は、ハロゲンランプ等の光源と異なり、励起と誘導放出によって発光する原理上、光の波長及び位相がそろった干渉性の高い光を生成する。したがって、検査対象に当たって反射、回折及び散乱したレーザ光は可干渉である。すなわち、位相が合う個所では強くなり、位相が異なる個所では弱くなる。これにより、レーザ光は、干渉縞やスペックルを発生させる。この現象が検査装置では認識誤差を誘引させる。

スペックルは、粗面からの散乱光における波面の乱れによって発生し、これは計測対象からの光のみを画像センサに入射させた場合でも避けられないが、さらに他の面からの反射光もあった場合には、劇的に増加する。これは、単独の波面では、波面の隣接する部分の干渉にとどまるが、複数の波面があった場合には、視野内の全領域で干渉が発生するためである。この場合、干渉する複数の光がすべて平面に近い場合には干渉縞として観測され、粗面からの散乱光のように波面の乱れが大きな光が含まれる場合には、スペックルとして観測される。半導体検査における画像検査では、通常ウエハに形成されたマークを観測する場合が多く、スペックルや干渉縞はこれの高精度の観察において、大きな障害となる。例えば前記マークにおいてエッジ部分の画面内での位置を計測する装置においては、干渉縞やスペックルの存在は、エッジ形状を見かけ上変形させ、計測誤差を誘引する。

特許文献１では、偏光変換板を用いて偏光方向の異なった光を重畳して可干渉性を弱めている。また、特許文献２では、偏光素子を回転させ、常時偏光方向を変えることでスペックルの発生を抑制している。干渉縞及びスペックル対策において、効果的でかつ低コストの方法が望まれている。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、干渉縞及びスペックルを安価に抑制することができる照明装置及び検査装置を提供する。

本発明にかかる照明装置は、照明光としてレーザ光を生成する光源と、前記照明光の光軸に直交する断面の中心部を遮光する遮光部を含む輪帯状の開口部を持つ輪帯開口絞りと、を備え、前記輪帯開口絞りを介した前記照明光で照明する。このような構成とすることにより、フレア光の原因となるレーザ光の中心部を遮光することができるので、複数の光の干渉に起因する干渉縞及びスペックルノイズの発生を抑制することができる。

また、前記照明光の位相を空間的または時間的の少なくともいずれかに変化させる位相変調素子をさらに備える。このような構成とすることにより、照明光の位相の相互相関性を低下させることができるので、空間的または時間的に平均化させた画像を取得することにより、画像内の干渉縞及びスペックルノイズの発生を抑制することができる。

例えば、前記位相変調素子は、回転する拡散板である。このような構成とすることにより、照明光の位相の相互関連性を低下させることができるので、干渉縞及びスペックルノイズの発生を抑制することができる。

前記輪帯開口絞りは、前記照明光の平行光路に配置される。また、前記輪帯開口絞りは、前記対物レンズの入射瞳位置に配置される。さらに、前記輪帯開口絞りは、前記照明光の発散または収束光路に配置される。このような構成とすることにより、照明装置における光学部材の設計の自由度を向上させることができる。

さらに、前記遮光部は、前記光軸方向から見て、前記遮光部の中心から周縁に向かって前記照明光を透過する割合が大きい。このような構成とすることにより、スペックルの抑制に効果的なレーザ光の中心部を遮光しつつ、検査対象を照明する光量を大きくすることができ、効率的にスペックルを抑制することができる。

前記遮光部は、前記照明光を反射する反射部材を含み、反射光の少なくとも一部がレーザ光源に戻る配置とする。このような構成とすることにより、モードホップによって、照明光の波長および位相が時間的に変化し、干渉性を低減することができる。この場合、レーザは複数の縦モードを持つタイプであることが必要で、半導体レーザの場合にはファブリペロー型であることが望ましい。

また、前記遮光部は、前記光軸方向から見て、前記遮光部の中心から周縁に向かって前記照明光を反射する割合が小さい。このような構成とすることにより、干渉縞及びスペックルをさらに抑制することができる。

さらに、前記輪帯開口絞りは、透過基材に対し、前記遮光部の部分を付着、塗装、蒸着及びスパッタのうち、いずれかにより形成される。このような構成とすることにより、輪帯開口絞りを安価に製造することができる。

本発明にかかる検査装置は、照明光としてレーザ光を生成する光源と、前記照明光の光軸に直交する断面の中心部を遮光する遮光部を含む輪帯状の開口を持つ輪帯開口絞りと、前記輪帯開口絞りを介した前記照明光を検査対象に集光するとともに、前記照明光により照明された前記検査対象からの反射光、回折光及び散乱光を集光する対物レンズと、前記対物レンズにより集光された前記検査対象からの光を受光する画像センサと、を備える。このような構成とすることにより、レーザ光の中心部を遮光することで、画像センサに到達するフレア光の原因となるビームスプリッタおよび対物レンズによる反射光の発生を低減するので、画像センサ上の干渉縞及びスペックルを効果的に抑制することができる。

また、前記遮光部の大きさは、前記照明光が前記ビームスプリッタおよび前記対物レンズに入射する各面における前記照明光の反射光が前記画像センサに入射しないように決定される。このような構成とすることにより、フレア光に起因するスペックル及び干渉縞を抑制する条件を満たしつつ、最大限の照明光で検査対象を照明するように設計することができる。

さらに、前記輪帯開口絞りを介した前記照明光の一部を前記対物レンズの方向に反射または透過するビームスプリッタをさらに備え、前記ビームスプリッタは、前記対物レンズにより集光された前記検査対象からの光の一部を前記画像センサの方向に透過または反射させる。このような構成とすることにより、検査装置における光学部材の設計の自由度を向上させることができる。

前記検査対象と共役な位置に配置された視野絞りをさらに備え、前記輪帯開口絞り及び前記視野絞りは、前記ビームスプリッタよりも光源側に配置される。このような構成とすることにより、検査対象を照明する照明光の光量を大きくすることができ、検査対象を精度よく検査することができる。

本発明により、干渉縞及びスペックルを安価に抑制することができる照明装置及び検査装置を提供する。

実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。 実施形態１に係る照明装置の輪帯開口絞りを例示した平面図である。 実施形態１に係る照明装置の別の輪帯開口絞りを例示した平面図である。 比較例に係る検査装置の動作を例示した構成図である。 実施形態１に係る検査装置の動作を例示した構成図である。 実施形態１に係る照明装置の輪帯開口絞りの寸法を決める基準を例示した図である。 実施形態１に係る検査装置において、輪帯開口絞りを介した照明光の径方向の強度分布を例示したグラフであり、横軸は、照明光の直径方向の位置を示し、縦軸は、強度を示す。 実施形態１に係る検査装置において、輪帯開口絞り及び拡散板の有無とスペックル抑制評価を例示した図である。 （ａ）は、検査対象からの光及び対物レンズ等によるフレア光がそれぞれ単独で存在した場合の画像センサ上での光の強度分布を例示したグラフであり、横軸は、画像センサ上の位置を示し、縦軸は、光強度を示し、（ｂ）は、検査対象からの光及び対物レンズ等によるフレア光が、非干渉性及び可干渉性の場合の画像センサ上での強度分布を例示したグラフであり、横軸は、画像センサ上の位置を示し、縦軸は、光強度を示す。 実施形態２に係る検査装置の輪帯開口絞りを例示した平面図である。 実施形態３に係る検査装置の輪帯開口絞りを例示した平面図である。

（実施形態１）
実施形態１に係る検査装置を説明する。検査装置は、例えば、半導体検査工程における検査対象の半導体ウエハを検査する。図１は、実施形態１に係る検査装置を例示した構成図である。図１に示すように、検査装置１は、検査対象５０を照明光Ｌ１０で照明する照明装置１０を備えている。まず、照明装置１０の構成を説明する。その後、照明装置１０を備えた検査装置１の構成を説明し、検査装置１の動作を説明する。

＜照明装置の構成＞
図１に示すように、照明装置１０は、半導体検査工程における検査対象５０を、照明光Ｌ１０で照明する。照明装置１０は、光源１１、ファイバ１２、コリメータレンズ１３ａ、フォーカスレンズ１３ｂ、拡散板１４、輪帯開口絞り１５、視野絞り１６、ミラー１７、コンデンサレンズ１８、ビームスプリッタ１９、対物レンズ２０を備えている。

光源１１は、照明光Ｌ１０を生成する。光源１１は、例えば、照明光Ｌ１０としてレーザ光を生成するレーザ光源である。このように、光源１１としては、高輝度のレーザ光を生成するレーザ光源が好ましい。レーザ光を生成する光源は、例えば、半導体レーザである。好ましくは、半導体レーザは、ファブリペロー型半導体レーザである。光源１１の出射口には、例えば、ファイバ１２の一端が接続されている。光源１１から生成された照明光Ｌ１０は、例えば、ファイバ１２に導かれて、ファイバ１２の他端から射出する。例えば、照明光Ｌ１０は、ファイバ１２の他端から発散光として射出する。

例えば、コリメータレンズ１３ａは、ファイバ１２の他端から射出した発散光の照明光Ｌ１０を平行光に変換する。一方、フォーカスレンズ１３ｂは、コリメータレンズ１３ａにより変換された平行光を収束光に変換する。例えば、光源１１がレーザ光源の場合には、光源１１により生成され、ファイバ１２の他端から射出した発散光のレーザ光を、コリメータレンズ１３ａによって、平行光に変換される。そして、コリメータレンズ１３ａによって平行光に変換されたレーザ光は、フォーカスレンズ１３ｂによって収束光に変換される。

拡散板１４は、例えば、コリメータレンズ１３ａ及びフォーカスレンズ１３ｂの間に配置されている。拡散板１４は、透過した照明光Ｌ１０の位相を空間的または時間的の少なくともいずれかに変化させる位相変換素子である。例えば、拡散板１４は、時間的に位置が変化する。具体的には、拡散板１４は、回転軸ＣＤを有し、回転軸ＣＤを中心に回転する。例えば、回転軸ＣＤは、照明光Ｌ１０の光軸ＣＬに平行である。照明光Ｌ１０が、回転する拡散板１４を介することにより、照明光Ｌ１０の位相を空間的または時間的に相関を低く変化させることができる。具体的には、拡散板１４は、例えば、摺りガラスであり、照明光Ｌ１０の位相をランダムに変化させる。よって、位相の変化の周期に対して、画像センサの撮影時間を長くすることにより、画像センサで取得した画像のスペックルを低減させることができる。

なお、拡散板１４は、コリメータレンズ１３ａ及びフォーカスレンズ１３ｂの間以外における照明光Ｌ１０の光路上に配置されてもよい。拡散板１４は、発散または収束する照明光Ｌ１０の位相を空間的及び時間的の少なくともいずれかに変化させてもよい。

輪帯開口絞り１５は、例えば、コリメータレンズ１３ａ及びフォーカスレンズ１３ｂの間に配置されている。この場合には、輪帯開口絞り１５は、照明光Ｌ１０の平行光路に配置されている。輪帯開口絞り１５は、コリメータレンズ１３ａ及びフォーカスレンズ１３ｂの間において、拡散板１４と、フォーカスレンズ１３ｂとの間に配置されている。したがって、拡散板１４を透過した照明光Ｌ１０は、輪帯開口絞り１５によって、輪帯状に成形される。また、輪帯開口絞り１５は、対物レンズ２０の入射瞳位置に配置される。なお、輪帯開口絞り１５は、コリメータレンズ１３ａ及びフォーカスレンズ１３ｂの間において、コリメータレンズ１３ａと、拡散板１４との間に配置されてもよい。この場合には、輪帯開口絞り１５によって輪帯状に成形された照明光Ｌ１０は、拡散板１４によって位相が変化される。

輪帯開口絞り１５は、コリメータレンズ１３ａ及びフォーカスレンズ１３ｂの間以外における照明光Ｌ１０の光路上に配置されてもよい。さらに、輪帯開口絞り１５は、照明光Ｌ１０の発散または収束光路に配置されてもよい。よって、輪帯開口絞り１５は、発散または収束する照明光Ｌ１０を輪帯状に成形してもよい。

図２は、実施形態１に係る照明装置１０の輪帯開口絞り１５を例示した平面図である。図２に示すように、輪帯開口絞り１５は、遮光部１５ａ及び外側遮光部１５ｂを含んでいる。外側遮光部１５ｂは、円形の孔が設けられている。遮光部１５ａは、外側遮光部１５ｂの円形の孔の内部に配置されている。これにより、円環状の開口部１５ｃが形成されている。遮光部１５ａは、外側遮光部１５ｂの孔を通過する照明光Ｌ１０の光軸ＣＬに直交する断面の中心部を遮光する。これにより、輪帯開口絞り１５は、照明光Ｌ１０を輪帯状に成形する。よって、照明装置１０は、輪帯開口絞り１５を介した照明光Ｌ１０で照明する。

遮光部１５ａ及び外側遮光部１５ｂは、ガラス板等の透過基材に、クロム等の金属膜を蒸着することにより形成されてもよい。さらに、遮光部１５ａ及び外側遮光部１５ｂは、ガラス板等の透過基材に、マスク等を用いて部分的に蒸着することで形成させてもよいし、全面に金属膜を蒸着後に、エッチングにより一部分を除去して形成してもよい。蒸着の代わりにスパッタを用いてもよい。また、遮光部１５aおよび外側遮光部１５ｂが後述する反射部材を有する場合には、例えば、アルミニウムを材質としてもよい。

図３は、実施形態１に係る照明装置の別の輪帯開口絞り４５を例示した平面図である。図３に示すように、輪帯開口絞り４５の遮光部１５ａは、アーム１５ｄによって外側遮光部１５ｂに固定されてもよい。アーム１５ｄは、遮光部１５ａと外側遮光部１５ｂとの間の開口部１５ｃに跨って遮光部１５ａ及び外側遮光部１５ｂを固定する。

視野絞り１６は、例えば、フォーカスレンズ１３ｂの焦点位置に配置されている。また、視野絞り１６は、検査対象５０の検査面５１と共役な位置に配置されている。

ミラー１７は、入射した照明光Ｌ１０をビームスプリッタ１９に対して反射するように配置されている。例えば、ミラー１７は、視野絞り１６を通過した照明光Ｌ１０をビームスプリッタ１９に向けて反射する。ミラー１７は、例えば、平面鏡である。ミラー１７は、視野絞り１６を通過した発散光の照明光Ｌ１０を、発散光として反射する。

コンデンサレンズ１８は、ミラー１７で反射した照明光Ｌ１０を集光する。例えば、コンデンサレンズ１８は、ミラー１７で反射した発散光の照明光Ｌ１０を集光して、平行光に変換する。コンデンサレンズ１８は、平行光に変換した照明光Ｌ１０をビームスプリッタ１９に入射させる。

ビームスプリッタ１９は、輪帯開口絞り１５を介して入射した照明光Ｌ１０の一部を反射させる。例えば、ビームスプリッタ１９は、入射した平行光の照明光Ｌ１０の一部を対物レンズ２０の方向に反射する。輪帯開口絞り１５及び視野絞り１６は、ビームスプリッタ１９よりも光源１１側に配置されている。

対物レンズ２０は、輪帯開口絞り１５を介した照明光Ｌ１０を集光する。例えば、対物レンズ２０は、ビームスプリッタ１９によって反射した照明光Ｌ１０を、検査対象５０に対して集光する。対物レンズ２０は、検査対象５０の検査面５１に焦点が位置するように配置されている。この場合には、ビームスプリッタ１９によって反射した平行光の照明光Ｌ１０を、検査面５１に集光させる。

このように、照明装置１０は、照明光Ｌ１０により、検査対象５０の検査面５１を照明する。照明装置１０は、照明光Ｌ１０の光軸ＣＬに直交する断面の中心部を遮光する遮光部１５ａを含む輪帯開口絞り１５を備えている。よって、照明装置１０は、輪帯開口絞り１５を介した照明光Ｌ１０で検査対象５０を照明する。

＜検査装置の構成＞
次に、検査装置１を説明する。図１に示すように、検査装置１は、照明装置１０の他、結像レンズ２１、画像センサ２２も備えている。検査装置１は、例えば、落射照明方式の顕微鏡である。

検査対象５０の検査面５１を照明した照明光Ｌ１０は、検査面５１で反射及び回折する。よって、照明光Ｌ１０で照明された検査対象５０からの光Ｌ２０は、照明光Ｌ１０が検査面５１で反射及び回折した反射光及び回折光の少なくともいずれかを含んでいる。また、検査対象５０の検査面５１を照明光Ｌ１０で照明することにより、検査面５１から蛍光が生成されてもよい。この場合には、検査対象５０からの光Ｌ２０は、検査対象５０からの蛍光を含んでいる。

検査対象５０からの反射光及び回折光は発散光であり、対物レンズ２０は、照明光Ｌ１０により照明された検査対象５０からの発散光を平行光に変換する。例えば、対物レンズ２０は、検査対象５０からの発散光の光Ｌ２０を平行光としてビームスプリッタ１９に到達させる。

ビームスプリッタ１９は、対物レンズ２０により平行光に変換された検査対象５０からの光Ｌ２０の一部を画像センサ２２に対して透過させる。例えば、ビームスプリッタ１９は、平行光の光Ｌ２０の一部を透過させる。ビームスプリッタ１９を透過した光Ｌ２０は、結像レンズ２１に到達する。

結像レンズ２１は、ビームスプリッタ１９を透過した光Ｌ２０を集光する。例えば、結像レンズ２１は、ビームスプリッタ１９を透過した平行光の光Ｌ２０を画像センサ２２に対して集光する。

画像センサ２２は、対物レンズ２０により集光された検査対象５０からの光Ｌ２０を受光する。具体的には、画像センサ２２は、検査対象５０からの光Ｌ２０を結像レンズ２１によって集光して受光する。これにより、画像センサ２２は、検査対象５０の検査面５１の画像を取得する。例えば、検査対象５０が配置されたステージ（図示せず）を照明光Ｌ１０の光軸ＣＬに直交する面内で移動させることにより、検査面５１の画像を取得する。

＜検査装置の動作＞
次に、検査装置１の動作を説明する。検査装置１の動作を、比較例の動作と対比させて説明する。図４は、比較例に係る検査装置１０１の動作を例示した構成図である。図４に示す検査装置１０１は、拡散板１４及び輪帯開口絞り１５を有していない。図４では、光源１１、コリメータレンズ１３ａ、フォーカスレンズ１３ｂ、視野絞り１６、ミラー１７、コンデンサレンズ１８を省略している。

図４に示すように、検査装置１０１は、輪帯開口絞り１５を有していないので、ビームスプリッタ１９に入射する照明光Ｌ１１０は、輪帯状ではない。ビームスプリッタ１９に入射した照明光Ｌ１１０は、ビームスプリッタ１９によって一部が反射され、対物レンズ２０に入射する。そして、対物レンズ２０は、入射した照明光Ｌ１１０で検査対象５０の検査面５１を照明する。

比較例においては、対物レンズ２０は、ＮＡ内の全てに照明光Ｌ１１０が照射される。このため、ビームスプリッタ１９および対物レンズ２０内のすべてのレンズ表面に反射防止膜がついていたとしても、ビームスプリッタ１９および対物レンズ２０で反射した反射光Ｌ１１１は、画像センサ２２まで到達するフレア光となる。このフレア光も干渉性の高い光なので、複数のフレア光同士の干渉や、フレア光と検査対象５０からの光Ｌ２０との干渉により、画像センサ２２において、スペックルを増加させる。また、干渉縞を発生させる。よって、比較例の検査装置１０１は、検査の精度を向上させることができない。

なお、拡散板１４を透過させた照明光Ｌ１１０を用いても、輪帯開口絞り１５を通していない場合には、スペックル及び干渉縞を増加させ、検査の精度を低下させる。

図５は、実施形態１に係る検査装置１の動作を例示した構成図である。図５では、光源１１、コリメータレンズ１３ａ、フォーカスレンズ１３ｂ、拡散板１４、輪帯開口絞り１５、視野絞り１６、ミラー１７、コンデンサレンズ１８を省略している。本実施形態の検査装置１は、拡散板１４及び輪帯開口絞り１５を有している。したがって、図５に示すように、ビームスプリッタ１９に入射する照明光Ｌ１０は、輪帯状である。ビームスプリッタ１９に入射した照明光Ｌ１０は、ビームスプリッタ１９によって一部が反射され、対物レンズ２０に入射する。そして、対物レンズ２０は、入射した照明光Ｌ１０で検査対象５０の検査面５１を照明する。

本実施形態においては、対物レンズ２０の上面の中心付近に入射する照明光Ｌ１０は遮光されている。よって、画像センサ２２に到達するフレア光の原因となる反射光Ｌ１１１は発生しない。これにより、画像センサ２２におけるスペックル及び干渉縞を抑制し、検査の精度を向上させることができる。しかも、輪帯開口絞り１５を付加するだけであるので、安価にスペックル及び干渉縞を抑制することができる。

図６は、実施形態１に係る照明装置１０の輪帯開口絞り１５の寸法を決める基準を例示した図である。図６に示すように、輪帯開口絞り１５の寸法を決める基準は、例えば、画像センサ２２に入射する光の光線追跡によって導かれる。例えば、対物レンズ２０の上面で反射した照明光Ｌ１０のうち、画像センサ２２に入射する光は、対物レンズ２０の上面中央の領域２０ａで反射した照明光Ｌ１０である。よって、領域２０ａの部分を照明する照明光Ｌ１０を遮光するように、遮光部１５ａの寸法を決定する。すなわち、遮光部１５ａの大きさは、照明光Ｌ１０が対物レンズ２０に入射する面における照明光Ｌ１０の反射光が、画像センサ２２に入射しないように決定される。

同様に、ビームスプリッタ１９と検査対象５０との間において、照明光Ｌ１０が入射するすべての面で反射した照明光Ｌ１０のうち、画像センサ２２に入射する光を光線追跡によって導く。このようにして、輪帯開口絞り１５の寸法を決定する。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の照明装置１０は、輪帯開口絞り１５を備えている。輪帯開口絞り１５は、照明光Ｌ１０の光軸ＣＬに直交する断面の中心部を遮光するので、対物レンズ２０の上面等における反射光が画像センサ２２に入射しないようにしている。よって、干渉縞及びスペックルノイズの発生を抑制することができる。

また、レーザ光の強度は、光軸ＣＬに直交する断面において、中心ほど大きいガウシアン分布となっている場合がある。図７は、実施形態１に係る検査装置１において、輪帯開口絞り１５を介した照明光Ｌ１０の径方向の強度分布を例示したグラフであり、横軸は、照明光Ｌ１０の直径方向の位置を示し、縦軸は、強度を示す。

図７に示すように、例えば、レーザ光の強度は、中心から外側に向かってガウシアン的に減少する分布となっている。したがって、レーザ光の中心部を遮光することによって、干渉縞及びスペックルを効果的に抑制することができる。

また、照明装置１０は、輪帯開口絞り１５に加えて、位相変調素子として拡散板１４を備えている。これにより、照明光Ｌ１０の位相の状態を平均化することができる。図８は、実施形態１に係る検査装置１において、輪帯開口絞り１５及び拡散板１４の有無とスペックル抑制評価を例示した図である。図８には、ウエハ上のチップの画像に発生したスペックルを模式的に示した図と評価結果（Ａ＋＋、Ａ＋、Ａ、Ｂ）も示している。

図８のＮｏ．１に示すように、輪帯開口絞り１５が無く、拡散板１４があっても回転が停止している場合には、スペックルを所定の基準よりも抑制することができない（評価Ｂ）。Ｎｏ．２に示すように、輪帯開口絞り１５が無くても、拡散板１４が回転している場合には、スペックルを所定の基準よりも抑制することができる（評価Ａ）。Ｎｏ．３に示すように、輪帯開口絞り１５が有り、拡散板１４が回転している場合には、スペックルを所定の基準よりも効果的に抑制することができる（評価Ａ＋＋）。Ｎｏ．４に示すように、輪帯開口絞り１５が無く、拡散板１４もない場合には、スペックルを所定の基準よりも抑制することができない（評価Ｂ）。Ｎｏ．５に示すように、輪帯開口絞り１５が有れば、拡散板１４がない場合でも、スペックルを所定の基準よりも効果的に抑制することができる（評価Ａ＋）。

このように、拡散板１４が回転していれば、スペックルを所定の基準よりも抑制することができる。それに加えて、輪帯開口絞り１５があれば、スペックルをさらに効果的に抑制することができる。

本実施形態の検査装置１は、レーザ光の中心部を遮光することで、画像センサ２２に到達するフレア光の原因となるビームスプリッタ１９及び対物レンズ２０による反射光の発生を低減する。よって、画像センサ２２上の干渉縞及びスペックルを効果的に抑制することができる。本実施形態の照明装置１０のようなレーザ光を光源とする照明を用いて画像計測する場合、フレア光の低減は特別な意味を持つ。ここで、検査対象５０からの光Ｌ２０の振幅をＡｓ、対物レンズ２０等によるフレア光の振幅をＡｆとする。この場合、それぞれの光が単独で存在している場合の光の強度は、Ａｓ^２及びＡｆ^２となる。検査対象５０からの光Ｌ２０と対物レンズ２０等によるフレア光が非干渉性の場合には、画像センサ２２上の光の強度Ｉｉｎは、Ａｓ^２＋Ａｆ^２となる。しかしながら、検査対象５０からの光Ｌ２０と対物レンズ２０等によるフレア光が可干渉性の場合には、画像センサ２２上の光の強度Ｉｃｏは、（Ａｓ＋Ａｆ）^２となる。

図９（ａ）は、検査対象５０からの光Ｌ２０の強度（Ａｓ^２）及び対物レンズ２０等によるフレア光の強度（Ａｆ^２）がそれぞれ単独で存在した場合の画像センサ２２上での光の強度分布を例示したグラフであり、横軸は、画像センサ２２上の位置を示し、縦軸は、光強度を示す。図９（ｂ）は、検査対象５０からの光Ｌ２０の強度（Ａｓ^２）及び対物レンズ２０等によるフレア光の強度（Ａｆ^２）が、非干渉性及び可干渉性の場合の画像センサ上での強度分布を例示したグラフであり、横軸は、画像センサ２２上の位置を示し、縦軸は、光強度を示す。

図９（ａ）に示す２つの光が可干渉の場合には、図９（ｂ）に示すように、検査対象５０からの光Ｌ２０の強度分布が画像センサ２２上で大きく変化する。これは、光源１１がレーザ光のような可干渉性の場合には、スペックルが存在する際に、フレア光によってスペックルが画像センサ２２上で強く表れることを意味する。もちろん、画像センサ２２上の光には検査対象５０からの観測すべき光も含まれるが、スペックルとの混在により、変形した画像となり、計測誤差を発生させる。

本実施形態では、レーザ光の中心部を遮光することで、画像センサ２２に到達するフレア光の原因となるビームスプリッタ１９及び対物レンズ２０による反射光の発生を低減することができ、画像センサ２２上の干渉縞及びスペックルを効果的に抑制することができる。

輪帯開口絞り１５及び位相変調素子は、平行光路に配置してもよいし、照明光Ｌ１０の発散または収束光路に配置してもよい。また、輪帯開口絞り１５及び視野絞り１６は、ビームスプリッタ１９よりも光源１１側に配置されてもよい。よって、照明装置１０及び検査装置１における光学部材の設計の自由度を向上させることができる。

輪帯開口絞り１５は、透過基材に対し、遮光部１５ａの部分を付着、塗装、蒸着及びスパッタのうち、いずれかにより形成されてもよい。よって、輪帯開口絞り１５を安価に製造することができる。

遮光部１５ａの大きさは、対物レンズ２０の入射面で照明光Ｌ１０が反射した反射光が画像センサ２２に入射しないように決定される。よって、スペックル及び干渉縞を抑制する条件を満たしつつ、最大限の照明光Ｌ１０で検査対象５０を照明するように設計することができる。よって、検査対象５０を精度よく検査することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２を説明する。本実施形態の輪帯開口絞りの遮光部は、照明光Ｌ１０を反射する反射部材を含んでいる。図１０は、実施形態２に係る検査装置の輪帯開口絞り２５を例示した平面図である。

図１０に示すように、輪帯開口絞り２５は、遮光部２５ａ及び外側遮光部２５ｂを含み、開口部２５ｃが形成されている。遮光部２５ａは、外側遮光部２５ｂの円形の孔の内部に配置されている。遮光部２５ａは、外側遮光部２５ｂの孔を通過する照明光Ｌ１０の光軸ＣＬに直交する断面の中心部を遮光する。

本実施形態の遮光部２５ａは、照明光Ｌ１０を反射する反射部材を含んでいる。遮光部２５ａに入射した照明光Ｌ１０は、遮光部２５ａの反射部材によって反射される。遮光部２５ａによって反射された反射光は、照明光Ｌ１０の経路を逆に進み、ファイバ１２を介して光源１１に達してもよい。光源１１が共振器によりレーザ光を発振するレーザ光源の場合には、反射光によって、レーザ光源の発振状態が不安定にある場合がある。例えば、反射光によって、レーザ光源にモードホップが発生する。

モードホップは、レーザ光源において発生する発振波長の移動現象であり、発振波長の移動とともに位相も非連続的に変化する。モードホップによって、照明光Ｌ１０の波長と位相が変化し、干渉性を低減することができる。これにより、スペックルを抑制することができる。なお、この場合のレーザ光は、複数の縦モードを持つタイプであることが必要で、半導体レーザの場合には、ファブリペロー型であることが望ましい。

なお、反射部材を含んだ遮光部２５ａが、照明光Ｌ１０の中央部を遮光して輪帯状の照明光Ｌ１０を形成することは、実施形態１と同様である。それ以外の構成及び効果は、実施形態１の記載に含まれている。

（実施形態３）
次に、実施形態３を説明する。実施形態３の輪帯開口絞りの遮光部は、グラデーションタイプとなっている。図１１は、実施形態３に係る検査装置の輪帯開口絞り３５を例示した平面図である。図１１には、輪帯開口絞り３５を介した照明光Ｌ１０の強度を例示したグラフも示している。

図１１に示すように、輪帯開口絞り３５は、遮光部３５ａ及び外側遮光部３５ｂを含み、開口部３５ｃが形成されている。遮光部３５ａは、外側遮光部３５ｂの円形の孔の内部に配置されている。遮光部３５ａは、外側遮光部３５ｂの孔を通過する照明光Ｌ１０の光軸ＣＬに直交する断面の中心部を遮光する。

本実施形態の遮光部３５ａは、遮光部３５ａの中心から周縁に向かって、徐々に遮光量が低下するグラデーションタイプとなっている。すなわち、遮光部３５ａは、光軸ＣＬ方向から見て、遮光部３５ａの中心から周縁に向かって、照明光Ｌ１０を透過する割合が大きくなり、徐々に透過量が増加する。このように、遮光部３５ａの遮光量をグラデーションとすることで、スペックルの抑制に効果的なレーザ光の中心部を遮光しつつ、検査対象５０を照明する光量を大きくすることができる。よって、効率的にスペックルを抑制することができる。

なお、遮光部３５ａに、実施形態２の反射部材を組合せてもよい。具体的には、遮光部３５ａの中心から周縁に向かって、照明光Ｌ１０を反射する割合が小さく、徐々に反射量が低下するグラデーションタイプとしてもよい。これにより、干渉縞及びスペックルをさらに抑制することができる。これ以外の構成及び効果は、実施形態１及び２の記載に含まれている。

以上に記載した実施の形態１～３は、適宜組み合わせることができる。また、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１、１０１ 検査装置
１０ 照明装置
１１ 光源
１２ ファイバ
１３ａ コリメータレンズ
１３ｂ フォーカスレンズ
１４ 拡散板
１５、２５、３５、４５ 輪帯開口絞り
１５ａ、２５ａ、３５ａ 遮光部
１５ｂ、２５ｂ、３５ｂ 外側遮光部
１５ｃ、２５ｃ、３５ｃ 開口部
１５ｄ アーム
１６ 視野絞り
１７ ミラー
１８ コンデンサレンズ
１９ ビームスプリッタ
２０ 対物レンズ
２０ａ 領域
２１ 結像レンズ
２２ 画像センサ
５０ 検査対象
５１ 検査面
ＣＤ 回転軸
ＣＬ 光軸
Ｌ１０、Ｌ１１０ 照明光
Ｌ２０ 光
Ｌ１１１、Ｌ１１２ 反射光

Claims (12)

1. 照明光としてレーザ光を生成する光源と、
   前記照明光の光軸に直交する断面の中心部を遮光する遮光部を含む輪帯開口絞りと、
   を備え、
   前記輪帯開口絞りを介した前記照明光で照明する照明装置であって、
   前記遮光部は、前記照明光を反射する反射部材を含み、
   前記遮光部は、前記光軸方向から見て、前記遮光部の中心から周縁に向かって前記照明光を反射する割合が小さい、
   照明装置。
2. 前記照明光の位相を空間的または時間的の少なくともいずれかに変化させる位相変調素子をさらに備えた、
   請求項１に記載の照明装置。
3. 前記位相変調素子は、時間的に位置が変化する拡散板である、
   請求項２に記載の照明装置。
4. 前記輪帯開口絞りは、前記照明光の平行光路に配置される、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記輪帯開口絞りを介した前記照明光を集光する対物レンズをさらに備え、
   前記輪帯開口絞りは、前記対物レンズの入射瞳位置に配置される、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記輪帯開口絞りは、前記照明光の発散または収束光路に配置される、
   請求項１～３のいずれか一項に記載の照明装置。
7. 前記遮光部は、前記光軸方向から見て、前記遮光部の中心から周縁に向かって前記照明光を透過する割合が大きい、
   請求項１～６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記輪帯開口絞りは、透過基材に対し、前記遮光部の部分を付着、塗装、蒸着及びスパッタのうち、いずれかにより形成された、
   請求項１～７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 前記レーザ光を生成する光源は、半導体レーザであることを特徴とする、
   請求項１～８のいずれか一項に記載の照明装置。
10. 前記半導体レーザは、ファブリペロー型半導体レーザであることを特徴とする、
    請求項９に記載の照明装置。
11. 照明光としてレーザ光を生成する光源と、
    前記照明光の光軸に直交する断面の中心部を遮光する遮光部を含む輪帯開口絞りと、
    前記輪帯開口絞りを介した前記照明光を検査対象に集光するとともに、前記照明光により照明された前記検査対象からの光を集光する対物レンズと、
    前記対物レンズにより集光された前記検査対象からの光を受光する画像センサと、
    を備え、
    前記遮光部の大きさは、前記照明光が前記対物レンズに入射する面における前記照明光の反射光が前記画像センサに入射しないように決定される、
    検査装置。
12. 照明光としてレーザ光を生成する光源と、
    前記照明光の光軸に直交する断面の中心部を遮光する遮光部を含む輪帯開口絞りと、
    前記輪帯開口絞りを介した前記照明光を検査対象に集光するとともに、前記照明光により照明された前記検査対象からの光を集光する対物レンズと、
    前記対物レンズにより集光された前記検査対象からの光を受光する画像センサと、
    を備え、
    前記遮光部の大きさは、前記検査対象からの反射光と前記画像センサ上で可干渉なフレアが前記画像センサに入射しないように決定される、
    検査装置。

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