特許 6444945 光学検査システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6444945

(24)【登録日】2018年12月7日

(45)【発行日】2018年12月26日

(54)【発明の名称】光学検査システム

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/88 20060101AFI20181217BHJP

   G01N 21/84 20060101ALI20181217BHJP

   G02B 13/00 20060101ALI20181217BHJP

   G03B 15/05 20060101ALI20181217BHJP

   G03B 15/02 20060101ALI20181217BHJP

【ＦＩ】

   G01N21/88 Z

   G01N21/84 E

   G02B13/00

   G03B15/05

   G03B15/02 G

【請求項の数】5

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2016-121142(P2016-121142)

(22)【出願日】2016年6月17日

(65)【公開番号】特開2017-125831(P2017-125831A)

(43)【公開日】2017年7月20日

【審査請求日】2016年6月17日

(31)【優先権主張番号】105100922

(32)【優先日】2016年1月13日

(33)【優先権主張国】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】509069560

【氏名又は名称】テスト リサーチ， インク．

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】ワン ヨンフェン

(72)【発明者】

【氏名】ユ リャンピン

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２８３０６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１０−１２２８２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１０９４４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１９４３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００９−５００６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０２０９２９９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−２４０７２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２１９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９４０６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−００２５９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２１／８４ − Ｇ０１Ｎ ２１／９５８

Ｇ０１Ｂ １１／００ − Ｇ０１Ｂ １１／３０

Ｇ０２Ｂ ９／００ − Ｇ０２Ｂ １７／０８

Ｇ０２Ｂ ２１／０２ − Ｇ０２Ｂ ２１／０４

Ｇ０２Ｂ ２５／００ − Ｇ０２Ｂ ２５／０４

Ｇ０３Ｂ １５／０２

Ｇ０３Ｂ １５／０５

Ｆ２１Ｋ ９／００ − Ｆ２１Ｋ ９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００ − Ｆ２１Ｓ ４５／７０

Ｆ２１Ｖ １９／００ − Ｆ２１Ｖ １９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学検査システムであって、
第１のレンズ構成部分と、第２のレンズ構成部分を備えており、前記第１のレンズ構成部分が、前記第２のレンズ構成部分と物体側の間に配置され、前記第１のレンズ構成部分と前記第２のレンズ構成部分が共通の光軸を有するレンズモジュールと、
前記第１のレンズ構成部分と前記第２のレンズ構成部分との間に配置されており、前記第１のレンズ構成部分を通って前記物体側に向かって光を放出するように構成された光源モジュールと、
前記レンズモジュールの前記物体側とは反対の側に配置されている光電素子とを、
有し、
前記第１のレンズ構成部分及び前記第２のレンズ構成部分は共焦点系であり、かつ、前記第１のレンズ構成部分及び前記第２のレンズ構成部分は共焦点システムを形成しており、
前記光源モジュールは、前記共焦点システムの開口絞りの位置に近接して配置されており、
該光源モジュールは、前記第１のレンズ構成部分を通って前記物体側に向かって光を放出する複数の光源と、該複数の光源を保持するように構成されたキャリアと、光学フィルムとを有し、
前記キャリアは、開口と、該キャリアの開口を取り囲む底面と、前記キャリアの開口に隣接する前記底面の一端から前記物体に向かって延びる第１の側壁と、前記キャリアの開口から離れている前記底面の他端から前記物体に向かって延びる第２の側壁とを有し、
前記第１の側壁と前記底面と前記第２の側壁は、前記キャリアの開口を取り囲む凹部を形成しており、前記複数の光源は少なくとも部分的に前記凹部内に配置されており、
前記複数の光源は、前記光学フィルムと前記キャリアとの間に在り、
前記光学フィルムは開口を有し、前記キャリアの開口と前記光学フィルムの開口は、前記共通の光軸により貫通されており、全体として前記光源モジュールの開口部を形成しており、
前記光電素子は、前記レンズモジュールと前記キャリアの開口を通して前記物体側から物体光を受光するように構成されていることを特徴とする光学検査システム。

【請求項2】

前記複数の光源は、前記キャリアの開口を露出するように、前記キャリア上に環状に配列されることを特徴とする請求項１に記載の光学検査システム。

【請求項3】

前記複数の光源の第１の部分と前記複数の光源の第２の部分は、異なる放出角度を有することを特徴とする請求項１に記載の光学検査システム。

【請求項4】

前記複数の光源の第１の部分は、前記キャリアの開口の近くに環状に配列され、前記複数の光源の第２の部分は、前記キャリアの開口から離れて環状に配列されることを特徴とする請求項３に記載の光学検査システム。

【請求項5】

前記光源モジュールは、前記キャリアと前記光源との間に配置された反射層を有することを特徴とする請求項１に記載の光学検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光学システムに関し、特には、光学検査システム及び光学結像システムに関する。

【背景技術】

【0002】

最近、素子の微細化により、様々な自動の高精度検査装置が、様々な微小部品又は微小部品の様々なサンプルさえも検査するために開発されている。それらの検査装置では、検査サンプルによって反射された光を検出することを通して検査サンプルの情報を取得する。その構成においては、検査装置の光路上にいかにして光源と光電素子を配列するかが極めて重大な問題である。

【0003】

反射光が光電素子によって効果的に受光されるように、光源から伝播する光の光路を光電素子によって受けられる光の光路と一緒にするために、検査装置のあるものには、スプリッターが配置されてよい。しかしながら、スプリッターの配置により、しばしば、光の強度が減少し、光エネルギーの消費が著しく増大し得る。加えて、複数の光の光路を一緒にする（結合する）ことにおいて、光源はしばしば光軸上に直接的に配置されるので、光源内の発光ダイオードのさいの目形状（ｄｉｅ）が、検査プロセスにおいてゴーストスポットを形成する像を生じるかもしれない。

【0004】

別の装置においては、光源は検査サンプルを近くから照射するために検査装置の前方の位置に配置されてよく、光源がサンプルの反射光をさえぎる場合には、光源は光軸からはずれて配置されてもよい。しかしながら、そのような構成は光源からの著しい斜め照明を生じ、反射光が光電素子の受光範囲外となり得り、従って、サンプルが検査できなくなる。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明のいくつかの実施態様では、光源モジュールが開口部を備え、かつ、光学検査装置の開口絞り（アパーチャストップ）の位置に近接して配置されるように構成されて、検査サンプルからの反射光の影響を受けずに、光源を光学検査システムの光軸にできるだけ近づけることができる光学検査システムが提供される。その構成（配置）を通して、光源モジュールはほとんど垂直な入射光を提供し、反射光が光電素子の受光範囲内に向けられる。スプリッターの配置によるエネルギー消費についての問題は解決され、光軸上に直接的に配置された光源から結果として生じるゴーストスポットは防がれる。加えて、検査サンプルの表面が十分に平坦ではない場合においては、垂直入射光と比較して、ほとんど垂直な入射光は光電素子の受光範囲内に向けられる（入る）のに役立ち、そのことは光学検査システムの検査に関して有益である。

【0006】

本発明のいくつかの実施態様では、光源が開口部を備えるように構成され、ほぼ垂直な入射光を提供する光学結像システムが提供される。光源は、レンズを通して物体上に結像されることができる。物体サンプルの表面が十分に平坦でない場合には、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは、垂直入射光によって形成された認識パターンよりもより良い認識（識別）において有用である。

【0007】

本発明のいくつかの実施態様によれば、光学検査システムはレンズモジュール、光源モジュール、及び光電素子を有する。レンズモジュールは第１のレンズ構成部分と第２のレンズ構成部分を含む。第１のレンズ構成部分は、第２のレンズ構成部分と物体側の間に配置され、第１のレンズ構成部分と第２のレンズ構成部分が共通の光軸を有する。光源モジュールは、第１のレンズ構成部分と第２のレンズ構成部分との間に配置され、光軸が貫通する開口部を有する。光源モジュールは、光を第１のレンズ構成部分を通って物体側に向かって放出するように構成される。光電素子は、レンズモジュールの物体側とは反対の側に配置される。光電素子は、レンズモジュールと光源モジュールの開口部を通して物体側から来る物体光を受光するように構成される。

【0008】

本発明のいくつかの実施態様によれば、光学結像システムがレンズモジュールと光源モジュールを有する。レンズモジュールは、物体と光検出側との間に配置され、光軸を有する。光源モジュールは、レンズモジュールと光検出側との間に配置される。光源モジュールは開口部を備え、レンズモジュールの光軸はその開口部を貫通し、光源モジュールは、物体が光検出側へ像を反射するように、レンズモジュールを通して物体上に像を形成する。

【0009】

前述の一般的な記載と後述する詳細な記載は、例によるものであり、特許請求の範囲に記載の発明をより詳細に説明するために意図されたものであることが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【0010】

本発明は、以下の図面を参照して、実施態様の以下の詳細な記載によって、より十分に理解されることができる。

【図1A】本発明の一実施態様による光学検査システムの模式図である。

【図1B】図１Ａの光学検査システムの光源モジュールの上面図である。

【図1C】図１Ｂの光学検査システムの光源モジュールの断面図である。

【図1D】本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュールの断面図である。

【図2A】本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュールの上面図である。

【図2B】図２Ａの光学検査システムの光源モジュールの作動を示す模式図である。

【図2C】本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュールの上面図である。

【図3A】本発明の別の実施態様による光学検査システムの模式図である。

【図3B】本発明の別の実施態様による光学検査システムの模式図である。

【図3C】本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュールの模式図である。

【図4A】本発明の別の実施態様による光学検査システムの模式図である。

【図4B】本発明の別の実施態様による光学検査システムの模式図である。

【図4C】本発明の別の実施態様による光学検査システムの模式図である。

【図5A】本発明の別の実施態様による光学結像システムの模式図である。

【図5B】本発明の別の実施態様による光学結像システムの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下では本発明の実施態様への参照が詳細になされ、複数の例が以下の図面を用いて説明される。可能な限り、同じ符号が、同一又は同様な部分を参照するために図面と明細書において使用される。

【0012】

図１Ａは、本発明の一実施態様による光学検査システム１００の模式図である。光学検査システム１００は、レンズモジュール１１０、光源モジュール１２０、及び光電素子１３０を有する。レンズモジュール１１０は、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４を備える。第１のレンズ構成部分１１２は、第２のレンズ構成部分１１４と物体側２００の間に配置され、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４が共通の光軸Ｏ１を有する。光源モジュール１２０は第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４との間に配置され、光軸Ｏ１が貫通する開口部１２２を有している。光源モジュール１２０は、第１のレンズ構成部分１１２を通って物体側２００に向かって光ＳＬを放出するように構成されている。光電性素子１３０は、レンズモジュール１１０の物体側２００とは反対の側に配置される。光電素子１３０は、レンズモジュール１１０と光源モジュール１２０の開口部１２２を通して物体側２００から物体光ＯＬを受光するように構成される。

【0013】

光学検査システム１００は、レンズモジュール１１０を通るビームの直径を制限する開口絞り（アパーチャストップ）を含み、開口絞りは光学検査システム１００内のビームが最小の直径になる位置に近接して配置される。本実施態様においては、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４は共焦点（コンフォーカル）系であり、従って、共焦点システムを形成する。開口絞りは、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４の共焦点位置に近接して配置される。本発明の１つ以上の実施態様においては、光源モジュール１２０は、光学検査システム１００の開口絞りの位置に隣接して配置される。

【0014】

本発明の様々な実施態様において、光源モジュール１２０は開口絞りの位置に距離公差（許容範囲）をもって配置されてよく、その距離公差とは、配置誤差が応用（アプリケーション）に対して受け入れられる範囲の距離である。距離公差は、数ミリメーターでよいが、それには限定されない。いくつかの実施態様において、もし光源モジュール１２０が開口絞りと第１のレンズ構成部分１１２との間に配置されるならば、開口絞りと第１のレンズ構成部分１１２の前側面の間の距離ＬＡの２５％未満の距離までに光源モジュール１２０を開口絞りから離して設置するのが良好である。いくつかの他の実施態様において、もし光源モジュール１２０が、開口絞りと第２のレンズ構成部分１１４の間に配置されるならば、開口絞りと第２のレンズ構成部分１１４の後側面の間の距離ＬＢの２５％未満の距離までに光源モジュール１２０を開口絞りから離して設置するのが良好である。すなわち、光源モジュール１２０は、光学検査システム１００の開口絞りに対して距離ＬＡの＋２５％、及び距離ＬＢの−２５％の公差をもって配置されてよい（前側を＋、後側を−で表す）。

【0015】

いくつかの実施態様においては、光源モジュール１２０の開口部１２２の最も狭い部分が開口絞りになる。換言すると、光源モジュール１２０の穴（ホール）が、光学検査システム１００の口径（アパーチャ）でよい。ここで、例として、望遠鏡システムが挙げられるが、それは本発明の範囲を限定するべきではない。光源モジュール１２０は他のシステムの開口絞りの位置に近接して配置されてよく、光源モジュール１２０は光路の大きさの制限と照明の両方の機能を提供する。

【0016】

物体側２００にある検査サンプルを検査するとき、光源モジュールが物体側２００に光ＳＬを放出し、光ＳＬが第１のレンズ構成部分１１２を通り、物体側２００の検査サンプルに到達し、検査サンプルは光ＳＬを反射し、光ＳＬは以降は物体光ＯＬと言う。物体光ＯＬは、第１のレンズ構成部分１１２、光源モジュール１２０の開口部１２２、及び、第２のレンズ構成部分１１４を通って光電素子１３０へ送られる（伝播される）。検査サンプルの表面のトポグラフィー（微細構成）の情報は、レンズモジュール１１０によって光電素子１３０上に結像されてよく、それにより、光電素子１３０は検査サンプルの情報を取得する。

【0017】

具体的には、本発明の実施態様においては、（物体側２００に配置された）検査サンプル、レンズモジュール１１０、光電素子１３０、及びレンズモジュール１１０の内部素子の位置は、結像の公式を満たすことができる。ここでは、例えば、薄いレンズを仮定する。レンズモジュール１１０を、ｆの焦点距離を持つ薄いレンズとする。像を結ぶために、検査サンプルと光電素子１３０の配置は、以下の薄いレンズの公式を満たす。
ｕ^−１＋ｖ^−１＝ｆ^−１
ここで、ｕは検査サンプルと薄いレンズの間の距離であり、ｖは光電素子１３０と薄いレンズの間の距離である。レンズのある厚さとレンズ群の厚さの考慮を伴う実際のアプリケーションにおいて、この薄いレンズの公式が本発明の様々な実施態様を限定するものではない。

【0018】

一方で、開口部１２２を備える光源モジュール１２０を配置する本発明の実施態様において、光源モジュール１２０から放出される光ＳＬの光路は、光電素子１３０によって受光される物体光ＯＬの光路に結合される（一緒にされる）ことができ、それはそれぞれのビームの中央部が実質的に互いに一致することを意味している。光学検査システム１００では、スプリッターの使用によって生じる重大なエネルギー消費をこうむることがなく、光軸Ｏ１上に直接的に配置された光源によって生じる複数のゴーストスポットも防がれ得る。他方で、光学検査システム１００の開口絞りの位置に近接して光源モジュール１２０を配置することによって、光源モジュール１２０は物体光ＯＬに影響を与えること、又は、物体光ＯＬを妨げることなしに、光学検査システム１００の光軸Ｏ１にできるだけ近づけることができ、それにより、光源モジュール１２０は物体側２００にほぼ垂直な入射光を提供し得る（例えば、第１のレンズ構成部分１１２を通る光ＳＬの伝播方向と光軸Ｏ１の間の角度は、±０．１°から±１０°の範囲、±０．１°から±５°の範囲、±０．１°から±３°の範囲内等である）。いくつかの実施態様において、第１のレンズ構成部分１１２を通る光は、垂直入射光（すなわち、光の光伝播方向と光軸Ｏ１の間の角度が０）が除外されてもよい。ここで、Ｆ／８の光学検査システム（カメラ）については、角度は±３°未満でよい。

【0019】

本発明のいくつかの実施態様においては、光源モジュール１２０は環状であり、環状光源モジュール１２０として参照されてよいが、それは本発明の様々な実施態様を限定するものではない。光源モジュール１２０は、例えば、正方形、楕円、又は三角形のような、内部に開口部１２２を備える他の形状でもよい。択一的に、光源モジュール１２０は、複数の分離した、又は、分断された光源部品（部分）から構成されてよい。

【0020】

図１Ｂは、図１Ａの光学検査システム１００の光源モジュール１２０の上面図である。図１Ｃは、図１Ｂの光学検査システム１００の光源モジュール１２０の断面図である。図１Ｂと図１Ｃの両方がここで参照される。１つ以上の実施態様において、光源モジュール１２０は、複数の光源１２４とキャリア１２６を含む。複数の光源１２４は、物体側２００に向かって光を放出し（図１Ａ参照）、キャリア１２６はキャリア内に複数の光源１２４を保持するように構成され、キャリア１２６は、光源モジュール１２０の開口部１２２を形成し、光軸Ｏ１（図１Ａ参照）が貫通する開口１２６ａを有する。

【0021】

本実施態様においては、光源モジュール１２０のキャリア１２６は、キャリア１２６の開口１２６ａの少なくとも一方の側（面）に配置された凹部（リセス）１２６ｂを含む。凹部１２６ｂの開口は、物体側２００（図１Ａ参照）に対向し、複数の光源１２４は物体側２００（図１Ａ参照）に向かって光を放出するように、少なくとも一部は凹部１２６ｂ内に配置される。ここで、複数の光源１２４は、キャリア１２６の底面１２６ｃ及び側壁１２６ｄ上に形成されてよい。別の実施態様においては、製作の難しさのために、複数の光源１２４はキャリア１２６の底面１２６ｃ上に配置され、側壁１２６ｄ上には配置されなくてよい。本実施態様においては、凹部１２６ｂはキャリア１２６の開口１２６ａを取り囲み、それにより、複数の光源１２４も同様に開口１２６ａを取り囲む。

【0022】

いくつかの実施態様において、光源モジュール１２０はキャリア１２６と複数の光源１２４の間に配置された反射層１２７を含んでよい。ここで、反射層１２７は凹部１２６ｂ内に配置されてよく、光の出力を増加させるための反射カップ（ｃｕｐ）を構成する。いくつかの実施態様において、凹部１２６ｂは傾斜した側壁を備える。傾斜した側壁は、反射層１２７が光を反射するのに役立ち、他方で、傾斜した側壁により、光学検査システム１００の開口絞りの位置を確定するために、開口１２６ａの最も狭い部分を形成する。例えば、最も狭い部分は、図１Ａの物体側２００に隣接する。

【0023】

加えて、光源モジュール１２０はさらに、例えば、散光（ｄｉｆｆｕｓｅｒ）フィルム又はフレネルレンズフィルムのような光学フィルム１２８を含んでよい。光学フィルムは、複数の光源１２４から放出された光の分布均一性を改善するために、複数の光源１２４と物体側２００の間にある。

【0024】

ここで、複数の光源１２４は、複数のハロゲンランプ、複数の発光ダイオード、複数の有機発光ダイード、又は他の複数の照明素子でよい。キャリア１２６は、複数の光源１２４とその回路を保持するために良好な堅さ（剛性）を有しており、キャリア１２６はガラス、プラスティック、金属等でよい。いくつかの実施態様において、キャリア１２６は、物体側２００（図１Ａ参照）から来る光を妨げても（ふさいでも）よく、キャリア１２６は光学検査システムが用いるスペクトル波長において低い透過率を有する。反射層１２７の材料は、例えば、銀、アルミニウム、銅、硫酸バリウム、酸化チタニウム、又は、他の高い反射率を有する材料のようなものであり、光学検査システムで用いられる光のスペクトル波長において８０％を超える反射率を有している。光学フィルム１２８の材料は、ポリエステルアクリレイトでよい。光電素子は、電荷結合素子（ＣＣＤ）又は他の感光性素子でよい。

【0025】

本発明のいくつか実施態様においては、光源１２４は可視光線源又は不可視光線源でよい。光源のスペクトルに従って、反射層１２７、光学フィルム１２８、第１のレンズ構成部分１１２、及び第２のレンズ構成部分１１４の材料が対応して調整される。例えば、可視光線から赤外線までの領域においては、銀は高い反射率を有するが、３４０ナノメーター未満の波長の範囲については、銀は低い反射率を有する。アルミニウムは、紫外線から赤外線までの範囲において高い反射率を有する。複数の光源１２４が可視光線源であるときは、反射層１２７の材質は可視光線を反射するようにより多くの銀を含んでよい。それに反して、複数の光源１２４が紫外光線源であるときは、反射層１２７の材質は紫外光線を反射するようにより多くのアルミニウムを含んでよい。

【0026】

加えて、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４は、複数の光源１２４から放出された光を実質的に吸収しないことが求められ、また、複数の光源１２４から放出された光によって、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４の物質特性を容易に損なわないことが求められる（例えば、接着部の赤外線放射による分離又はＵＶ劣化）。

【0027】

図１Ｄは、本発明の別の実施態様による光学検査システム１００の光源モジュール１２０の断面図である。本実施態様は図１Ｃの実施態様に類似しているが、本実施態様においては、光源モジュール１２０のキャリア１２６が凹部１２６ｂを含まずに、複数の光源１２４が物体側２００に対向する平坦なキャリア１２６の側（面）に直接的に配置されている点において相違している。

【0028】

前述したのと同様に、光源モジュール１２０は、出力光を改善するために、キャリア１２６と複数の光源１２４の間に配置された反射層１２７を含んでよい。

【0029】

本実施態様の他の詳細については、図１Ｃの実施態様に示されたものと実質的に同じであるため、ここでは、繰り返して説明はしない。実際の応用においては、光源モジュール１２０の構造は、光学検査システム１００の空間的な要求（必要）に基づいて設計されてよく、図に示された構造は本発明の範囲を限定するものではない。

【0030】

図２Ａは、本発明の別の実施態様による光学検査システム１００の光源モジュール１２０の上面図である。本発明の1つ以上の実施態様において、複数の光源１２４は、キャリア１２６の開口１２６ａを露出するように、キャリア１２６上に環状に配置される。いくつかの実施態様において、複数の光源１２４は、単一の制御システムによって点灯（オン）又は消灯（オフ）されてよい。いくつかの実施態様において、複数の光源１２４の複数の異なる部分は、複数の制御システムによってそれぞれ点灯又は消灯されてよく、複数の光源１２４の異なる部分は、異なる放出角度を有してよい。以下で、複数の制御システムによって光源モジュール１２０の複数の光源１２４を制御する方法が説明される。

【0031】

具体的には、本実施態様において、複数の光源１２４ａによる第１の部分Ｐ１は、キャリア１２６の開口１２６ａに近接して環状に配置されており、複数の光源１２４ｂによる第２の部分Ｐ２は、キャリア１２６の開口１２６ａから離れて環状に配置される。複数の光源１２４ａによる第１の部分Ｐ１と複数の光源１２４ｂによる第２の部分Ｐ２は、それぞれ異なる放出角度を有する。例えば、物体側２００について（図１Ａ参照）、複数の光源１２４ａによる第１の部分Ｐ１によって提供された光は、複数の光源１２４ｂによる第２の部分Ｐ２によって提供された光よりも、より垂直に入射する。

【0032】

図２Ｂは、図２Ａの光学検査システムの光源モジュール１２０の作動を示す模式図である。ここで、明瞭に表示するために、光電素子１３０と物体側にある物体だけが描かれ、光学検査システムの光源モジュールと関係するレンズモジュールは省略されている。ここで、図２Ａと図２Ｂを参照する。物体が検査されるとき、最初に、複数の光源１２４ａによる第１の部分Ｐ１が物体に光ＳＬ１を提供し、次に、複数の光源１２４ｂによる第２の部分Ｐ２が物体へ光ＳＬ２を提供し、物体は順番に異なる放出角度を有する光ＳＬ１とＳＬ２を受光する。

【0033】

いくつかの実施態様において、複数の光源１２４ａによる第１の部分Ｐ１と複数の光源１２４ｂによる第２の部分Ｐ２は、同時に、光ＳＬ１とＳＬ２を提供してもよい。この構成により、より滑らかな表面領域ＲＡは、光電素子１３０へ光ＳＬ１とＳＬ２を反射してよく、それに比べ滑らかでない表面領域ＲＢは、光電素子１３０へ光ＳＬ２だけを反射してもよい。このとき、複数の光源１２４ａと複数の光源１２４ｂは、認識（識別）を改善するために、異なる波長を有する光を提供するように構成されてよい。例えば、複数の光源１２４ａは青色の光源であり、複数の光源１２４ｂは赤色の光源であり、表面領域ＲＡは紫色（青色と赤色の混合）を示し、表面領域ＲＢは赤色を示す。異なる放出角度を有する複数の光源１２４ａと複数の光源１２４ｂにより、物体の表面は、物体の表面トポグラフィーについての詳細な情報を取得するように、層ごとに検査されてよい。

【0034】

ここで、光ＳＬ１が光ＳＬ２よりも光軸に対してより平行であることを示すために、光ＳＬ１は実質的に鉛直に描かれている。しかしながら、実際の構成においては、光ＳＬ１は完全には鉛直でない。図２Ｂは、本発明の複数の実施態様の概念と設計を例示するためだけに描かれており、光の角度、物体の表面、又は図に示された他の詳細は、本発明の範囲を限定するものではない。

【0035】

図２Ｃは、本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュール１２０の上面図である。本実施態様は、図２Ａの実施態様に類似であるが、本実施態様においては、複数の光源１２４が第１の部分Ｐ１、第２の部分Ｐ２、第３の部分Ｐ３、及び第４の部分Ｐ４を含む点において異なっている。物体が検査されるとき、複数の光源１２４の照明パターンが完全には対称ではないように、第１の部分Ｐ１と第４の部分Ｐ４が同時に照射するように制御されてよく、又は、第２の部分Ｐ２と第３の部分Ｐ３が同時に照射するように制御されてよい。

【0036】

上述したのと同様に、複数の光源１２４の各部分は、異なる放出角度と光の色を有してよく、層ごとの検査が達成され得る。

【0037】

ここで、図２Ａ及び図２Ｃに描かれた構成は、本発明の範囲を限定するものではなく、実際の応用において、複数の光源１２４の配列に関して、複数の様式の設計があり得る。例えば、複数の光源１２４は、環状形状を除く複数の形状で配列されてよいが、それでも、層ごとの検査のために複数の部分を含む。

【0038】

図３Ａは、本発明の別の実施態様による光学検査システム１００の模式図である。本実施態様は、図１Ａの実施態様に類似するが、本実施態様においては、光源モジュール１２０が少なくとも１つの光源１２４と反射鏡（ミラー）１２９を含む点において異なっている。光源１２４は光を放出するように構成される。反射鏡１２９は、光源１２４から来る光を物体側２００へ反射するように構成され、反射鏡１２９は光源モジュール１２０の開口を形成するように、光軸Ｏ１が通る（貫通する）開口１２９ａを備える。

【0039】

本実施態様において、反射鏡１２９は平面反射鏡である。平面反射鏡は、高い反射率を有する複数の反射層を含み、平面反射鏡の材質は、銀、アルミニウム、銅、硫化バリウム、酸化チタニウム、又は、光を反射するために、高い反射率を備える他の物質でよい。複数の反射層は平坦な表面を有してよい。さらに、反射鏡１２９の表面の粗さ（算術的平均偏差；Ｒａ）が、ある粗さ未満であるように構成され、そのような粗さを有する反射鏡１２９は、完全な反射鏡又は光の散乱を実現することができる平面反射鏡と見なされてよい。いくつかの実施態様において、ある粗さが、光学検査システム１００に基づいて設定されてよい。例えば、ある粗さとは約１．６マイクロメーター（μｍ）未満でよい。もちろん、ある粗さの数値は本発明の範囲を限定するものではない。他の実施態様において、ある粗さは１μｍと１．６μｍの間のどのような値でもよい。

【0040】

本実施態様において、光源１２４からの光の光伝播方向と平面反射鏡（反射鏡１２９）に垂直な方向はその間に角度を成し、その角度は平面反射鏡（反射鏡１２９）に垂直な方向と光軸Ｏ１との間の角度に実質的に等しい。例えば、その角度は約４５°であるが、それは本発明の範囲を限定するものではなく、実際の応用においては、その角度は光学検査システム１００の空間的な配置（構成）に基づいて決定されてよい。

【0041】

物体側２００にある検査サンプルが検査されるとき、複数の光源１２４は反射鏡１２９での反射を通して光ＳＬを物体側２００へ提供する。光ＳＬは、第１のレンズ構成部分１１２を通して物体側２００にある検査サンプルへ伝播される（送られる）。検査サンプルによって反射された後で、物体光ＯＬは第１のレンズ構成部分１１２、光源モジュール１２０の反射鏡１２９の開口１２９ａ、及び第２のレンズ構成部分１１４を通って、光電素子１３０へ送られ、さらに、光電素子１３０は検査サンプルの情報を取得する。本実施態様の他の詳細については、図１Ａの実施態様のものと同様であり、従って、ここでは説明を繰り返さない。

【0042】

図３Ｂは、本発明の別の実施態様による光学検査システム１００の模式図である。本実施態様は、図３Ａの実施態様と類似であるが、本実施態様は、反射鏡１２９が２つの平面反射鏡を含み、複数の光源１２４の数が２であり、２つの平面反射鏡は光軸Ｏ１の互いに反対側にそれぞれ配置されて、全体として開口１２９ａを成す。

【0043】

前述したのと同様に、本実施態様においては、複数（２つ）の光源の各々からの光の光伝播方向と複数（２つ）の平面反射鏡（反射鏡１２９）の各々とは、その間に角度を成し、その角度は該平面反射鏡（反射鏡１２９）に垂直な方向と光軸Ｏ１との間の角度に実質的に等しい。本実施態様の他の詳細はこれまでの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。

【0044】

図３Ａと図３Ｂに示された配置（構成）に加えて、反射鏡１２９と光源１２４は他の方法（やり方）で設計されてもよいことが理解されるべきである。図３Ｃは、本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュール１２０の模式図である。光源モジュール１２０の構造的な配置において、反射鏡１２９は、物体側に対向する反射鏡１２９の側に粗い反射面１２９ｂを有する。換言すると、反射鏡１２９は、これまで説明した平面反射鏡でなくともよい。光源１２４から来る光が表面１２９ｂへ送られ、表面１２９ｂは、光のより均一な強度分布を形成するように、物体側へ光を放散的に（拡散的に）反射する。これまで例示した平面反射鏡と比べて、本実施態様の反射鏡１２９は光を放散させるより高い能力を有する。具体的には、本実施態様において、反射鏡１２９の表面１２９ｂの算術的平均偏差（Ｒａ）は、例えば、１．６μｍのような以前例示した、ある粗さより大きくてよい。

【0045】

反射鏡１２９の様々な構成がこれまでの記載の中でもたらされてきた。反射鏡１２９の上面図をこれまで示していないけれども、当業者は、反射鏡１２９は例えば内部に開口を備えた円、正方形、楕円、又は三角形のような他の形状でもよいということを理解し得ることに注意すべきである。反射鏡は完全に連続的な構造でよい。択一的に、反射鏡１２９は複数の分離した、又は、分断された反射部品（部分）から構成されてよい。図に示された反射鏡１２９の詳細は、本発明の範囲を限定するものではない。

【0046】

図４Ａは本発明の別の実施態様による光学検査システム１００の模式図である。本実施態様は図１Ａの実施態様に類似しているが、本実施態様は、第１のレンズ構成部分と第２のレンズ構成部分が全体としてダブルガウスレンズを構成する点において異なっている。ここで、光源モジュール１２０は、ダブルガウスレンズの開口絞りの位置に近接して配置される。具体的には、光源モジュール１２０の開口部１２２の最も狭い部分が開口絞りである。ダブルガウスレンズは、開口絞りに関して実質的に対称であるレンズ群のタイプ（様式）であり、負のレンズ（発散レンズ）が開口絞りを囲み、正のレンズ（収斂レンズ）とメニスカスレンズがその周囲（外側）に配置され、正のレンズとメニスカスレンズは適切な距離で並べられる。

【0047】

換言すると、本実施態様においては、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４は、相互に実質的に同様であり、それぞれ負のレンズ、正のレンズ、及びメニスカスレンズを含み、第１のレンズ構成部分１１２と第２のレンズ構成部分１１４は、光源モジュール１２０の開口部１２２の最も狭い部分に関して中心的に対称に配置される。

【0048】

本実施態様の他の詳細は図１Ａの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。

【0049】

図４Ｂは、本発明の別の実施態様による光学検査システム１００の模式図である。本実施態様は図１Ａの実施態様と類似であるが、本実施態様においては、第１のレンズ構成部分と第２のレンズ構成部分が全体としてクックトリプレットを構成する点において異なっている。ここで、光源モジュール１２０は、クックトリプレットの開口絞りである。

【0050】

具体的には、第１のレンズ構成部分１１２は凸レンズと凹レンズを含み、第２のレンズ構成部分１１４は凸レンズを含む。第１のレンズ構成部分１１２の凸レンズと第２のレンズ構成部分１１４の凸レンズは、第１のレンズ構成部分１１２の凹レンズの前後にそれぞれ配置され、第１のレンズ構成部分１１２の凹レンズから所定の距離に保持され、そして、実質的に対称な設計を形成する。光源モジュール１２０は、開口絞りの位置に隣接して配置され、従って、第１のレンズ構成部分１１２の凹レンズと第２のレンズ構成部分１１４の凸レンズの間に配置される。

【0051】

本実施態様の他の詳細は図１Ａの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。

【0052】

図４Ｃは、本発明の別の実施態様による光学検査システム１００の模式図である。本実施態様は図１Ａの実施態様と類似であるが、本実施態様においては、第１のレンズ構成部分と第２のレンズ構成部分が全体としてテッサーを構成する点において異なっている。光源モジュール１２０は、テッサーの開口絞りの位置に隣接して配置される。

【0053】

具体的には、第１のレンズ構成部分１１２は凸レンズと凹レンズを含み、第２のレンズ構成部分１１４は複合レンズを含む。第１のレンズ構成部分１１２の凸レンズと第２のレンズ構成部分１１４の複合レンズは、第１のレンズ構成部分１１２の凹レンズの前後に配置され、第１のレンズ構成部分１１２の凹レンズから所定の距離に保持される。光源モジュール１２０は、第１のレンズ構成部分１１２の凹レンズと第２のレンズ構成部分１１４の複合レンズの間に配置された開口絞りとして働く。

【0054】

本実施態様の他の詳細は図１Ａの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。

【0055】

図５Ａは、本発明の別の実施態様による光学結像システム３００の模式図である。光学結像システム３００は、レンズモジュール３１０と光源モジュール３２０を有している。レンズモジュール３１０は、物体４００と光検出側５００の間に配置され、光軸Ｏ２を有する。光源モジュール３２０は、レンズモジュール３１０と光検出側５００の間に配置される。光源モジュール３２０は、開口部３２２を含み、レンズモジュール３１０の光軸Ｏ２が開口部３２２を貫通する。光源モジュール３２０は、物体４００が光検出側５００へ像を反射するように、レンズモジュール３１０を通って物体４００上に像を形成するように構成される。

【0056】

本実施態様においては、光源モジュール３２０は、少なくとも１つの光源３２４、少なくとも１つの反射鏡、少なくとも１つの光源レンズ構成部分３２８を備えている。反射鏡３２６は、光源３２４から放出された光を反射するように構成され、その光ＰＬが物体４００へ向かって伝播し、反射鏡３２６は、光源モジュール３２０の開口部３２２を形成するように、光軸Ｏ２が通る開口３２６ａを有している。ここで、前の実施態様において示された反射鏡（図３Ａ参照）のように、反射鏡３２６は平面反射鏡であり、光源３２４からの光の光伝播方向と平面反射鏡に垂直な方向はその間に角度を成し、その角度は該平面反射鏡に垂直な方向と光軸Ｏ２との間の角度に実質的に等しい。光源レンズ構成部分３２８は、光源３２４と反射鏡３２６の間に配置され、光源レンズ構成部分３２８は、光源３２４から放出された光が物体４００に像を形成するのを助けるように構成される。

【0057】

本実施態様においては、光源３２４から放出された光は、あるパターンを備えてよい。択一的に、（例えばスリット又は正方形の穴のような）特別なパターンが形成された複数の開口を備えるいくつかの遮蔽シートが、該遮蔽シートを通過した後で、光源３２４から放出された光があるパターンを備えるように、一様な光源３２４の前に配置されてよい。１つ以上の実施態様において、光源３２４、光源レンズ構成部分３２８、レンズモジュール３１０、及び物体４００の配置を結像の公式を満たすように調整することによって、光源３２４のパターンが物体４００上に結像されてよい。より明瞭な例示のために、ここで例として薄いレンズを取りあげる。光源レンズ構成部分３２８とレンズモジュール３１０を、焦点距離ｆを有する薄いレンズであるとみなす（考える）。結像させるために、（複数の）光源３２４、光源レンズ構成部分３２８、レンズモジュール３１０、及び物体４００の配置は薄いレンズについての以下の公式を満たす。
ｕ^−１＋ｖ^−１＝ｆ^−１
ここで、ｕは光源３２４と薄いレンズの間の距離であり、ｖは物体４００と薄いレンズの間の距離である。実際の応用では、レンズのある厚さとレンズ群の厚さが考慮され、薄いレンズの公式は本発明の様々な実施態様を制限するものではない。

【0058】

その配置を通して、光源モジュール３２０は物体４００上に像を形成してよい。開口３２６ａを備える光源モジュール３２０の反射鏡３２６の構成によって、光源モジュール３２０はほとんど垂直な入射光ＰＬを提供し得る。いくつかの実施態様において、光源モジュール３２０によって提供された光ＰＬは、垂直入射光を除外している。物体４００の表面が十分にフラットではないいくつかの場合において、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは、垂直な入射光によって形成された認識パターンよりも、より垂直に反射されることができ、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは続いて起こる認識（識別）のためにより有用である。

【0059】

ここで、物体４００は開口部３２２を通して光検出側５００へ像を反射する。具体的には、以前の実施態様で例示された光電素子が光検出側５００に配置されてよい。光電素子は物体４００から像を受光するために、光軸Ｏ２上に配置される。図１Ａの実施態様に示した通り、物体４００、光電素子、他のレンズ、及びレンズモジュール３１０の配置が結像の公式を満たすように、及び、物体４００によって反射された像が光電素子上に結像され得るように、光電素子とレンズモジュール３１０の間に他のレンズがあってもよい。しかしながら、光電素子は光軸上に配置されることに限定されずに、光電素子が開口部３２２を通して像を検出する代わりに、側面の側から物体４００上の像を検出してもよいことが理解されるべきである。実際の応用においては、光学結像システム３００は光電素子を含まなくともよく、ユーザーは裸眼で側面方向から物体４００上の像を直接的に観察してもよい。

【0060】

１つの平面反射鏡だけが図に示されているが、実際の応用ではそれに限定されない。いくつかの実施態様においては、これまでに示したように、反射鏡３２６は２つの平面反射鏡を備え、複数の光源３２４の数が２であり、（２つの）平面反射鏡は光軸Ｏ２の互いに反対側にそれぞれ配置されて、全体として（反射鏡の）開口を成す。複数の光源３２４の各々からの光の光伝播方向と複数の平面反射鏡の各々に垂直な方向はその間に角度を成し、その角度は前述の平面反射鏡に垂直な方向と光軸Ｏ２との間の角度に実質的に等しい。択一的に、反射鏡３２６は、光が物体４００へ放散的に反射されるように、粗い表面を備えてもよい（すなわち、算術的平均偏差が１．６μｍより大きい）。

【0061】

本実施態様において、光源レンズ構成部分３２８は、図に示されたように、ダブレットレンズでもよく、光源レンズ構成部分３２８は凹レンズと凸レンズから構成されるが、図に示された構成は本発明の範囲を制限するものではない。加えて、本実施態様の光源モジュール３２０は、様々な設計を含んでよく、関係する設計のあるものは、これまでの実施態様の光源モジュール１２０への参照がなされてよく、関係する詳細はここでは繰り返さない。

【0062】

図５Ｂは、本発明の別の実施態様による光学結像システム３００の模式図である。本実施態様は、図５Ａの実施態様に類似しているが、光源モジュール３２０が複数の光源とキャリアを含んでいる点において異なっている。

【0063】

本実施態様においては、光源モジュール３２０から放出された光が、像情報を伝えるように設計されてよく、レンズモジュール３１０はその光を物体４００上の像となるように変換する。ここで、レンズモジュール３１０の構成は単に模式的に示しただけであり、図に示された構成が本発明の範囲を制限するものではない。

【0064】

光源モジュール３２０の構造については、図１Ｂから図１Ｄの以前の実施態様において示された光源モジュール１２０を参照してよい。同様に、複数の光源は物体に向かって光を放射し、キャリアは複数の光源を保持するように構成され、キャリアは光源モジュールの開口部を形成するように、光軸が貫通する１つの開口を有する。いくつかの実施態様において、複数の光源はキャリアの開口を露出するように、キャリア上に環状に配列される。光源モジュールの前に、例えば、散光フィルム又はフレネルレンズフィルムのような、開口を備えるいくつかの光学フィルムがあってもよい。複数の光学フィルムは光源からの光の分布の均一性を改善してよいし、又は、結像システムの実用の複数のレンズとして、レンズモジュール３１０と協働してよい。

【0065】

本発明の他の詳細は、図５Ａの実施態様のものと同様であり、ここで繰り返して説明はしない。

【0066】

本発明の実施態様では、光源モジュールが開口部を備えるように構成され、かつ、光学検査装置の開口絞りの位置に近接して配置されて、検査サンプルからの反射光の影響を受けずに、光源を光学検査システムの光軸に近づけることができる光学検査システムが提供される。そのような構成を通して、光源モジュールは、反射光が光電素子の受光範囲内にあるように、ほぼ垂直な入射光を提供する。スプリッターの配置によるエネルギー消費についての問題は解決され、光軸上に直接的に配置された光源から結果として生じるゴーストスポットは防がれる。加えて、検査サンプルの表面が十分に平坦でない、いくつかの場合においては、垂直入射光に比べ、ほとんど垂直な入射光は光電素子の受光範囲内に向けられるのに役立ち、そのことは光学検査システムによる検査に有用である。

【0067】

本発明の実施態様では、光源が開口部を備えるように構成され、ほとんど垂直な光を提供する光学結像システムが提供される。光源はレンズを通して物体上に結像されることができる。物体サンプルの表面が十分に平坦でないいくつかの場合には、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは、垂直入射光によって形成された認識パターンよりも、より認識において有用である。

【0068】

本発明を、それについてのある複数の実施態様を参照してかなり詳細に記述してきたが、他の実施態様も可能である。従って、添付の特許請求の範囲の精神と範囲は、本明細書に含まれる実施態様の記載に限定されるものではない。

【0069】

本発明の範囲と精神からはずれることなく、様々な修正や変形を本発明の構成に対して行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。上述した観点において、本発明では以下の特許請求の範囲の範囲内に入るように提供された本発明への修正や変形を包含することが意図されている。

【符号の説明】

【0070】

１００…光学検査システム、 １１０…レンズモジュール、
１１２…第１のレンズ構成部分、 １１４…第２のレンズ構成部分、
１２０…光源モジュール、 １２２…光源モジュールの開口部、
１２４、１２４ａ、１２４ｂ…光源、 １２６…キャリア、
１２６ａ…キャリアの開口、 １２６ｂ…凹部、 １２６ｃ…底面、
１２６ｄ…側壁、 １２７…反射層、 １２８…光学フィルム、 １２９…反射鏡、
１２９ａ…反射鏡の開口、 １２９ｂ…粗い反射面、 １３０…光電素子、
２００…物体側、 ３００…光学結像システム、 ３１０…レンズモジュール、
３２０…光源モジュール、 ３２２…開口部、 ３２４…光源、
３２６…反射鏡、 ３２６ａ…反射鏡の開口、 ３２８…光源レンズ構成部分、
４００…物体、 ５００…光検出側、
ＬＡ…開口絞りと第１のレンズ構成部分の前側面の間の距離、
ＬＢ…開口絞りと第２のレンズ構成部分の後側面の間の距離、
Ｏ１、Ｏ２…光軸、 ＯＬ…物体光、 Ｐ１…第１の部分、 Ｐ２…第２の部分、
Ｐ３…第３の部分、 Ｐ４…第４の部分、 ＰＬ…光、
ＳＬ、ＳＬ１、ＳＬ２…光、 ＲＡ…滑らかな表面領域、
ＲＢ…滑らかでない表面領域。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図1D】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】