特許 7050601 照明方法、撮像方法、照明装置及び撮像装置

(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】

(24)【登録日】2022-03-31

(45)【発行日】2022-04-08

(54)【発明の名称】照明方法、撮像方法、照明装置及び撮像装置

(51)【国際特許分類】

   F21S 2/00 20160101AFI20220401BHJP

   G03B 15/05 20210101ALI20220401BHJP

   G03B 15/02 20210101ALI20220401BHJP

   H01L 21/66 20060101ALI20220401BHJP

   F21V 5/00 20180101ALI20220401BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20220401BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20220401BHJP

   H04N 5/225 20060101ALI20220401BHJP

   H04N 5/235 20060101ALI20220401BHJP

   F21Y 103/10 20160101ALN20220401BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20220401BHJP

【ＦＩ】

F21S2/00 419

G03B15/05

G03B15/02 G

G03B15/02 H

H01L21/66 J

F21V5/00 510

F21V5/04 600

F21V23/00 110

H04N5/225 400

H04N5/235 400

H04N5/225 600

F21Y103:10

F21Y115:10

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2018130988

(22)【出願日】2018-07-10

(65)【公開番号】P2020009678

(43)【公開日】2020-01-16

【審査請求日】2021-04-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000115902

【氏名又は名称】レーザーテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100103894

【弁理士】

【氏名又は名称】家入 健

(74)【代理人】

【識別番号】100129953

【弁理士】

【氏名又は名称】岩瀬 康弘

(72)【発明者】

【氏名】石渡 研志

(72)【発明者】

【氏名】楠瀬 治彦

(72)【発明者】

【氏名】草 史野

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 直

(72)【発明者】

【氏名】多田 光洋

【審査官】山崎 晶

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３０１０２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｇ０３Ｂ １５／０５

Ｇ０３Ｂ １５／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／６６

Ｆ２１Ｖ ５／００

Ｆ２１Ｖ ５／０４

Ｆ２１Ｖ ２３／００

Ｈ０４Ｎ ５／２２５

Ｈ０４Ｎ ５／２３５

Ｆ２１Ｙ １０３／１０

Ｆ２１Ｙ １１５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部を配置させるステップと、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路を配置させるステップと、
前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明するステップと、
を備え、
前記照明系集光レンズは、前記複数の光源がライン状に並ぶピッチと同じピッチで、複数のレンズがライン状に並んだライン状フライアイレンズを含み、
各前記レンズの光軸上に各前記光源が配置された照明方法。

【請求項2】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部を配置させるステップと、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路を配置させるステップと、
前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明するステップと、
を備え、
前記照明系集光レンズは、前記一方向に延在したシリンドリカルレンズを含む照明方法。

【請求項3】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部を配置させるステップと、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路を配置させるステップと、
前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明するステップと、
を備え、
前記ライン状照明部を配置させるステップにおいて、
前記ライン状照明部を、複数準備し、
各前記ライン状照明部は、他の前記ライン状照明部と異なる中心波長の前記照明光を生成する前記複数の光源を含むようにし、
前記一方向に延在した中心軸を中心に回転する回転軸の外周面に、各前記ライン状照明部を外周方向に間隔を空けて配置させた照明方法。

【請求項4】

前記ライン状照明部を配置させるステップにおいて、
前記ライン状照明部を、複数準備し、
各前記ライン状照明部は、他の前記ライン状照明部と異なる中心波長の前記照明光を生成する前記複数の光源を含むようにし、
前記一方向に延在した中心軸を中心に回転する回転軸の外周面に、各前記ライン状照明部を外周方向に間隔を空けて配置させた、
請求項１または２に記載の照明方法。

【請求項5】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部を配置させるステップと、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路を配置させるステップと、
前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明するステップと、
前記照明光により照明された前記撮像対象からの光を集光し、集光した前記光を検出して前記撮像対象の画像を取得するステップと、
を備えた撮像方法。

【請求項6】

前記照明光で撮像対象を照明するステップにおいて、前記照明光を白色光とし、
前記撮像対象の画像を取得するステップにおいて、バンドパスフィルタを透過した前記光を検出して前記画像を取得する、
請求項５に記載の撮像方法。

【請求項7】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部と、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路と、
を備え、
前記照明系集光レンズは、前記複数の光源がライン状に並ぶピッチと同じピッチで、複数のレンズがライン状に並んだライン状フライアイレンズを含み、
各前記レンズの光軸上に各前記光源が配置され、
前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明する照明装置。

【請求項8】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部と、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路と、
を備え、
前記照明系集光レンズは、前記一方向に延在したシリンドリカルレンズを含み、
前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明する照明装置。

【請求項9】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部と、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路と、
を備え、
前記ライン状照明部を、複数有し、
各前記ライン状照明部は、他の前記ライン状照明部と異なる中心波長の前記照明光を生成する前記複数の光源を含み、
各前記ライン状照明部は、前記一方向に延在した中心軸を中心に回転する回転軸の外周面に、外周方向に間隔を空けて配置され、
前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明する照明装置。

【請求項10】

前記ライン状照明部を、複数有し、
各前記ライン状照明部は、他の前記ライン状照明部と異なる中心波長の前記照明光を生成する前記複数の光源を含み、
各前記ライン状照明部は、前記一方向に延在した中心軸を中心に回転する回転軸の外周面に、外周方向に間隔を空けて配置された、
請求項７または８に記載の照明装置。

【請求項11】

一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部と、
前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路と、
前記光導波路から出射された前記照明光により照明された撮像対象からの光を集光し、集光した前記光を検出して前記撮像対象の画像を取得する結像光学系と、
を備えた撮像装置。

【請求項12】

前記複数の光源は、白色光を生成する光源を含み、
前記結像光学系は、前記光を透過させるバンドパスフィルタを含む、
請求項１１に記載の撮像装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、照明方法、撮像方法、照明装置及び撮像装置に関するものであり、例えば、半導体ウェハのパターンを検査するために、半導体ウェハを撮像する場合の照明方法、撮像方法、照明装置及び撮像装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パターンが形成された半導体ウェハの検査に用いる撮像装置は、例えば、結像光学系及び照明光学系を備えている。照明光学系における光源として、ライン型ＬＥＤ照明部が用いられる場合もある。ライン型ＬＥＤ照明部は、ライン状に配列された複数のＬＥＤ光源と、ＬＥＤ光源により生成された照明光を集光するシリンドリカルレンズを含んでいる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１２７６５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ライン型ＬＥＤ照明部を用いた照明光学系は、撮像対象の受光量を増加させ、撮像対象の画像を取得するスループットを向上させる上で改良の余地がある。

【0005】

本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、撮像対象の受光量を増加させ、撮像対象の画像を取得するスループットを向上させることができる照明方法、撮像方法、照明装置及び撮像装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る照明方法は、一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部を配置させるステップと、前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路を配置させるステップと、前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明するステップと、を備える。このような構成により、撮像対象の受光量を増加させることができる。

【0007】

また、本発明に係る撮像方法は、一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部を配置させるステップと、前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路を配置させるステップと、前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明するステップと、前記照明光により照明された前記撮像対象からの光を集光し、集光した前記光を検出して前記撮像対象の画像を取得するステップと、を備える。このような構成により、撮像対象の画像を取得するスループットを向上させることができる。

【0008】

本発明に係る照明装置は、一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部と、前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路と、を備え、前記光導波路から出射した前記照明光で撮像対象を照明する。このような構成により、撮像対象の受光量を増加させることができる。

【0009】

また、本発明に係る撮像装置は、一方向にライン状に並んだ複数の光源と、前記複数の光源から生成された照明光を集光する照明系集光レンズと、を有するライン状照明部と、前記一方向に延在した上端面及び前記上端面に対向する下端面を有する光導波路であって、前記照明系集光レンズで集光され、前記上端面に入射した前記照明光が前記下端面から出射する前記光導波路と、前記光導波路から出射された前記照明光により照明された前記撮像対象からの光を集光し、集光した前記光を検出して前記撮像対象の画像を取得する結像光学系と、を備える。このような構成により、撮像対象の画像を取得するスループットを向上させることができる。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、撮像対象の受光量を増加させ、撮像対象の画像を取得するスループットを向上させることができる照明方法、撮像方法、照明装置及び撮像装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係る撮像装置の構成を例示した模式図である。

【図2】実施形態に係る撮像装置の構成を例示した斜視図である。

【図3】実施形態に係る撮像装置のライン状照明部における光源及び照明系集光レンズを例示した図であり、（ａ）は、側方から見た模式図であり、（ｂ）は、上方から見た模式図である。

【図4】実施形態に係る撮像装置のライン状照明部における照明系集光レンズを例示した図であり、（ａ）は、ライン状フライアイレンズを構成する複数のレンズが配置される前の状態の斜視図を示し、（ｂ）は、ライン状フライアイレンズを構成する複数のレンズが配置された状態の斜視図を示し、（ｃ）は、ライン状フライアイレンズを光軸方向から見た状態を示す。

【図5】実施形態に係る撮像装置の照明光学系において、光導波路を例示した斜視図である。

【図6】実施形態に係る撮像装置において、レボルバー式バンドパスフィルタ切替機構を例示した図である。

【図7】実施形態に係る撮像装置において、照明光及び照明光により照明された撮像対象からの光の光軸に沿って照明光学系及び結像光学系を例示した図である。

【図8】実施形態に係る撮像装置を用いた撮像方法を例示したフローチャート図である。

【図9】実施形態に係る撮像装置における照明光及び撮像対象からの光を例示した図である。

【図10】光導波路が使用されない撮像装置における照明光及び撮像対象からの光を例示した図である。

【図11】実施形態に係る撮像装置において、撮像対象の受光量を例示した図である。

【図12】実施形態に係る撮像装置において、撮像対象の画像を取得するスループットを例示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本発明の好適な実施の形態を示すものであって、本発明の範囲が以下の実施の形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

【0013】

（実施形態）
実施形態に係る撮像装置を説明する。図１は、実施形態に係る撮像装置の構成を例示した模式図である。図２は、実施形態に係る撮像装置の構成を例示した斜視図である。図１及び図２に示すように、撮像装置１は、照明光学系１０、結像光学系２０及びステージ３０を備えている。撮像装置１は、ステージ３０上に配置された撮像対象４０を撮像する。撮像対象４０は、例えば、上面にパターンが形成された半導体ウェハである。

【0014】

撮像装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標軸を導入する、ステージ３０の上面に平行な面をＸＹ平面とし、ステージ３０の上面に直交する方向をＺ軸方向とする。上方を＋Ｚ軸方向とする。

【0015】

まず、撮像装置１の構成として、＜照明光学系＞、＜結像光学系＞及び＜ステージ＞を順に説明する。その後、撮像装置１を用いた＜撮像方法＞を説明し、最後に効果をまとめる。

【0016】

＜照明光学系＞
まず、照明光学系１０を説明する。照明光学系１０は、ライン状照明部１１と、光導波路１２とを備えている。ライン状照明部１１は、照明光Ｌ１０を生成する。

【0017】

図３は、実施形態に係る撮像装置１のライン状照明部１１における光源１３及び照明系集光レンズ１４を例示した図であり、（ａ）は、側方から見た模式図であり、（ｂ）は、上方から見た模式図である。図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ライン状照明部１１は、複数の光源１３と、照明系集光レンズ１４と、を有している。光源１３は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。ライン状照明部１１において、複数の光源１３は、同じ中心波長の光を生成する。複数の光源１３は、一方向にライン状に並んで配置されている。例えば、複数の光源１３は、Ｘ軸方向にライン状に配置されている。照明系集光レンズ１４は、複数の光源１３から生成された照明光Ｌ１０を集光する。照明系集光レンズ１４は、例えば、一方向に延在したシリンドリカルレンズを含んでいる。照明系集光レンズ１４は、ライン状フライアイレンズを含んでもよい。

【0018】

図４は、実施形態に係る撮像装置１のライン状照明部１１における照明系集光レンズ１４を例示した図であり、（ａ）は、ライン状フライアイレンズ１４ａを構成する複数のレンズ１５が配置される前の状態の斜視図を示し、（ｂ）は、ライン状フライアイレンズ１４ａを構成する複数のレンズ１５が配置された状態の斜視図を示し、（ｃ）は、ライン状フライアイレンズ１４ａを光軸方向から見た状態を示す。

【0019】

図４に示すように、照明系集光レンズ１４は、例えば、ライン状フライアイレンズ１４ａを含んでもよい。ライン状フライアイレンズ１４ａは、ライン状に複数のレンズ１５が並んだ集光レンズである。ライン状フライアイレンズ１４ａは、所定のピッチで複数のレンズ１５がライン状に並んでいる。ライン状フライアイレンズ１４ａの所定のピッチは、複数の光源１３がライン状に並ぶピッチと同じピッチである。よって、各レンズ１５の光軸上に各光源１３が配置されている。なお、照明系集光レンズ１４上に拡散板が配置されてもよい。

【0020】

図１及び図２に示すように、照明光学系１０は、複数のライン状照明部１１を有してもよい。各ライン状照明部１１は、他のライン状照明部１１と異なる中心波長の照明光Ｌ１０を生成する複数の光源１３を含んでいる。したがって、複数のライン状照明部１１が設けられた照明光学系１０は、照明光Ｌ１０の波長切替機構を有している。よって、照明光学系１０は、撮像対象４０を照明する照明光Ｌ１０の波長を切り替えることができる。

【0021】

例えば、照明光学系１０は、紫外光（Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ：ＵＶ）から赤外光（Ｉｎｆｒａｒｅｄ：ＩＲ）までの複数の中心波長を有する照明光Ｌ１０、並びに、白色光の照明光Ｌ１０を生成する各ライン状照明部１１を有してもよい。照明光学系１０は、ライン状照明部１１を切り替えることによって、各ライン状照明部１１に対応した波長の照明光Ｌ１０で撮像対象４０を照明することができる。

【0022】

例えば、照明光学系１０は、一方向に延在した中心軸Ｃを中心に回転する回転軸１６と、回転軸１６の外周面に設けられた複数のライン状照明部１１と、を備えている。各ライン状照明部１１は、一方向に延在した中心軸Ｃを中心に回転する回転軸１６の外周面に、外周方向に間隔を空けて配置されている。外周方向は、中心軸Ｃを中心に回転する方向である。例えば、４つのライン状照明部１１は、紫外光側の複数の中心波長を有する照明光Ｌ１０を生成するＵＶ光源となっている。４つのライン状照明部１１は、回転軸１６の外周面上に相互に４５［°］の間隔を空けて配置されている。

【0023】

８つのライン状照明部１１のうち、残りの４つのライン状照明部１１は、赤外光側の複数の中心波長の照明光Ｌ１０、並びに、白色光の照明光Ｌ１０を生成する可視光の光源となっている。４つのライン状照明部１１は、回転軸１６の外周面上に相互に４５［°］の間隔を空けて配置されている。したがって、８つのライン状照明部１１をＸ軸方向から見たとき、各ライン状照明部１１は、回転軸１６の外周面上に、４５［°］の間隔を空けて並んで配置されている。

【0024】

図５は、実施形態に係る撮像装置１の照明光学系１０において、光導波路１２を例示した斜視図である。図５に示すように、光導波路１２は、透明な板状の部材である。例えば、光導波路１２は、材料として、石英を含んでいる。なお、光導波路１２は、紫外光及び可視光等の光を透過すれば、石英以外の材料を含んでもよい。

【0025】

光導波路１２は、対向する板面、対向する側面及び対向する端面を有している。対向する板面を上面１２ａ及び下面１２ｂとする。上面１２ａ及び下面１２ｂは、側面及び端面よりも面積が大きい。対向する端面を上端面１２ｃ及び下端面１２ｄとする。下端面１２ｄは、上端面１２ｃに対向している。上端面１２ｃ及び下端面１２ｄは一方向に延在している。例えば、上端面１２ｃ及び下端面１２ｄはＸ軸方向に延在している。光導波路１２を配置する場合には、結像光学系２０におけるＮＡ等の条件に対して、最も効率が良くなるように、光導波路１２の厚さ、すなわち、対向する板面の間の長さ、及び、光導波路１２を配置させる位置を、シミュレーション等を用いて計算し、その計算結果に基づいて配置する。

【0026】

ライン状照明部１１から出射した照明光Ｌ１０は、光導波路１２の上端面１２ｃに入射する。光導波路１２の上端面１２ｃに入射した照明光Ｌ１０は、光導波路１２の内部を通って下端面１２ｄから出射する。光透過方向は、上端面１２ｃから下端面１２ｄに向かう方向である。このように、照明系集光レンズ１４で集光され、上端面１２ｃに入射した照明光Ｌ１０が下端面１２ｄから出射する。そして、照明光学系１０は、光導波路１２から出射した照明光Ｌ１０で撮像対象４０を照明する。このような観点から、照明光学系１０は、撮像対象４０を照明する照明装置ということができる。

【0027】

＜結像光学系＞
次に、結像光学系２０を説明する。結像光学系２０は、照明光Ｌ１０により照明された撮像対象４０からの光を集光し、集光した光を検出して撮像対象４０の画像を取得する。図１及び図２に示すように、結像光学系２０は、結像系集光レンズ２１及び受光センサ２２を有している。結像光学系２０は、結像系集光レンズ２１及び受光センサ２２以外に、バンドパスフィルタ２３、ポラライザ２４等の光学素子を含んでもよい。例えば、ライン状照明部１１が白色光を生成する白色ＬＥＤを光源１３として含む場合に、バンドパスフィルタ２３を組み合わせて撮像する。これにより、多数の波長帯による撮像を可能とすることができる。

【0028】

図６は、実施形態に係る撮像装置１において、レボルバー式バンドパスフィルタ切替機構２５を例示した図である。図６に示すように、結像光学系２０は、レボルバー式バンドパスフィルタ切替機構２５を有してもよい。バンドパスフィルタ切替機構２５は、複数のバンドパスフィルタ２３を含んでいる。そして、バンドパスフィルタ切替機構２５は、各バンドパスフィルタ２３に切り替え可能となっている。このように、撮像装置１は、複数の異なる波長帯のバンドパスフィルタ２３と、レボルバー式バンドパスフィルタ切替機構２５を使用することで、ライン状照明部１１の個数よりも多い波長帯による撮像を可能にすることができる。例えば、図６に示すように、１本の白色ＬＥＤの光源１３に対して、４つの異なる波長帯のバンドパスフィルタ２３を切り替えた場合には、単色ＬＥＤの７つのライン状照明部１１に合わせて、合計１１の波長帯による撮像を可能とすることができる。

【0029】

図７は、実施形態に係る撮像装置１において、照明光Ｌ１０及び照明光Ｌ１０により照明された撮像対象４０からの光Ｌ２０の光軸Ｋに沿って、照明光学系１０及び結像光学系２０を例示した図である。図７に示すように、ライン状照明部１１における光源１３で生成され、照明系集光レンズ１４で集光された照明光Ｌ１０は、光導波路１２を通って、下端面１２ｄから出射する。光導波路１２の下端面１２ｄから出射した照明光Ｌ１０は、撮像対象４０を照明する。

【0030】

結像系集光レンズ２１は、照明光Ｌ１０により照明された撮像対象４０からの光Ｌ２０を集光する。照明光Ｌ１０により照明された撮像対象４０からの光Ｌ２０は、照明光Ｌ１０が撮像対象４０で反射した反射光を含んでいる。また、撮像対象４０からの光Ｌ２０は、撮像対象４０における回折光等を含んでもよい。

【0031】

受光センサ２２は、結像系集光レンズ２１で集光された撮像対象４０からの光Ｌ２０を検出して撮像対象４０の画像を取得する。結像光学系２０は、１つの結像系集光レンズ２１及び１つの受光センサ２２を用いて、紫外光から赤外光までの波長域の光Ｌ２０を検出することが好ましい。しかしながら、１つの結像系集光レンズ２１及び１つの受光センサ２２を用いて、紫外光から赤外光までの波長域の光Ｌ２０を検出することができない場合には、複数の結像系集光レンズ２１及び複数の受光センサ２２を組み合わせて、紫外光から赤外光までの波長域の光Ｌ２０を検出してもよい。例えば、受光センサ２２は、紫外光の中心波長の光を検出する受光センサ、可視光の中心波長の光を検出する受光センサ、赤外光の中心波長の光を検出する受光センサに分けてもよい。この場合には、撮像装置１の結像光学系２０は、波長によって切り換えることができる。

【0032】

＜ステージ＞
次に、ステージ３０を説明する。図１及び図２に示すように、ステージ３０は、照明光学系１０及び結像光学系２０の下方に設けられている。ステージ３０上には、撮像対象４０が配置されている。照明光学系１０は、ライン状照明部１１から出射した照明光Ｌ１０を、光導波路１２を介して、ステージ３０上に配置された撮像対象４０を照明する。例えば、光導波路１２から出射した照明光Ｌ１０は、撮像対象４０の上面に対して所定の入射角で入射するように照明される。照明光Ｌ１０により照明された撮像対象４０からの光は、入射角と同じ出射角で結像光学系２０に集光される。なお、入射角と出射角は同一の角度でなくてもよい。また、入射角と出射角は独立に設定することができるようになっている。

【0033】

ステージ３０は、Ｙ軸方向にスライド移動可能である。例えば、撮像対象４０が配置されたステージ３０をＹ軸方向にスライド移動させながら、撮像対象４０に照明光Ｌ１０を照明し、結像光学系２０で撮像する。

【0034】

＜撮像方法＞
次に、撮像装置１の動作として、撮像装置１を用いた撮像方法を説明する。図８は、実施形態に係る撮像装置１を用いた撮像方法を例示したフローチャート図である。図８のステップＳ１１に示すように、まず、ライン状照明部１１を配置させる。具体的には、一方向にライン状に並んだ複数の光源１３と、複数の光源１３から生成された照明光Ｌ１０を集光する照明系集光レンズ１４と、を有するライン状照明部１１を配置させる。

【0035】

なお、ライン状照明部１１を配置させる際に、ライン状照明部１１を、複数準備してもよい。各ライン状照明部１１は、他のライン状照明部１１と異なる中心波長の照明光Ｌ１０を生成する複数の光源１３を含むようにしてもよい。また、各ライン状照明部１１を、一方向に延在した中心軸Ｃを中心に回転する回転軸１６の外周面に、外周方向に間隔を空けて配置させてもよい。

【0036】

次に、ステップＳ１２に示すように、光導波路１２を配置する。具体的には、一方向に延びた上端面１２ｃ及び上端面１２ｃに対向する下端面１２ｄを有する光導波路１２であって、照明系集光レンズ１４で集光され、上端面１２ｃに入射した照明光Ｌ１０が下端面１２ｄから出射する光導波路１２を配置させる。

【0037】

次に、ステップＳ１３に示すように、照明光Ｌ１０で撮像対象４０を照明する。具体的には、光導波路１２から出射した照明光Ｌ１０で撮像対象４０を照明する。照明光Ｌ１０を、白色ＬＥＤから生成された白色光としてもよい。

【0038】

次に、ステップＳ１４に示すように、撮像対象４０の画像を取得する。具体的には、照明光Ｌ１０により照明された撮像対象４０からの光を集光し、集光した光を検出して撮像対象４０の画像を取得する。バンドパスフィルタを透過した光を検出して画像を取得してもよい。

【0039】

次に、ステップＳ１５に示すように、他の波長の照明光Ｌ１０でも撮像対象４０の画像を取得するか判断する。他の波長の照明光Ｌ１０でも撮像対象４０の画像を取得するＹｅｓの場合には、ステップＳ１６に示すように、他のライン状照明部１１を配置する。具体的には、回転軸１６を中心軸Ｃの周りに回転させる。そして、他のライン状照明部１１から出射する照明光Ｌ１０が、光導波路１２の上端面１２ｃに入射するようにする。そして、ステップＳ１３～Ｓ１５を繰り返す。

【0040】

一方、ステップＳ１５において、他の波長の照明光Ｌ１０で撮像対象４０の画像を取得しないＮｏの場合には、処理を終了する。なお、ステップＳ１１～Ｓ１３は、撮像対象４０を照明光Ｌ１０で照明している。このような観点から、ステップＳ１１～Ｓ１３を撮像対象４０の照明方法ということができる。

【0041】

次に、本実施形態の撮像装置１の効果を説明する。
本実施形態の撮像装置１は、光導波路１２を有している。光導波路１２は、光導波路１２の内部における照明光Ｌ１０の反射によって、照明光Ｌ１０を撮像対象４０まで導き、撮像対象４０の受光量を増加させることができる。

【0042】

図９は、実施形態に係る撮像装置１における照明光Ｌ１０及び撮像対象４０からの光Ｌ２０を例示した図である。図１０は、光導波路１２を使用しない撮像装置における照明光Ｌ１１０及び撮像対象４０からの光Ｌ１２０を例示した図である。図９に示すように、本実施形態の撮像装置１の光導波路１２は、光導波路１２の内部に入射した照明光Ｌ１０が外部に拡散することを抑制し、撮像対象４０の受光量を増加させることができる。そして、受光センサ２２が受光する撮像対象４０からの光Ｌ２０を増加させることができる。

【0043】

これに対して、図１０に示すように、光導波路１２を使用しない撮像装置においては、照明光Ｌ１１０は拡散し、撮像対象４０の受光量を増加させることができない。そして、受光センサ２２が受光する撮像対象４０からの光Ｌ１２０を増加させることができない。

【0044】

図１０に示すように、光導波路１２を使用しない撮像装置では、ライン状照明部１１から出射した所定の光束の照明光Ｌ１１０により照明された撮像対象４０からの光Ｌ１２０の全てを受光センサ２２は受光することができない。撮像対象からの光Ｌ１２０の一部のみ受光センサ２２は受光する。

【0045】

一方、図９に示すように、本実施形態の撮像装置１では、ライン状照明部１１から出射した所定の光束の照明光Ｌ１０により照明された撮像対象４０からの光Ｌ２０全てを受光センサ２２は受光することができる。すなわち、図１０に示した結像系集光レンズ２１のＮＡから、外れるはずだった光Ｌ１２０は、本実施形態では、図９に示すように、光導波路１２を透過させることにより、受光センサ２２の受光範囲内に光Ｌ２０を入るようにすることができる。よって、受光センサ２２が検出する光量を増加させることができる。

【0046】

図１１は、実施形態に係る撮像装置１において、撮像対象４０の受光量を例示した図である。図１１において、条件３及び条件４は、本実施形態の場合を示し、条件１及び条件２は、光導波路１２を使用しない比較例の場合を示す。

【0047】

条件１は、照明系集光レンズ１４をシリンドリカルレンズとし、光導波路１２を使用しない比較例の撮像装置において、撮像対象４０の受光量をシミュレーションした結果である。条件１の場合の受光量は、（１．０１Ｅ－０４）であり、この値を１とする。

【0048】

条件２は、照明系集光レンズ１４をライン状フライアイレンズ１４ａとし、光導波路１２を使用しない比較例の撮像装置において、撮像対象４０の受光量をシミュレーションした結果である。条件２の場合の受光量は、（８．１１Ｅ－０５）であり、条件１の場合に対する相対強度比は０．８である。

【0049】

条件３は、照明系集光レンズ１４をシリンドリカルレンズとし、光導波路１２を使用する実施形態の撮像装置１において、撮像対象４０の受光量をシミュレーションした結果である。条件３の場合の受光量は、（１．９９Ｅ－０４）であり、条件１の場合に対する相対強度比は２である。

【0050】

条件４は、照明系集光レンズ１４をライン状フライアイレンズ１４ａとし、光導波路１２を使用する実施形態の撮像装置において、撮像対象４０の受光量をシミュレーションした結果である。条件４の場合の受光量は、（４．０６Ｅ－０４）であり、条件１の場合に対する相対強度比は４である。

【0051】

このように、照明系集光レンズ１４をシリンドリカルレンズとし、光導波路１２を使用しない条件１の場合に対して、光導波路１２を用いることによって、受光量を２倍にすることができる。また、条件１の場合に対して、照明系集光レンズ１４をライン状フライアイレンズ１４ａとし、光導波路１２を用いることによって、受光量を４倍にすることができる。

【0052】

図１２は、実施形態に係る撮像装置１において、撮像対象４０の画像を取得するスループットを例示した図である。例えば、波長が短い２８５［ｎｍ］の照明光Ｌ１０により撮像する場合のスループットを示す。撮像対象４０の受光量を増加させることにより、撮像に要する時間を短縮し、スループットを向上させさせることができる。スループットは、例えば、１時間当たりのウェハの枚数である。ポラライザ２４による偏光無しの場合及び偏光有りの場合のそれぞれにおいて、反射率が異なる撮像対象４０を撮像するスループットを示す。

【0053】

図１２に示すように、照明系集光レンズ１４をシリンドリカルレンズとし、光導波路１２を使用しない条件１の比較例の撮像装置においては、偏光無しであって、反射率が１０％、２５％及び５０％のスループットは、それぞれ、１．５、４及び７である。偏光有りであって、反射率が１０％、２５％及び５０％のスループットは、それぞれ、０．７、１．５及び３である。

【0054】

照明系集光レンズ１４をシリンドリカルレンズとし、光導波路１２を使用する条件３の実施形態の撮像装置１においては、偏光無しであって、反射率が１０％、２５％及び５０％のスループットは、それぞれ、３、８及び１４である。偏光有りであって、反射率が１０％、２５％及び５０％のスループットは、それぞれ、１．５、３及び７である。

【0055】

照明系集光レンズ１４をライン状フライアイレンズ１４ａとし、光導波路１２を使用する条件４の実施形態の撮像装置１においては、偏光無しであって、反射率が１０％、２５％及び５０％のスループットは、それぞれ、６、１６及び２９である。偏光有りであって、反射率が１０％、２５％及び５０％のスループットは、それぞれ、３、７及び１４である。このように、実施形態に係る撮像装置１においては、スループットを大幅に向上させることができる。

【0056】

本実施形態の撮像装置１では、複数のライン状照明部１１を有し、各ライン状照明部１１は異なる中心波長の照明光Ｌ１０を生成する。よって、撮像対象４０を、異なる波長の照明光Ｌ１０で撮像することができる。これにより、パターンを構成する膜厚、線幅及び深さ等と、照明光Ｌ１０の波長に応じた反射率との関係を得ることができるとともに、最適化された波長で撮像対象を撮像することができる。

【0057】

また、照明光Ｌ１０を白色光とし、複数のバンドパスフィルタ２３を透過した光を検出して画像を取得することにより、多数の波長帯による撮像を可能とすることができる。例えば、ライン状照明部１１を８本用意した場合に、７本のライン状照明部１１は、単色ＬＥＤの光源１３を含み、１本のライン状照明部１１は、白色ＬＥＤの光源１３を含むようにする。仮に、８本のライン状照明部１１全てが単色ＬＥＤの光源１３を含む場合には、８種類の波長帯による撮像しか行えない。しかしながら、１本の白色ＬＥＤの光源１３を含むようにするとともに、複数の異なる波長帯のバンドパスフィルタ２３とその切替機構、例えば、レボルバー式バンドパスフィルタ切替機構２５を使用することで、それよりも多い波長帯による撮像を可能とすることができる。例えば、１１の波長帯による撮像を可能とすることができる。

【0058】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はその目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。

【符号の説明】

【0059】

１ 撮像装置
１０ 照明光学系
１１ ライン状照明部
１２ 光導波路
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１２ｃ 上端面
１２ｄ 下端面
１３ 光源
１４ 照明系集光レンズ
１４ａ ライン状フライアイレンズ
１５ レンズ
１６ 回転軸
２０ 結像光学系
２１ 結像系集光レンズ
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ 受光センサ
２３ バンドパスフィルタ
２４ ポラライザ
２５ レボルバー式バンドパスフィルタ切替機構
３０ ステージ
４０ 撮像対象
Ｃ 中心軸
Ｋ 光軸
Ｌ１０、Ｌ１１０ 照明光
Ｌ２０、Ｌ１２０ 光

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】