特許 7171454 検査装置、照明装置、及びシェーディング抑制方法

(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】2022-11-07

(45)【発行日】2022-11-15

(54)【発明の名称】検査装置、照明装置、及びシェーディング抑制方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/06 20060101AFI20221108BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20221108BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20221108BHJP

   F21V 5/04 20060101ALI20221108BHJP

【ＦＩ】

G02B21/06

F21S2/00 100

F21V23/00 113

F21V5/04 100

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019007753

(22)【出願日】2019-01-21

(65)【公開番号】P2020118755

(43)【公開日】2020-08-06

【審査請求日】2021-10-06

(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】佐藤 直

(72)【発明者】

【氏名】楠瀬 治彦

(72)【発明者】

【氏名】石渡 研志

【審査官】瀬戸 息吹

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１０７２９０８４６（ＣＮ，Ａ）

【文献】特表２０１５－５０８１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７０９２０８２（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｂ １９／００ － ２１／３６

Ｆ２１Ｖ １／００ － ８／００

Ｆ２１Ｖ ９／００ － １５／０４

Ｆ２１Ｖ ２３／００ － ９９／００

Ｆ２１Ｋ ９／００ － ９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００ － ４５／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の光源が第１の方向おいてライン状に並ぶように配置され、前記各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有するアレイ光源と、
前記アレイ光源から出射された光を結像する結像レンズと、
前記結像レンズの開口絞りとして機能するアパーチャと、
前記結像レンズで結像された光を検出する光検出部と、を備え、
前記結像レンズの開口数ＮＡによって決定される前記アレイ光源の光源面での採光範囲の前記第１の方向における長さをＬとし、前記第１の方向おいてライン状に並んでいる前記複数の光源の隣り合う光源間のピッチをＰとした場合、前記Ｌが前記Ｐの略整数倍となるように構成されている、
検査装置。

【請求項2】

前記アパーチャの開口径をＡとした場合、前記Ｌが前記Ｐの略整数倍となるように、前記開口径Ａが調整されている、請求項１に記載の検査装置。

【請求項3】

前記アレイ光源と前記アパーチャとの間に配置されている観察物体と前記光源との距離をＺとした場合、前記Ｌが前記Ｐの略整数倍となるように、前記距離Ｚが調整されている、請求項１または２に記載の検査装置。

【請求項4】

前記アレイ光源は、矩形関数型の周期的な輝度分布を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項5】

前記アレイ光源は、離散的でない連続的な形状の周期的な輝度分布を有する、請求項１～３のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項6】

前記アレイ光源から出射された光の光路上にアポダイゼーションフィルタが設けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項7】

前記アポダイゼーションフィルタのエッジ部における透過プロファイルの形状が誤差関数で特定される形状を備える、請求項６に記載の検査装置。

【請求項8】

前記アポダイゼーションフィルタの透過プロファイルの形状が台形型の形状を備える、請求項６に記載の検査装置。

【請求項9】

前記アポダイゼーションフィルタは、前記アパーチャの位置に配置されて構成されている、請求項６～８のいずれか一項に記載の検査装置。

【請求項10】

複数の光源が第１の方向おいてライン状に並ぶように配置され、前記各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有するアレイ光源を備える照明装置であって、
前記第１の方向おいてライン状に並んでいる前記複数の光源の隣り合う光源間のピッチをＰとし、前記照明装置からの光を結像する結像レンズの開口数ＮＡによって決定される前記アレイ光源の光源面での採光範囲の前記第１の方向における長さをＬとした場合、前記Ｌが前記Ｐの略整数倍となるように構成されている、
照明装置。

【請求項11】

複数の光源が第１の方向おいてライン状に並ぶように配置され、前記各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有するアレイ光源と、前記アレイ光源から出射された光を結像する結像レンズと、前記結像レンズの開口絞りとして機能するアパーチャと、を備える光学系におけるシェーディング抑制方法であって、
前記結像レンズの開口数ＮＡによって決定される前記アレイ光源の光源面での採光範囲の前記第１の方向における長さをＬとし、前記第１の方向おいてライン状に並んでいる前記複数の光源の隣り合う光源間のピッチをＰとした場合、前記Ｌが前記Ｐの略整数倍となるように構成する、
シェーディング抑制方法。

【請求項12】

前記アパーチャの開口径をＡとした場合、前記Ｌが前記Ｐの略整数倍となるように、前記開口径Ａを調整する、請求項１１に記載のシェーディング抑制方法。

【請求項13】

前記アレイ光源と前記アパーチャとの間に配置されている観察物体と前記光源との距離をＺとした場合、前記Ｌが前記Ｐの略整数倍となるように、前記距離Ｚを調整する、請求項１１または１２に記載のシェーディング抑制方法。

【請求項14】

複数の光源が２次元に規則的に配置され、前記各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有するアレイ光源と、
前記アレイ光源から出射された光を結像する結像レンズと、
前記結像レンズの開口絞りとして機能するアパーチャと、
前記結像レンズで結像された光を検出する光検出部と、を備え、
前記結像レンズの開口数ＮＡによって決定される前記アレイ光源の光源面での矩形状の採光範囲のうち横方向の長さをＬ１、縦方向の長さをＬ２とし、前記横方向に並んでいる前記複数の光源の隣り合う光源間のピッチをＰ１、前記縦方向に並んでいる前記複数の光源の隣り合う光源間のピッチをＰ２とした場合、前記Ｌ１が前記Ｐ１の略整数倍となり、かつ、前記Ｌ２が前記Ｐ２の略整数倍となるように構成されている、
検査装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は検査装置、照明装置、及びシェーディング抑制方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等の光源をアレイ状に複数配置した照明装置（アレイ光源）が様々な分野で用いられている。例えば、このような照明装置は、半導体ウェハの面内を高速に検査するマクロ検査装置等に使用されている。

【0003】

特許文献１には、選択可能なアポダイゼーションを備えた半導体デバイス検査システムに関する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特表２０１５－５０８１６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述のように、近年、ＬＥＤ等の光源をアレイ状に複数配置したアレイ光源が様々な分野で用いられている。ＬＥＤ等の光源はスポット光源であり、このようなスポット光源をアレイ状に配置したアレイ光源では、各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有する。このため、アレイ光源を照明装置として用いた場合は、得られる画像にアレイ光源の輝度分布に起因する輝度ムラ（シェーディング）が発生するという問題がある。シェーディングを抑制する方法としては、一般的に、アレイ光源と観察物体との間に拡散板を挟む手法が用いられている。

【0006】

しかしながら、シェーディングを抑制するために拡散板を用いた場合は、次のような問題が発生する。すなわち、アレイ光源と観察物体との間に拡散板を挟んだ場合は、アレイ光源から出射された光が拡散板で吸収されるため吸収ロスが発生する。特に、樹脂を用いて拡散板を構成し、更に光源に紫外光を用いた場合は吸収ロスが顕著になる。また、樹脂を用いて拡散板を構成した場合は、拡散板の経年劣化も問題となる。更に、結像系のＮＡ（Numerical Aperture）が小さい場合には、拡散板により照明の照射角度が増えることでレンズのＮＡ外を通る光の割合が増加するため光のロスが問題となる。

【0007】

上記課題に鑑み本発明の目的は、拡散板を使用することなくシェーディングを抑制することが可能な検査装置、照明装置、及びシェーディング抑制方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様にかかる検査装置は、複数の光源がアレイ状に配置され、前記各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有するアレイ光源と、前記アレイ光源から出射された光を結像する結像レンズと、前記結像レンズの開口絞りとして機能するアパーチャと、前記結像レンズで結像された光を検出する光検出部と、を備え、前記結像レンズの開口数ＮＡによって決定される前記アレイ光源の光源面での採光範囲Ｌが前記アレイ光源の隣り合う光源間のピッチＰの略整数倍となるように構成されている。

【0009】

上記検査装置において、前記アパーチャの開口径をＡとした場合、前記採光範囲Ｌが前記ピッチＰの略整数倍となるように、前記開口径Ａが調整されていてもよい。

【0010】

上記検査装置において、前記アレイ光源と前記アパーチャとの間に配置されている観察物体と前記光源との距離をＺとした場合、前記採光範囲Ｌが前記ピッチＰの略整数倍となるように、前記距離Ｚが調整されていてもよい。

【0011】

上記検査装置において、前記アレイ光源は、矩形関数型の周期的な輝度分布を有していてもよい。

【0012】

上記検査装置において、前記アレイ光源は、離散的でない連続的な形状の周期的な輝度分布を有していてもよい。

【0013】

上記検査装置において、前記アレイ光源から出射された光の光路上にアポダイゼーションフィルタが設けられていてもよい。

【0014】

上記検査装置において、前記アポダイゼーションフィルタのエッジ部における透過プロファイルの形状が誤差関数で特定される形状を備えていてもよい。

【0015】

上記検査装置において、前記アポダイゼーションフィルタの透過プロファイルの形状が台形型の形状を備えていてもよい。

【0016】

上記検査装置において、前記アポダイゼーションフィルタは、前記アパーチャの位置に配置されて構成されていてもよい。

【0017】

本発明の一態様にかかる照明装置は、複数の光源がアレイ状に配置され、前記各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有するアレイ光源を備える照明装置であって、前記アレイ光源の隣り合う光源間のピッチＰは、前記照明装置からの光を結像する結像レンズの開口数ＮＡによって決定される前記アレイ光源の光源面での採光範囲をＬとした場合、前記採光範囲Ｌが前記ピッチＰの略整数倍となるように構成されている。

【0018】

本発明の一態様にかかるシェーディング抑制方法は、複数の光源がアレイ状に配置され、前記各々の光源に対応した周期的な輝度分布を有するアレイ光源と、前記アレイ光源から出射された光を結像する結像レンズと、前記結像レンズの開口絞りとして機能するアパーチャと、を備える光学系におけるシェーディング抑制方法であって、前記結像レンズの開口数ＮＡによって決定される前記アレイ光源の光源面での採光範囲Ｌが前記アレイ光源の隣り合う光源間のピッチＰの略整数倍となるように構成する。

【0019】

上記シェーディング抑制方法において、前記アパーチャの開口径をＡとした場合、前記採光範囲Ｌが前記ピッチＰの略整数倍となるように、前記開口径Ａを調整してもよい。

【0020】

上記シェーディング抑制方法において、前記アレイ光源と前記アパーチャとの間に配置されている観察物体と前記光源との距離をＺとした場合、前記採光範囲Ｌが前記ピッチＰの略整数倍となるように、前記距離Ｚを調整してもよい。

【発明の効果】

【0021】

本発明により、拡散板を使用することなくシェーディングを抑制することが可能な検査装置、照明装置、及びシェーディング抑制方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】実施の形態１にかかる照明装置を用いた検査装置を説明するための断面図である。

【図2】シェーディング抑制方法のメカニズムを説明するための図である（本発明の適用なし）。

【図3】シェーディング抑制方法のメカニズムを説明するための図である（本発明の適用あり）。

【図4】光源面での採光範囲Ｌと光源間のピッチＰとの比（Ｌ／Ｐ）とシェーディングとの関係を示すグラフである。

【図5】実施の形態２で用いられるアポダイゼーションフィルタの構成例を説明するための図である。

【図6】実施の形態２で用いられるアポダイゼーションフィルタの構成例を説明するための図である。

【図7】アポダイゼーションフィルタの透過プロファイルの一例を示すグラフである。

【図8】アポダイゼーションフィルタを用いた場合のシェーディング抑制効果を説明するためのグラフである。

【図9】検査装置の他の構成例を説明するための断面図である。

【図10】光源が２次元アレイ状である場合を説明するための図である（本発明の適用なし）。

【図11】光源が２次元アレイ状である場合を説明するための図である（本発明の適用あり）。

【発明を実施するための形態】

【0023】

＜実施の形態１＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、実施の形態１にかかる照明装置を用いた検査装置を説明するための断面図である。図１に示すように、検査装置１は、アレイ光源（照明装置）１０、アパーチャ１４、結像レンズ１６、及び光検出部１８を備える。アレイ光源１０とアパーチャ１４との間には、観察物体１２が設けられている。

【0024】

アレイ光源１０は、複数の光源１１を備える。複数の光源１１はアレイ光源１０の表面（ｚ軸方向プラス側の面）においてアレイ状（典型的にはライン状）に配置されている。図１において、各々の光源１１間のピッチはＰで示している。具体的には、各々の光源１１の中心間距離がピッチＰに対応している。

【0025】

各々の光源１１から出射された光は、観察物体１２を観察するための照明光として用いられる。例えば、各々の光源１１には可視光や赤外光を放射する光源を用いることができる。また、各々の光源１１として、白色光を放射する光源を用いてもよい。例えば、光源１１にはＬＥＤ等の発光素子を用いることができる。

【0026】

また、アレイ光源１０は、各々の光源１１に対応した周期的な輝度分布を有する。例えば、アレイ光源１０は、矩形関数型の周期的な輝度分布（図２、図３参照）を有する。

【0027】

アレイ光源１０から出射された光は、観察物体１２を透過してアパーチャ１４へと導入される。図１では、観察物体１２上における焦点位置を符号１３で示している。なお、図１に示す検査装置１では、アレイ光源１０から出射された光が観察物体１２を透過している構成を示しているが、例えば、図９に示す検査装置２のように、アレイ光源１０から出射された光が観察物体（基板７１）の表面７２で反射してアパーチャ１４へと導入される構成としてもよい。例えば、図９に示す検査装置２は、基板７１を搬送方向に搬送して、基板７１の表面７２の状態を検査するマクロ検査装置である。

【0028】

図１に示すアパーチャ１４は、アレイ光源１０から出射された光が通過する開口部１５を有し、結像レンズ１６の開口絞りとして機能する。アパーチャ１４は板状部材で構成されており、板状部材の中央部には光が通過する開口部１５が形成されている。アパーチャ１４は、板面がアレイ光源１０と対向するように配置されている。図１では、アパーチャ１４の開口径（直径）をＡとしている。

【0029】

結像レンズ１６は、アレイ光源１０から出射された光を結像する。具体的には、結像レンズ１６は、アパーチャ１４を通過した光を光検出部１８に結像する機能を有する。なお、図１では、１つの結像レンズ１６を用いて結像系を構成している例を示したが、本実施の形態では複数の結像レンズを用いて結像系を構成してもよい。

【0030】

光検出部１８は、結像レンズ１６で結像された光を検出する。例えば、光検出部１８は、フォトセンサやカメラを用いて構成することができる。また、光検出部１８は、フォトダイオードが一列に配列されたラインセンサを用いてもよい。

【0031】

本実施の形態にかかる照明装置を用いた検査装置１では、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌが、アレイ光源１０の隣り合う光源１１間のピッチＰの略整数倍となるように構成している。すなわち、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌとアレイ光源１０の隣り合う光源間のピッチＰとが、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数である）の条件を満たすように構成している。このような構成とすることで、拡散板を使用することなくシェーディングを抑制することが可能となる。以下、図２～図４を用いて本発明におけるシェーディング抑制のメカニズムについて詳細に説明する。

【0032】

アレイ光源１０に起因するシェーディングは、アレイ光源１０の光源面における周期的な輝度分布と、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌとの畳み込み積分結果のプロファイルである。具体的には、図２に示すように、アレイ光源１０は光源面において複数の光源１１がライン状に配置されており、各々の光源１１に対応した矩形関数型の周期的な輝度分布３０を有する。また、図２において、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定される採光範囲Ｌ（図１参照）は、採光範囲２１、２２で示している。なお、図２において、採光範囲２１、２２は同じ大きさであり、採光範囲（破線）２２は採光範囲（実線）２１をｘ軸方向に移動させた状態を示している。また、輝度分布３０において、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定される採光範囲Ｌ（図１参照）は、採光範囲３１、３２で示しており、採光範囲３１、３２は各々の光源１１の上をｘ軸方向に移動する。

【0033】

例えば、各々の光源１１のピッチＰが十分に小さく、また結像レンズのＮＡが十分に大きい場合は、多数の光源が採光範囲Ｌを照らすことになるので、シェーディングの影響は小さい（輝度ムラが少ない）。つまり、結像レンズのＮＡが十分に大きい場合は採光範囲Ｌが広くなり、また各々の光源１１のピッチＰが十分に小さい場合は各々の光源１１に対応するピークの数が多くなるので、採光範囲Ｌを照らす光源１１の数が多くなり、シェーディングの影響が小さくなる。

【0034】

具体的に説明すると、光源面での採光範囲Ｌにおける光源１１の数をＮとすると、光源１１の数Ｎは、採光範囲ＬをピッチＰで除算した値（Ｌ／Ｐ）で表すことができる。そして、結像レンズのＮＡが大きいほど採光範囲Ｌが長くなるので、図４に示すグラフのように、シェーディングプロファイルの振幅は１／Ｎで減衰する。

【0035】

一方で、各々の光源１１のピッチＰを十分に小さくすることができず、また結像レンズ１６のＮＡを十分に大きくすることができない場合は、採光範囲Ｌにおける光源１１の数が少なくなるので、シェーディングの影響が大きくなる。すなわち、図２に示すように、採光範囲３１、３２に対して輝度分布３０のピークの数が少ない場合は、シェーディングの影響が大きくなる。この場合は、図２に示すように、採光範囲３１、３２がｘ軸方向に移動すると撮像画像の輝度値３３が変化するので、シェーディングの影響が大きくなる。

【0036】

つまり、採光範囲３１では輝度分布３０のピークの数が３つであるが、採光範囲３１がｘ軸方向に移動すると輝度分布３０のピークの数が３つから減少し、採光範囲３２では輝度分布３０のピークの数が２．５程度となる。このように、図２に示す場合は、アレイ光源１０の光源面における採光範囲２１、２２がｘ軸方向に移動した際に、輝度分布３０における採光範囲３１、３２内に存在するピークの数が変化するので、撮像画像の輝度値３３も変化する。したがって、シェーディングの影響が大きくなる。

【0037】

本実施の形態では、このようなシェーディングの発生を抑制するために、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌが、アレイ光源１０の隣り合う光源１１間のピッチＰの略整数倍となるように構成している。具体的には、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌとアレイ光源１０の隣り合う光源間のピッチＰとが、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数である）の条件を満たすように構成している。

【0038】

図３は、シェーディング抑制方法のメカニズムを説明するための図であり、本発明を適用した場合を説明するための図である。図３に示す構成においても、アレイ光源１０は光源面において複数の光源１１がライン状に配置されており、各々の光源１１に対応した矩形関数型の周期的な輝度分布３０を有する。また、図３において、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定される採光範囲Ｌ（図１参照）は、採光範囲２６、２７で示している。また、輝度分布３０において、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定される採光範囲Ｌ（図１参照）は、採光範囲３６、３７で示している。

【0039】

アレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌが光源１１間のピッチＰの略整数倍となるように構成した場合は、図３に示すように、採光範囲３６、３７内に存在する輝度分布３０のピークの数が同一となる。このため、採光範囲３６、３７がｘ軸方向に移動したとしても、各々の採光範囲における輝度分布３０のピークの数は常に同一となるので、撮像画像の輝度値３８の変動が小さくなり、シェーディングの影響を抑制することができる。

【0040】

図３に示す例では、採光範囲３６における輝度分布３０のピークの数は３つである。また、採光範囲３７においても輝度分布３０のピークの数は３つである。つまり、採光範囲３７において輝度分布３０のピークを積分した値（採光範囲３７において輝度分布３０のピークが占める面積に対応する）は３つである。このように、図３に示す場合は、アレイ光源１０の光源面における採光範囲２６、２７がｘ軸方向に移動した際に、輝度分布３０における採光範囲３６、３７内に存在するピークの数が常に同一となるので、撮像画像の輝度値３８の変動が小さくなる。したがって、シェーディングの影響を抑制することができる。

【0041】

図４は、光源面での採光範囲Ｌと光源間のピッチＰとの比（Ｌ／Ｐ）とシェーディングとの関係を示すグラフである。Ｌ／Ｐが変化すると、このＬ／Ｐの変化に伴いシェーディングの値が周期的に変化する。この現象は、図２、図３において採光範囲２１、２６（結像レンズ１６のＮＡに対応）の大きさが変化すると、採光範囲２１、２６に含まれる輝度分布３０のピークの数が変化することに対応している。そして、図４に示すように、Ｌ／Ｐの変化（採光範囲の大きさの変化に対応）に伴い、シェーディングの値が周期的に変化するが、この際、シェーディングの値が最低値となる条件がある（図４では、一例として符号４１、４２で示している）。このようにシェーディングの値が最低値となる条件は、アレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌが光源１１間のピッチＰの略整数倍となる場合に対応している。したがって、本実施の形態では、採光範囲Ｌが光源１１間のピッチＰの略整数倍となるようにすることで、図４に示すシェーディングの値が最低値となるようにしている。よって、シェーディングの影響を抑制することができる。

【0042】

採光範囲Ｌが光源１１間のピッチＰの略整数倍となるように調整する手法としては、下記の手法が挙げられる。

【0043】

例えば、アレイ光源１０に複数の光源１１を配置する際に、光源１１間のピッチＰが、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数）の条件を満たすように構成する。ここで、Ｌは採光範囲であり、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌである。例えば、検査装置や照明装置を設計する際に、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定される採光範囲Ｌが予め決定されている場合は、この採光範囲Ｌの値を用いて、光源１１間のピッチＰを決定することができる。この場合は、予め決定された光源１１間のピッチＰとなるようにアレイ光源１０（照明装置）を製造することで、採光範囲Ｌが光源１１間のピッチＰの略整数倍となるようにすることができる。

【0044】

また、本実施の形態では、結像レンズ１６の瞳面に配置されたアパーチャ１４の開口径Ａを調整するようにしてもよい。アパーチャ１４の開口径Ａを調整することで採光範囲Ｌを調整することができる。したがって、アパーチャ１４の開口径Ａを調整することで、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数）の条件を満たすように調整することができる。

【0045】

また、本実施の形態では、光源１１と観察物体１２との距離Ｚを調整するようにしてもよい。光源１１と観察物体１２との距離Ｚを調整することで採光範囲Ｌを調整することができる。したがって、距離Ｚを調整することで、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数）の条件を満たすように調整することができる。

【0046】

このとき本実施の形態では、アパーチャ１４の開口径Ａおよび距離Ｚのうちの少なくとも一つを調整することで、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数）の条件を満たすように調整してもよい。

【0047】

以上で説明したように、本実施の形態にかかる発明では、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌが、アレイ光源１０の隣り合う光源１１間のピッチＰの略整数倍となるように構成している。したがって、拡散板を使用することなくシェーディングを抑制することが可能な検査装置、照明装置、及びシェーディング抑制方法を提供することができる。

【0048】

上述のように、本実施の形態では、アレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌが、光源１１のピッチＰの略整数倍となるように構成している。換言すると、本実施の形態では、アレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌと光源１１のピッチＰとが、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数）の条件を満たすように構成している。ここで、Δｎは０以上の所定の値であり、例えば、本実施の形態ではΔｎの値を０．１以下とすることが好ましい。Δｎの値が０．１以下である場合は、Ｌ／Ｐは整数以外にも、ｎの±０．１の範囲を含む。例えば、ｎ＝３の場合、略整数倍とは２．９～３．１倍の範囲となる。

【0049】

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
実施の形態２では、実施の形態１で説明した検査装置に加えて、アポダイゼーションフィルタを設けている点が異なる。これ以外の構成については実施の形態１で説明した構成と同様であるので、重複した説明は適宜省略する。

【0050】

実施の形態１で説明した検査装置１では、アレイ光源１０の光源面での採光範囲Ｌが、光源１１のピッチＰの略整数倍となるように構成する点について述べた。このとき、採光範囲Ｌが光源１１のピッチＰの整数倍となるように（すなわち、Ｌ／Ｐ＝ｎ±ΔｎにおいてΔｎ＝０になるように、又はΔｎが限りなく小さくなるように）することが好ましい。しかし、使用する検査装置によっては、採光範囲Ｌを光源１１のピッチＰの整数倍に厳密に合わせることが困難な場合もある。例えば、撮像のたびに観察物体の位置がわずかに変化するような撮像系では、アレイ光源１０の見かけ上の光源１１のピッチＰが一定にならない。また、非テレセントリック光学系の場合には、視野の中央部と端部とで、ＮＡ内に採光される採光範囲Ｌの長さが異なる。このような場合には、採光範囲Ｌを光源１１のピッチＰの整数倍に厳密に合わせることが困難であり、シェーディングが悪化してしまう。

【0051】

実施の形態２ではこのような問題を解決するために、アレイ光源から出射された光の光路上にアポダイゼーションフィルタを設けている。アポダイゼーションフィルタは、開口部のエッジ部分の透過率をグラデーションにしたフィルタである。アレイ光源１０から出射された光の光路上にアポダイゼーションフィルタを設けることで、アレイ光源１０の周期的な輝度分布と、結像レンズ１６の開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１０の採光範囲Ｌとのコンボリューション結果をなだらかにすることができる。

【0052】

したがって、採光範囲Ｌを光源１１のピッチＰの整数倍に厳密に合わせることが困難な場合であっても、効果的にシェーディングを抑制することができる。すなわち、アポダイゼーションフィルタを設けることで、Ｌ／Ｐ＝ｎ±ΔｎにおけるΔｎの値が大きくなることを許容することができる。例えば、アポダイゼーションフィルタは、図１に示したアパーチャ１４を用いて構成してもよい。

【0053】

図５、図６は、アポダイゼーションフィルタの構成例を説明するための図である。図５に示すアポダイゼーションフィルタ５１は、開口部５２の周囲（エッジ部）５３がグラデーション状となるように構成されている。図５に示すアポダイゼーションフィルタ５１を形成する際は、例えば、光学ガラス基板の表面にクロム等の金属材料をスパッタリング等を用いてグラデーション状に蒸着させることで形成することができる。

【0054】

また、図６に示すアポダイゼーションフィルタ６１は、開口部６２の周囲（エッジ部）６３が鋸歯状となるように構成されている。図６に示すアポダイゼーションフィルタ６１を形成する際は、薄い金属板をエッチングするなどして微細加工することで形成することができるので、既存のレンズの収差設計に影響を与えることなく、アポダイゼーションフィルタを形成することができる。なお、図６に示すアポダイゼーションフィルタ６１では、開口部６２の周囲（エッジ部）６３を鋸歯状とした構成例を示したが、例えば、開口部６２の周囲（エッジ部）６３にピッチとサイズが異なるドットを複数設けてアポダイゼーションフィルタを構成してもよい。

【0055】

図７は、アポダイゼーションフィルタの透過プロファイルの一例を示すグラフである。図７に示すグラフは開口部８１における透過率とエッジ部８２、８３における透過率を示している。通常のフィルタの場合（アポダイゼーションフィルタではない場合）は、透過プロファイルの形状は、符号８５（実線）に示すように矩形関数で特定される形状となる。

【0056】

一方、アポダイゼーションフィルタの場合は、エッジ部８２、８３における透過プロファイルがなだらかになる。例えば、符号８６に示す透過プロファイルでは、アポダイゼーションフィルタの透過プロファイルは台形型である。また、符号８７に示す透過プロファイルでは、アポダイゼーションフィルタのエッジ部における透過プロファイルの形状が誤差関数で特定される形状である。

【0057】

このように、台形型や誤差関数型で特定される形状の透過プロファイルを備えるアポダイゼーションフィルタを用いることで、効果的にシェーディングを抑制することができる。なお、アポダイゼーションフィルタの透過プロファイル形状は、誤差関数型（符号８７）であることが好ましいが、簡易的に台形型（符号８６）の透過プロファイルを備えるアポダイゼーションフィルタを用いてもよい。

【0058】

図８は、アポダイゼーションフィルタを用いた場合のシェーディング抑制効果を説明するためのグラフである。図８のグラフの横軸はスロープ幅αであり、図７のグラフのエッジ部８３のスロープ幅αに対応している。つまり、スロープ幅αが０に近づくほど、図７の符号８５に示すような矩形関数で特定される透過プロファイル（通常のフィルタの透過プロファイル）に近くなり、この場合は図８に示すように、シェーディングの影響が大きくなる。

【0059】

図８のグラフにおいてスロープ幅αが大きくなると、台形型の透過プロファイルを備えるアポダイゼーションフィルタ（以下、単に台形型と記載する）、及び誤差関数型の透過プロファイルを備えるアポダイゼーションフィルタ（以下、単に誤差関数型と記載する）において、シェーディングの影響が低下する。その後、誤差関数型では、スロープ幅がα１よりも広くなると、シェーディングの影響はほぼゼロになる。一方、台形型の場合は、スロープ幅αが広くなるにしたがってシェーディングの影響が周期的に変化するが、このとき、スロープ幅αが広くなるにつれてシェーディングの影響が低下する。このため、台形型の場合は、スロープ幅αを十分に広くすることで、シェーディングの影響を効果的に抑制することができる。

【0060】

一例を挙げると、矩形関数型のアパーチャを用いた場合（つまり、アポダイゼーションフィルタを用いない場合）は、Ｌ／Ｐ＝ｎ±Δｎ（ｎは１以上の整数）において、Δｎは０．１以下とすることが好ましい。一方、アポダイゼーションフィルタを設けた場合は、図７、図８に示すスロープ幅αが大きいほど、Δｎの値を大きくすることができる。例えば、スロープ幅αを十分に大きくすることができれば、Δｎの値を０．９程度まで大きくすることも可能である。

【0061】

なお、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。例えば、図１では、複数の光源１１がｘ軸方向においてライン状に配置されている例を示したが、本発明では、複数の光源がアレイ光源の表面において２次元に配置されていてもよい。この場合も、上記で説明した本発明の原理を用いてシェーディングの影響を抑制することができる。

【0062】

図１０、図１１は、光源が２次元アレイ状である場合を説明するための図である。図１０、図１１に示すように、アレイ光源１１０には光源１１１が２次元に規則的に配置されている。図１０に示すように、結像レンズの開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１１０の光源面での採光範囲１２１が本発明の条件を満たさない場合は、撮像画像にシェーディングが発生する。

【0063】

一方、図１１に示すように、結像レンズの開口数ＮＡによって決定されるアレイ光源１１０の光源面での採光範囲１２２が本発明の条件を満たす場合は、撮像画像にシェーディングが発生することを抑制することができる。図１１に示す構成例では、２次元に配置された光源１１１の横方向および縦方向のそれぞれにおいて、採光範囲１２２がアレイ光源１１０の隣り合う光源１１１間のピッチＰの略整数倍となるように構成している。

【0064】

以上、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。

【符号の説明】

【0065】

１、２ 検査装置
１０、１１０ アレイ光源（照明装置）
１１、１１１ 光源
１２ 観察物体
１４ アパーチャ
１５ 開口部
１６ 結像レンズ
１８ 光検出部
２１、２２、２６、２７、１２１、１２２ 採光範囲
３０ 輝度分布
３１、３２、３６、３７ 採光範囲
３３、３８ 撮像画像の輝度値
５１、６１ アポダイゼーションフィルタ
５２、６２ 開口部
５３、６３ エッジ部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】