JPH05224294A - 反射照明型投影装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 反射照明を行う場合に、反射率の低い被検物
でも、更には被検物の微小な凹凸等でも良好に観察でき
るようにする。 【構成】 被検物載置用のステージガラス１１上に順に
第１レンズ群６、穴開きミラー２及び第２レンズ群７を
配置し、穴開きミラー２の側方に順に補助コンデンサレ
ンズ５、主コンデンサレンズ４及び光源３を配置する。
光源３からの光を穴開きミラー２の周辺のミラー面を介
して第１レンズ群６側に導き、コンデンサレンズ４及び
５による光源３の像を第１レンズ群６の像側焦点位置と
被検物との間に位置させて、実質的に暗視野照明を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば投影検査器に適
用して好適な反射照明型投影装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射照明型の投影検査器は、一般
に投影レンズ部が交換自在に設けられており、投影レン
ズ部の光軸上に斜めに配置された半透過鏡を介して被検
物に照明光が導かれている。例えば特公昭６２−５３８
０４号公報に開示されている投影検査器においては、投
影レンズ部は光軸に対して斜設された半透過鏡と、この
半透過鏡の被検物側に設けられた収斂性の前方レンズ群
と、その半透過鏡の側方に設けられた補助コンデンサレ
ンズとを有し、装置本体に設けられた光源からの照明光
を主コンデンサレンズを介してその補助コンデンサレン
ズに導くことにより、被検物が落射照明される。

【０００３】この場合、被検物に対する照明がテレセン
トリック照明になるように、装置本体内の主コンデンサ
レンズと投影レンズ部側の補助コンデンサレンズとによ
る光源の像は、投影レンズ部の収斂性の前方レンズ群の
半透過鏡側焦点又はその近傍に形成されていた。しかし
ながら、この照明方法は、反射率の著しく低い被検物、
反射鏡の小さな傷若しくは凹凸又は複雑なエッジ形状を
持つ被検物などの測定には不向きである。即ち、一般に
被検物の反射率が高い場合にはレンズ面で反射する光に
起因するフレア光は問題にならないが、反射率が著しく
低いと、そのフレア光が被検物からの光に比して大きく
なり、被検物の像が観察しにくくなる。

【０００４】従来はレンズ面に反射防止コーティングを
施すことにより、フレア光の発生を抑制しているが、レ
ンズの中心付近からのフレア光を完全に除去することは
困難であり、且つ被検物の反射率が著しく低いと、微弱
なフレア光でも投影像のコントラストを低下させるには
充分である。また、反射ミラー等の微小な傷又は凹凸な
どはその部位による散乱光を観測するのが有効な手法で
あるが、散乱光は正反射光に比べると微弱なため明瞭な
投影像を得ることは困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般に、レンズの中心
付近を通る光の所定の割合の部分は少量であるが必ず反
射し、これがフレア光の一原因となる。また、半透過鏡
を用いて照明する際にはこのフレア光を完全に除去する
ことはできない。そして、反射率のかなり低いセラミッ
クス若しくは合成樹脂等の被検物又は微小な凹凸若しく
はわずかな傷からの反射光は微弱であり、レンズの中心
付近を通る光によるフレア光の影響を受けてコントラス
トが著しく低下する。更に、微小な凹凸、わずかな傷又
は複雑なエッジ形状を持つ被検物等を観察する場合は、
傷又はエッジなどによる散乱光を用いるが、半透過鏡を
用いると正反射光を除去できないため、正反射光による
背景像の中に散乱光による像が埋もれてしまい、これ等
の被検物の測定は困難である。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑み、反射率の低い被
検物でも、更には被検物の微小な凹凸等でも良好に観察
できる反射照明型投影装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明による反射照明型
投影装置は、例えば図３に示す如く、被検物（１１）に
対向する収斂性のレンズ群（６）を有し、その被検物
（１１）の像を所定の結像面（例えば図１のスクリーン
１０）に形成する投影光学系（６，７）と、その収斂性
のレンズ群（６）に関してその被検物（１１）と反対側
にその投影光学系（６，７）の光軸に対して斜設され、
その光軸に近い光束を通過させる透過部とその光軸から
離れた光束を反射させる反射部とよりなる部分反射鏡
（２）と、光源（３）からの照明光を集束する主コンデ
ンサレンズ群（４）と、この主コンデンサレンズ群
（４）からの照明光をその部分反射鏡（２）の反射部に
導く補助コンデンサレンズ群（５）とを有する。そし
て、その照明光をその部分反射鏡（２）の反射部及びそ
の収斂性のレンズ群（６）を介してその被検物（１１）
に照射し、この被検物（１１）からの反射光の内のその
部分反射鏡（２）の透過部を通過する光を用いてその被
検物（１１）の像を形成し、その収斂性のレンズ群
（６）の像側焦点位置とその被検物（１１）との間にそ
れら主コンデンサレンズ群（４）及び補助コンデンサレ
ンズ群（５）によるその光源（３）の像を形成したもの
である。

【０００８】

【作用】斯かる本発明の原理を図２を参照して説明す
る。先ず、主コンデンサレンズ群（４）及び補助コンデ
ンサレンズ群（５）よりなる合成光学系により光源
（３）の像を収斂性のレンズ群（６）の像側焦点位置と
被検物（１１）との間に形成する。この場合、投影光学
系（６，７）の光軸に対して斜設された部分反射鏡
（２）を用いることにより、収斂性のレンズ群（６）の
中心付近を通って被検物（１１）に向かう光は遮断され
る。更に、被検物（１１）によって正反射された光は投
影光学系（６，７）の光軸に対して斜めに進むので、正
反射光の大部分は収斂性のレンズ群（６）に再入射する
ことがなく、正反射光の大部分は結像面には達しない。

【０００９】この場合、主コンデンサレンズ群（４）及
び補助コンデンサレンズ群（５）による光源（３）の像
は、正反射光の大部分が結像面に達しないか又は収斂性
のレンズ群（６）に再入射しない位置に調整されている
ことが必要である。その収斂性のレンズ群（６）の像側
焦点位置とその被検物（１１）との間にそれら主コンデ
ンサレンズ群（４）及び補助コンデンサレンズ群（５）
によるその光源（３）の像を形成した場合には、その条
件がほぼ満足されている。また、収斂性のレンズ群
（６）の像側焦点位置と被検物（１１）との間に光源
（３）の像を形成することで、照野は輪帯状の照明（輪
帯光束）になる。且つ、光源（３）が有限の大きさを持
つことから光源（３）の像高によってその輪帯光束が少
しずつ重畳されるため、光源（３）のむらが現れない。
従って、本発明により、実質的に暗視野照明と同様の効
果が得られるため、反射率の低い被検物でも、更には被
検物の微小な凹凸等でも良好に観察できる。

【００１０】なお、本発明による暗視野照明の効果を十
分に得るためには、収斂性のレンズ群（６）の像側焦点
距離をｆ₁ とし、収斂性のレンズ群（６）の物体側焦点
距離をｆ₂ 、収斂性のレンズ群（６）の像側焦点位置か
ら物体面（試料面）までの距離をＬ、収斂性のレンズ群
（６）の像側焦点位置から光源像までの距離をｄとする
とき、以下の条件を満足することが望ましい。 ０．１ｆ₁ ＜ｄ＜Ｌ−０．１ｆ₂ …（１） この条件（１）の下限を越えると、テレセントリック照
明状態に近づくため、本発明による暗視野照明の効果が
薄れてしまう。逆に、条件（１）の上限を越えると、ク
リティカル照明状態に近づき、主コンデンサレンズ群
（４）及び補正コンデンサレンズ群（５）による光源像
が物体面（試料面）上に形成される。このため、照明む
らが生じ、良好なる暗視野像が得られなくなるばかり
か、暗視野照明領域が大幅に狭くなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明による反射照明型投影装置の一
実施例につき図１及び図２を参照して説明する。本例は
投影検査器に本発明を適用したものである。図１は本例
の全体の構成を示し、この図１において、１２は投影検
査器の略々コの字型の本体であり、前方下部のステージ
上にステージガラス１１を埋め込み、このステージガラ
ス１１上に図示省略した被検物を載置する。１は投影レ
ンズ部を示し、投影レンズ部１を本体１２の前方上部に
ステージガラス１１の上に位置するように固定する。

【００１２】投影レンズ部１において、ステージガラス
１１に近い位置に収斂性の第１レンズ群６を配置する。
２は平面鏡の中心部に貫通孔を形成してなる穴開きミラ
ーを示し、第１レンズ群６の上方に第１レンズ群６の光
軸に４５°の傾斜角で交差するようにその穴開きミラー
２を取り付け、穴開きミラー２の側方に補助コンデンサ
レンズ５を固定する。また、穴開きミラー２の上方に収
斂性の第２レンズ群７を固定する。これら第１レンズ６
及び第２レンズ群７により、被検物側にテレセントリッ
クな投影レンズが構成されている。

【００１３】そして、投影レンズ部１の補助コンデンサ
レンズ５に対向する本体１２の中央部には、補助コンデ
ンサレンズ５側から順に主コンデンサレンズ４及び光源
３を固定する。本例では、主コンデンサレンズ４及び補
助コンデンサレンズ５による光源３の像が第１レンズ群
６の像側焦点位置と被検物との間に（厳密には前述の条
件（１）を満足するように）形成されるようにする。ま
た、投影レンズ１の上方の本体１２の上部には第１ミラ
ー８を固定し、本体１２の後方上部に第２ミラー９を固
定する。この場合、ステージガラス１１上の被検物から
の反射光は、第１レンズ群６と第２レンズ群７とよりな
る投影レンズにより集束されて、第１ミラー８及び第２
ミラー９を介してスクリーン１０に投影され、被検物が
投影レンズの焦点位置にあるときに、被検物の拡大され
た像がスクリーン１０上に結像される。

【００１４】図２を参照して、本例の照明光の状態等に
つき説明する。図２は図１の光学系の要部を示し、この
図２において、光源３からの照明光は主コンデンサレン
ズ４及び補助コンデンサレンズ５により集束され、この
集束光の内の穴開きミラー２の周辺のミラー面で反射さ
れた部分が第１レンズ群６に入射する。この第１レンズ
群６により更に集束された照明光は一度光源像１３を形
成した後にステージガラス１１上の図示省略した被検物
上に照射される。本実施例では、主コンデンサレンズ４
及び補助コンデンサレンズ５による光源３の像は第１レ
ンズ群６の像側焦点位置と被検物との間に（厳密には前
述の条件（１）を満足するように）形成されているが、
第１レンズ群６は収斂性であるため、実際の光源３の像
１３は、それら主コンデンサレンズ４及び補助コンデン
サレンズ５のみによる像よりも上側に（即ち、穴開きミ
ラー２により近い位置に）形成されている。

【００１５】この場合、被検物上に照射される照明光
は、穴開きミラー２の周辺のミラー部により反射された
光束のみであるため、被検物上に斜めに照射される。従
って、被検物により正反射された照明光は大部分が第１
レンズ群６に再入射することがない。また、正反射光の
内で第１レンズ群６に再入射する光が存在しても、この
光は穴開きミラー２の周辺のミラー部で反射されて第２
レンズ群７には入射することがなく、図１のスクリーン
１０上の投影像の結像には関与しない。そして、被検物
上の傷又は被検物のエッジ等により散乱された光の内
で、第１レンズ群６の光軸にほぼ平行な光のみが第１レ
ンズ群６により集束された後、穴開きミラー２の貫通孔
を通って第２レンズ群７に入射し、このように穴開きミ
ラー２の貫通孔を通過した光によって図１のスクリーン
１０上に被検物の拡大像が結像される。

【００１６】そのため、図１のスクリーン１０上では被
検物上の微小な凹凸又はわずかな傷等によって散乱され
た光による像が暗い背景の中に形成され、そのような微
小な凹凸又はわずかな傷等を良好に観察できる利点があ
る。同様に、被検物のエッジ等においても光が散乱され
るので、複雑なエッジ形状を有する被検物の像もエッジ
部が強調されて観察し易くなる利点がある。更に、被検
物からの光は穴開きミラー２の中央部を通過しており、
半透過鏡を通過していない。従って、穴開きミラー２の
面精度が悪い場合でも、スクリーン１０上の像には影響
がなく、常に鮮明な投影像が観察できる利点がある。

【００１７】また、穴開きミラー２の周辺のミラー面か
らの反射光の光量分布は第１レンズ群６の光軸を中心と
して輪帯状であるため、光源３の像１３の内部の或る点
からの照明光は被検物上を輪帯状に照明する。また、光
源３は所定の大きさを有するため、その像１３も所定の
範囲に広がっている。従って、被検物上では多数の輪帯
状の照明光が少しずつ位置を変えて重畳されるので、光
源３の輝度分布のむらが被検物上に現れることがなく、
被検物はほぼ均一な照度で照明される。以上をまとめる
と、本例によれば、穴開きミラー２により実質的に暗視
野照明と同様の効果が得られている。しかも、第１レン
ズ群６の構成は通常の半透過鏡を用いる場合と同じであ
り、構成がきわめて簡略である。また、従来の暗視野照
明のように対物レンズの周囲に照明光を被検物に照射す
るためのレンズを設ける必要がないので、光学系が小型
である。

【００１８】更に、言い替えると、主コンデンサレンズ
４及び補助コンデンサレンズ５の中心付近を通る照明光
は、穴開きミラー２の中心部を通過して被検物の照明に
は利用されない。従って、主コンデンサレンズ４及び補
助コンデンサレンズ５に起因するフレア光の影響が軽減
され、被検物が低反射率である場合でも高いコントラス
トの投影像を観察できる利点がある。

【００１９】次に、本発明の他の実施例につき図３を参
照して説明する。本例では投影レンズを共通に用いて上
述の実質的な暗視野照明のみならず通常の明視野照明も
できるようにしたものである。このために本例では、図
３に示すように、穴開きミラー２及び補助コンデンサレ
ンズ５を一体として従来方式の半透過鏡２２及び補助コ
ンデンサレンズ５５で交換できるようになっている。即
ち、図３（ｂ）は図１のように投影レンズ部１の内部に
穴開きミラー２及び補助コンデンサレンズ５が配置され
ている状態を示し、図３（ａ）は穴開きミラー２の代わ
りに半透過鏡２２が配置され、且つ補助コンデンサレン
ズ５の代わりに補助コンデンサレンズ５５が配置されて
いる状態を示す。この場合、図１の主コンデンサレンズ
４及び図３（ａ）の補助コンデンサレンズ５５による図
１の光源３の像が、図３（ａ）に示すように、第１レン
ズ群６の半透過鏡２２側の焦点位置又はこの近傍に形成
されるようにする。従って、ステージガラス１１上の被
検物は通常のテレセントリック照明により明視野照明で
照明される。

【００２０】この場合でも、図３（ｂ）に示すように、
半透過鏡２２及び補助コンデンサレンズ５５を一体とし
て穴開きミラー２及び補助コンデンサレンズ５で置き換
えることにより、再び実質的な暗視野照明に切り替える
ことができる。従って、本例によれば、第１レンズ群６
及び第２レンズ群７を共通に使用した上で、通常の明視
野照明と本例の実質的な暗視野照明とを容易且つ迅速に
切り替えることができ、被検物をそれら２つの照明方法
で測定できる利点がある。

【００２１】なお、図１において、投影レンズ部１を全
体として他の倍率等が異なる図示省略した投影レンズ部
と交換できるように構成してもよい。この場合には、例
えばターレットマウントにその投影レンズ部１と他の投
影レンズ部とを取り付け、そのターレットマウントを回
転することにより、所望の投影レンズ部を被検物の上に
移動させればよい。また、この場合でも、図３に示すよ
うに各投影レンズ部において、穴開きミラー及び補助コ
ンデンサレンズを一体的に他の半透過鏡及び補助コンデ
ンサレンズと交換できる機構を設けることにより、各投
影レンズ部においてそれぞれ明視野照明と実質的な暗視
野照明とを切り替えることができる。

【００２２】また、上述実施例では、部分反射鏡として
穴開きミラー２を使用しているが、その代わりに例えば
反射防止コーティングが施された光透過性の基板に輪帯
状に反射膜を形成したものを使用してもよい。このよう
に、本発明は上述実施例に限定されず本発明の要旨を逸
脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、部分反射鏡により実質
的に暗視野照明が行われると共に、被検物からの正反射
光はほとんどが遮断されて結像に寄与しないので、反射
率の低い被検物でも、更には被検物の微小な凹凸等でも
良好に観察できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反射照明型投影装置の一実施例の
投影検査器の内部構成を示す概略断面図である。

【図２】図１の投影検査器の照明光の説明に供する概略
断面図である。

【図３】（ａ）は本発明の他の実施例で明視野照明が行
われている状態を示す投影レンズ部の概略断面図、
（ｂ）は本発明の他の実施例で実質的な暗視野照明が行
われている状態を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 投影レンズ部 ２ 穴開きミラー ３ 光源 ４ 主コンデンサレンズ ５ 補助コンデンサレンズ ６ 第１レンズ群 ７ 第２レンズ群 １０ スクリーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検物に対向する収斂性のレンズ群を有
   し、前記被検物の像を所定の結像面に形成する投影光学
   系と、 前記収斂性のレンズ群に関して前記被検物と反対側に前
   記投影光学系の光軸に対して斜設され、前記光軸に近い
   光束を通過させる透過部と前記光軸から離れた光束を反
   射させる反射部とよりなる部分反射鏡と、 光源からの照明光を集束する主コンデンサレンズ群と、 該主コンデンサレンズ群からの照明光を前記部分反射鏡
   の反射部に導く補助コンデンサレンズ群とを有し、 前記照明光を前記部分反射鏡の反射部及び前記収斂性の
   レンズ群を介して前記被検物に照射し、該被検物からの
   反射光の内の前記部分反射鏡の透過部を通過する光を用
   いて前記被検物の像を形成し、 前記収斂性のレンズ群の像側焦点位置と前記被検物との
   間に前記主コンデンサレンズ群及び補助コンデンサレン
   ズ群による前記光源の像を形成した事を特徴とする反射
   照明型投影装置。