JPS6217630A - 照明用フアイバ−束検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、照明光学系中に使用されるファイバー束の検
査装置、特にテレセントリック照明光学系に好適な照明
用ファイバー束の検査装置に関する。

〔発明の背景〕

光学測定装置や光学式位置検出装置等においては、被検
物体面での光軸方向の焦点ずれが観察面ぐためには、そ
の光学系をテレセントリック光学系に構成し、その対物
レンズの被検物体側を主光線が光軸に平行となるような
テレセントリックに設定することが従来からよく行われ
ている。この場合、被検物体を照明する照明光としては
、主光線が光軸に平行な光束が用いられ、その照明光に
よる光源像が対物レンズの瞳面に形成されるように構成
されている。しかしその際光源像に部分的に輝度ムラが
有ると、対物レンズの瞳面で照明の光量重心が光軸から
偏るため、対物レンズの被検物体側での実質的主光線が
光軸から傾いてしまい測定を狂わす欠点が有る。

また一方、被検物から光分離れた適当な位置に照明光源
を設置するために、ファイバー束を介してその照明光源
からの光を被検物へ導くように構成された照明光学系も
公知である。しかし、これに使用されるファイバー束は
、従来、その一端に結像された光源像からの光束を単に
射出面に導く機能のみで必要十分とされており、入射面
でのファイバー繊維の配列と射出面でのそれとの関係は
実質的に何ら考慮されることが無かった。その為、この
ファイバー束を前述のテレセントリック照明光学系に使
用すると、照明光源に輝度ムラが有ったりファイバー束
の一方の端面に入る光の照度がし、対物レンズの被検物
体側において実質的主光線が光軸から傾いてしまい、テ
レセントリック効果が失われる欠点が有った。

〔発明の目的〕

本発明は、上記従来のテレセントリック照明光学系の欠
点を解決するために用いられる照明ムラを除去可能な特
殊照明用ファイバー束の極めて筒便な検査装置を提供す
ることを目的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するために本発明は、複数のオプチカ
ルファイバーをランダムに束ねて形成された照明用ファ
イバー束の一方の入射端面に所定の光量分布を有する光
束を入射させる光源装置と、そのファイバー束を通過し
た光束を射出する他方の射出端面を走査し且つその射出
端面から射出される光束の一部を通過させる開口を存す
る絞り手段と、その開口を通過した光束を受光して光強
度に応じた検出信号を出力する測光手段とを具備し、絞
り手段の走査に従って測光手段が射出端面における射出
光束の光量分布に応じた信号を出力するように構成する
ことを技術的要点とするものである。

〔実施例〕

第１図は計測状態を示す本発明の実施例装置の断面図、
第２図は第１図の実施例中に設けられた開口絞りの平面
図、第３図は第１図の実施例装置で計測された光量ムラ
を示す線図である。

第１図において、電源１から供給される電流によって点
灯する光源２の光は集光レンズ３によって、後で詳しく
述べられるランダム・ファイバー束２０の一端２０ａに
入射され、その光は他方の射出端２０ｂから射出される
。ランダム・ファイバー束２０の射出端部２０ｃは固定
の保持金具４によって保持されている。回転鏡筒５の一
端はこの保持金具４によって回転可能に支持され、回転
鏡筒５の内部には、第２図に示すように扇形の開口６ａ
を有する絞り板６と集光レンズ７とシリコンフォトダイ
オード（Ｓ　Ｐ　Ｄ）から成る第１受光素子８とが設け
られている。なお、絞り板６の開口６ａを通過した光束
はすべて集光レンズ７により第１受光素子８上に集光さ
れ、その受光素子８の出力は増幅器９によって増幅され
た後デジタル・ボルトメータ１０によって表示される。

また、測定中に照明光量が変化すると、測定値が変動す
るので、その光量変化は、第２受光素子１１によって検
出され、その検出出力に基づいてデジタル・ボルトメー
タ１０に示された測定値が補正できるように構成されて
いる。なおまた、ランダム・ファイバー束２００Å射端
面２０ａに近接して、光軸に直角な方向に偏心移動可能
な開口を有する遮光板１２が設けられ、照明光の一部を
遮断できるように構成されている。

第１図に示す実施例は上記の如く構成されているので、
光源２を点灯すると、照明光は集光レンズ３によってラ
ンダム・ファイバー束針カ（被検物）２０の入射端面２
０ａ上に集光される。その際、その照明光の一部は絞り
板１２によってカットされ、入射端面２０ａ上での光量
分布は偏ったものとなる。次に、ランダム・ファイバー
束２０の射出端部２０Ｃを保持金具４に取り付け、回転
鏡筒５を回転する。この回転鏡筒５の回転により開口絞
り６が回転し、その間口６ａは、ランダム面 分布にムラが有った場合には、回転鏡筒５が一回転する
間に、例えば第３図の実線曲線で示すような出力変化が
デジタル・ボルトメータ１０に示される。また、もし射
出端面２０ｂの光量ムラが少ないときは、第３図中で破
線にて示すようにほぼ平坦な曲線のような測定値が示さ
れる。それ故、このように、入射端面２０ａに入射する
照明光の光量分布に偏りが有っても射出端面２０ｂでの
光量分布がほぼ平坦になるようなオプチカルファイバー
束をテレセントリック光学系中に用いれば、照明光源１
の輝度が一様で無く、また、その光量分布が偏ってラン
ダム・ファイバー束２０に入射しても、完全なテレセン
トリック照明を行うことができる。

第１図に示すランダム・ファイバー束２０は、複数のオ
プチカルファイバーを束ねて、一方の端面のファイバー
の並びと、他方の端面のファイバーの並びとを違えて互
いに不規則な並びとなるように瑳り合わせて形成したも
ので、第４図にその一例を示す、この第４図におけるラ
ンダム・ファイバー束２０は直径δ＝　０．１　ｍ〜０
．３１程度オプチカルファイバーを多数集めて直径Φ＝
５ｍ〜ｌＯａｍ程度になし、その両端面のファイバーＡ
、Ｂ、Ｃ・・・・・・の並びが第４図に示すように互い
にランダムになるように瑳って形成し、その両端を金属
等の結束管２１によって圧着結束させたものである。

そのファイバーＡ、Ｂ、Ｃ・・・・・・瑳り方が悪く、
両か 端面でのファイバーの並びがほぼ一致しているがまたは
偏りが有る場合には、第３図の実線にて示すように受光
素子８（第１図参照）の出力が大きく変動する。しかし
、その瑳り方が良好で、第４図に示すように、入射端面
２Ｏａ側のファイバーＡ、Ｂ、、Ｃ・・・・・・の並び
に対し、射出端面２０ｂ側でそれぞれのファイバーの切
口がその射出端面の傾 全面に分散するように偏り帰く均一に分散形成されてい
ると、射出端面２０ｂにおける光量分布は、第３図の点
線に示すようにほぼ平坦なものとなり、一様な照明光に
変えることができる。

なお、ランダム・ファイバー束２０の両端に設けられた
結束管２１により、ファイバーＡ、Ｂ、Ｃ・・・・・・
はバラバラにならず、ランダム状態で強固に維持される
から、取扱いが容易で、上記の検査装置や後で詳しく説
明されるテレセントリック光学系中に取り付けるのに極
めて好都合である。なおまた、ランダム・ファイバー束
２０の全長が比較的短く且つファイバー自身の直径が比
較的太い場合には、柔軟性を持たせるために、数１０ミ
クロン程度の細いオプチカルファイバーを複数本束ねて
、第５図に示すように直径δ＝　０．２　ｖａ〜０．３
鶏程度の単位ファイバー束を作り、これを多数集めて第
４図に示すようなランダム・ファイバー束２０に形成し
てもよい。

第６図は、射出端側が２つに分岐されたランダム・ファ
イバー束３０を検査する本発明の第２実施例を示す断面
図で、検査装置本体４〜８は同一〜８°の符号を付して
区別しである。その他、第１図と同じ機能を有する部材
には第１図のそれと同じ符号を付し、その詳しい構成に
ついては説明を省略する。

２組の検査装置本体４〜８．４゛〜８′の受光素子８．
８°の出力は、それぞれ増幅器９．９゛によって増幅さ
れた後、差動増幅器１２によって真出力の差が取り出さ
れ、デジタル・ボルトメータ１０により測定値が表示さ
れる。この場合、２組の検査装置本体４〜８および４°
〜８゛のうち一方は固定され、他方を回転して、分岐さ
れた２つの射出端面のうちの一方の光量を基準として回
転測定する側の他方の射出端面の光量分布状態が測定さ
れる。従って、測定中にランプ２の光量に時間変化が生
じても、ファイバー東分岐の両端３０Ａ、３０Ｂでの光
量に対する出力差をとっているため、正しい測定値が得
られる。これにより高精度の光量ムラの測定が可能とな
る。

第７図および第９図は、第１図の実施例装置によって検
査されたランダム・ファイバー束（被検物）２０を有す
るテレセントリック照明光学系を備えた光学測定機およ
び半導体製造用投影型露光装置の光学系配置図である。

第７図の落射照明型光学測定機の光学系配置図において
、光源１０１からの光は、集光レンズ１０２および凹面
鏡１０３によって、ランダム・ファイバー束２０の入射
端面２０ａに集光される。この場合、光源１０１が集光
レンズ１０２の光軸に一致した位置に置かれているとき
は第８図において曲線Ａにて示す如く一般入射端面２０
ａの中心において最大の光量となり、周辺に至るに従っ
て光量が減少する光量分布を示すが、光源１０１が集光
レンズ１０２の光軸から偏って取り付けられると、例え
ば第８図中で破線Ｂにて示すように、偏った光量分布を
示す。しかし、ランダム・ファイバー束２０の射出端面
２０ｂにおいては、その光量分布は均等化され、実ｉＡ
の入射光分布はＡ″にて示す如く、また破線Ｂの入射光
分布はＢ゛にて示す如く射出端面２０ｂにおいてはいず
れも偏りの無い平坦なものとなる。

そのランダム・ファイバー束２０の射出端面２０ｂに近
接した開口絞り１０４を通して射出された光は、照明系
レンズ１０５によって集光されて平行光束となり、半透
過プリズム１０６で対物レンズ光軸に沿って反射され、
第２対物レンズ１０７を通過した後、第１対物レンズ１
０８内の絞り１０９の位置（第１対物レンズ１０８の瞳
の位置）に集光して、射出端面２０ｂの像がその瞳位置
に形成される。さらにその光は再び平行光束となって第
１対物レンズ１０８から被検物体１１０に投射される。

従って、その被検物体１１０は、光量分布に偏りの無い
極めて一様な照明光によって第７図中で上方から照明さ
れることになる。その照明範囲は視野絞り１１１によっ
て定められる。

また、その照明光によって照明された被検物体１１０か
らの反射光は第１対物レンズ１０８の瞳位置（絞り１０
９の位置）を通過するが、その絞り１０９を通って被検
物体１１０の像を形成する光束の主光線は瞳中心を通り
物体側において光軸と平行になる。従って、完全なテレ
セントリック機能を果す、測定誤差の無い測定機を得る
ことができる。

第９図は、縮小投影型露光装置のアライメント用照明光
学系中にランダム・ファイバー束を用いたもので、超高
圧水銀灯２０１から発した光は楕円反射鏡２０２により
ロータリーミラーシャッタ２０３の反射面上に集光され
、このロータリーミラーシャッタ２０３に設けられた開
口を通過したコ 後、−リメータレンズ２０４、フライアイレンズにて構
成されたオブチカルインテグレータ２０５およびコンデ
ンサーレンズ２０６を介して投影原板のレチクル２０７
を照明し、その照明されたレチクル２０７上のパターン
像を縮小投影レンズ２０８によってウェハ２０９上に形
成して焼付露光を行うように構成されている。

一方、ロータリーミラーシャッタ２０３で反射され、ア
ライメント光学系の第１集光レンズ２１０に入射する光
束は、ランダム・ファイバー束２０の入射端面２０ａ上
に集光される。その入射端面２０ａに集光される照明光
束は、超高圧水銀灯２０１の一方の電極によってその中
央部分の光線がカットされるため、光源像のベストフォ
ーカス状態以外では第１０図（Ａ）に示すように、中心
において光量が極端に低下した部分を有する曲線■の如
き光量分布を示す。しかし、ランダム・ファイバー束２
０の射出端面２０ｂにおいては、平均化され曲線■に示
すように平坦な光量分布となって射出される。射出端面
２Ｑｂから射出された照明光は、第２集光レンズ２１１
、視野絞り２１２、半透過鏡２１３、第２アライメント
対物レンズ２１５、第１アライメント対物レンズ２１４
、移動ミラー２１６を介してレチクル２０７上のアライ
メントマークＰを照明し、さらに縮小投影レンズ２０８
を介してウェハ２０９上のアライメントマークＱを照明
する。また、レチクル２０７およびウェハ２０９上の双
方のアライメントマークＰおよびＱは互いに重畳されて
、アライメント対され、レチクル２０７上のアライメン
トマークＰ確認される。

なお、両アライメントマークＰおよびＱを照明する照明
光学系において、ランダム・ファイバー束２０の射出端
面２０ｂの像が縮小投影レンズ２Ｏ８の瞳２０８ａの位
置に形成されるように各レンズ２１１．２１４．２１５
は配置され、レチクル２０７に対してはいわゆるケーラ
ー照明がなされ、ウェハ２０９に対してはテレセントリ
ックな照明がなされるように構成されている。また、レ
チクル２０７が異なる大きさのものと交換され、レチク
ル上のアライメントマークの位置が点Ｐの位置から点Ｐ
゛の位置に変えられても、アライメントが可能なように
、第１アライメント対物レンズ２１４と移動ミラー２１
６はレチクル２０７の面に平行なアライメント光軸Ｙに
沿って破線にて示す如く移動可能に構成されている。こ
の場合第１アライメント対物レンズ２１４と第２アライ
メント対物レンズ２１５との間の光束は平行光束である
。

この第１アライメント対物レンズ２１４と移動ミラー２
１６との移動により、点Ｐ゛上のアライメントマークと
ウェハ２０９上の点Ｑ”上に在るアライメントマークと
を重畳して観察可能となるが、この場合、レチクル２０
７上のＰ点およびＰ。

点と投影レンズ２０８の瞳２０８ａの中心とを通る主光
線の投影光軸Ｘに対する角度はθからθ。

に変化する。従って、ウェハ２０９上の異なる点Ｑおよ
びＱ゛を照明するために１ｉ２０８ａを通過する光束は
、ランダム・ファイバー束２０の射出端面２０ｂでは互
いに異なる位置Ｒ，Ｒ”を通る。

いま、射出端面２０ｂにおけるｌ１２０８ａの射影を第
１０図（Ｂ）に示すようにり、Ｌ“とすれば、ウェハ２
０９上のＱ点はＬの範囲を通過する光によって照明され
、Ｑ゛点はＬ゛の範囲を通過する光によって照明される
。

そこで、ランダム・ファイバー束２０を構成するファイ
バーの並びが第４図に示すようにランダム配列になって
いれば、たとえ入射端面２０ａにおいて第１０図（Ａ）
中の曲線Ｉにて示すように光量分布が一様で無くても射
出端面２０ｂにおいては曲線■にて示す如くほぼ一様に
平坦なものとなるので、投影レンズ２０Ｂの瞳２０８ａ
を通過する光束の光量分布は、第１対物レンズ２１４と
共に移動ミラー２１６を移動しても偏ることば無い。従
って、その照明光束の主光線は、ウェハ２０９側におい
て常に投影光軸に対して平行となり、正しいテレセント
リック照明が行われる。

しかし、ランダム・ファイバー束２０が制作不良などに
よりその両端面でのファイバーの並びがランダムに配列
されず、入射光の光量分布と射出光の光量分布にあまり
差が無いか、大きな偏りの有るときは、ランダム・ファ
イバー束２０の射出端面２０ｂからは、例えば第１０図
（Ａ）中で曲線１に示すように、中央部分において高く
、周辺部において低い山形状の光量分布の光束が射出さ
れることになる。この場合、射出端面２０ｂの範囲りを
通ってウェハ２０９上のＱ点を照明する光束の瞳面での
光量分布と、範囲Ｌ゛を通ってウェハ２０９上のＱ°点
を照明する光束の光量分布とは第１０図（Ａ）に示す如
く異なる。例えば、範囲Ｌ”内では、光量が範囲Ｌ°の
中心Ｒ゛に対して非対称に分布され、その光量重心の位
置は範囲Ｌ゛の中心Ｒ゛から偏ったものとなる。従って
、投影レンズ２０８のｌ１２０８ａの位置においてもＱ
゛点を照明する光束の光量重心が瞳２０８ａの中心から
偏ってしまう、そのため、投影レンズ２０８の瞳２０８
ａを通る実質的主光線は瞳２０８ａの中心を通らず、ウ
ェハ２０９側において投影光軸Ｘと平行にならない。す
なわち、テレセントリック照明が行われないことになり
、ウェハ２０９と投影レンズ２０８との間に焦点調節誤
差が有ると、アライメントの精度が狂うことになる。そ
の為、常に正しい、テレセントリック照明を行うために
は、アライメントマークの位置が異なるレチクル２０７
に交換する際に、その都度ファイバー束２０の射出端面
を移動するかまたは光源２０１と楕円鏡２０２の位置を
変えて、瞳２０８ａを通る照明光束の光量分布が瞳中心
に対して対称的になるように調整しなければならない。

しかし、本発明の実施例に示す検査装置を用いてファイ
バー束の射出端面側での光量分布を測定検査し、その光
量分布にムラの無いものを上記の投影型露光装置の照明
光学系中に用いれば、レチクルや光源の交換の際に、光
源やファイバー束の位置調整を行うこと無く、テレセン
トリックな照明を正しく行うことが可能となる。

上記の第１図に示す実施例において、絞り６、集光レン
ズ７および受光素子８は一体に回転するように構成され
、絞り６の開口６ａと受光素子８の実質的受光面との関
係位置は鏡筒５が回転変位しても不変である。従って、
鏡筒の回転による測光誤差が全く生じないから、正しい
光量分布を測定できる。なお、絞り６の開口６ａは扇形
に形成されているが、これを円形となし、鏡筒５と共に
、ランダム・ファイバー束２０の射出端面２０ｂに沿っ
て自由に摺動するように構成してもよい、また、光源２
または集光レンズ３を照明売先軸に対して、偏心させ、
ランダム・ファイバー束２０の入射端面２０ａでの光量
分布を偏らせるように構成すれば、遮光板１２は設けな
くてもよい。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、所定の開口を有する開口
絞り（絞り手段）によりランダム・ファイバー束の射出
端面を走査し、その開口を通過する光束の光量を受光素
子によって測光してその射出端面における射出光束の光
量分布を測定できるようにしたから、簡単な操作で、ラ
ンダム・ファイバー束の両端におけるオプチカルファイ
バーの並びの不規則性の程度を検査することができる・
なお、この検査装置によって検査された射出光束の光量
分布が一様なランダム・ファイバー束を光学機器のテレ
セントリック照明光学系中に用いれば、正しいテレセン
トリック照明を容易に行゛うことが可能となるという利
点が有る。

【図面の簡単な説明】

第１図は被検物のランダム・ファイバー束を装着した状
態を示す本発明の実施例の断面図、第２図は第１図の実
施例の要部をなす開口絞りの平面図、第３図は第１図に
示す実施例装置によって測定された光量分布出力線図、
第４図は第１図に示す実施例装置によって検査されるラ
ンダム・ファイバー束の斜視図、第５図は第４図に示す
ランダム・ファイバー束を構成する単位ファイバー束の
斜視図、第６図は分岐ファイバー束を装着した状態を示
す本発明の第２の実施例を示す断面図、第７図は、第１
図に示す実施例装置によって検査さ狼 れたランダム・ファイバー束が配置されたテレセントリ
ック照明光学系を有する光学測定機の光学系配置図、第
８図は、第７図におけるランダム・ファイバーの入射端
面と射出端面における光量分布を示す説明図、第９図は
第１図に示す実施例装置によって検査されたランダム・
ファイバー束が配置されたアライメント用テレセントリ
ック照明光学系を備えた投影型露光装置の光学系配置図
、第１０図は第９図に示すランダム・ファイバー束の入
射端面と射出端面とにおける光量分布を示す説明図で（
Ａ）はその光量分布図、（Ｂ）は実際に利用される光束
の範囲を示す平面図である。 〔主要部分の符号の説明〕 ２０．３０−−−−ランダム・ファイバー束（照明用フ
ァイバー束）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数のオプチカルファイバーを束ねて形成された照明用
   ファイバー束の一方の入射端面に所定の光量分布を有す
   る光束を入射させる光源装置と、前記照明用ファイバー
   束の他方の射出端面から射出される光束の一部を通過さ
   せ且つ該射出端面を走査可能な開口を有する絞り手段と
   、前記開口を通過した光束を受光して光強度に応じた検
   出信号を出力する測光手段とを具備し、前記絞り手段の
   前記走査に従つて前記測光手段が前記射出端面における
   射出光束の光量分布に応じた信号を出力する如く構成し
   たことを特徴とする照明用ファイバー束検査装置。