JP2000258116A - Height measuring device - Google Patents

Height measuring device

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JP2000258116A
JP2000258116A JP11059995A JP5999599A JP2000258116A JP 2000258116 A JP2000258116 A JP 2000258116A JP 11059995 A JP11059995 A JP 11059995A JP 5999599 A JP5999599 A JP 5999599A JP 2000258116 A JP2000258116 A JP 2000258116A
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JP
Japan
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light
subject
objective lens
measurement
lens
Prior art date
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JP11059995A
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Japanese (ja)
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Masahiro Aoki
雅弘 青木
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the load on an operator while faster operation is realized. SOLUTION: Related to a galvano-mirror 104 which scans, with a measurement light, a specimen 101 which is examined and provided on a pupil plane of an objective lens 102 which, arranged in opposition to the specimen 101, converges the measurement light, a projection position of an axisymmetric image by an imaging optical system which, elongated along the line towards the rotational center, images the axisymmetric image at a position which is axisymmetric about the optical axis of the optical flux which has transmitted the objective lens 102 after reflected on the specimen 101 I comprised along the longitudinal direction of the form.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リードフレーム、
ボールグリッドアレイ(BGA)さらにはバンプなどの
電気部品に代表される微小物体の形状検査、特に、高さ
の測定に用いられる高さ測定装置に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lead frame,
The present invention relates to a ball grid array (BGA), and more particularly, to a height measuring apparatus used for shape inspection of a minute object represented by an electric component such as a bump, particularly, height measurement.

【0002】[0002]

【従来の技術】例えば、半導体製造工程には、リードフ
レームのリードやベアチップ実装用のボールグリッドア
レイのように微小で連続する構造体の高さを測定する工
程があるが、最近、測定対象の半導体部品は、ますます
高集積化する傾向にあり、これにともない、これら測定
対象物に対する多くの測定点を、より高速に測定するこ
とができる高さ測定装置が要求されている。
2. Description of the Related Art For example, in a semiconductor manufacturing process, there is a process of measuring the height of a minute and continuous structure such as a lead grid of a lead frame or a ball grid array for mounting a bare chip. Semiconductor components are becoming more and more highly integrated, and accordingly, there is a demand for a height measuring device capable of measuring many measuring points on these measuring objects at higher speed.

【0003】従来、このような半導体製造工程に適用さ
れている高さ測定装置としては、焦点ずれ信号を利用し
て測定点の高さを測定するものが考えられている。つま
り、このような装置では、測定対象物の測定点に対し、
対物レンズを通して光ビームを照射し、その反射光をビ
ームスプリッタで分割し、このうちの一方を焦点面の前
方に配置された第1の絞りを介して第1の受光素子で検
出し、また他方を焦点面より後方に配置された第2の絞
りを介して第2の受光素子で検出するようにしている。
この場合、これら第1および第2の受光素子の出力信号
は、合焦点で、その差がゼロとなり、その近くにおい
て、焦点ずれに対応した正符号と、焦点ずれ量に対応し
た大きさの焦点ずれ信号が得られ、この焦点ずれ信号が
ゼロにするように対物レンズを高さ方向に移動させると
ともに、この時の対物レンズの高さを測定することで、
測定対象物の測定点の高さを求めるようにしている。
Conventionally, as a height measuring apparatus applied to such a semiconductor manufacturing process, an apparatus which measures the height of a measuring point using a defocus signal has been considered. In other words, in such an apparatus, the measurement point of the measurement object is
A light beam is irradiated through an objective lens, the reflected light is split by a beam splitter, and one of the split beams is detected by a first light receiving element via a first stop disposed in front of a focal plane, and the other is detected. Is detected by the second light receiving element via the second stop disposed behind the focal plane.
In this case, the output signals of the first and second light receiving elements are in-focus, and the difference is zero. In the vicinity thereof, a positive sign corresponding to the defocus and a focus having a magnitude corresponding to the defocus amount are provided. A shift signal is obtained, and the objective lens is moved in the height direction so that the focus shift signal becomes zero, and by measuring the height of the objective lens at this time,
The height of the measurement point of the measurement object is determined.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
高さ測定装置では、測定対象物の1点の測定点の高さ測
定を行なうようになっていて、この1点の高さ測定を行
なうごとに、ステージを走査して次の測定点に移動する
ようになるため、最近の電子部品に見られるように、実
装部品の高密度、大型化する傾向のなかで多数点の高さ
測定を行なう必要があるものに対しては、必要とする各
所の測定をするのに、膨大な時間がかかってしまい、作
業者に大きな負担を強いいることになるばかりか、作業
能率も極めて悪くなるという問題があった。
However, in such a height measuring device, the height of one measuring point on the object to be measured is measured, and the height of the one point is measured. Each time, the stage scans and moves to the next measurement point, so as seen in recent electronic components, height measurement of multiple points has been performed in the trend of high density and large size of mounted components. It takes an enormous amount of time to measure what needs to be done at each location where it is necessary, which not only imposes a heavy burden on the workers, but also significantly lowers the work efficiency. There was a problem.

【0005】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、作業者の負担を軽減できるとともに、作業の高速化
を実現できる高さ測定装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a height measuring device capable of reducing the burden on an operator and realizing a high-speed operation.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
測定光を発する光源と、被検体に対向配置され前記被検
体に測定光を収束させる対物レンズと、この対物レンズ
の瞳面またはその共役面付近に回動可能に設けられ前記
被検体に対して測定光を走査する光走査ミラーと、前記
被検体の反射光より前記対物レンズを透過された光束の
光軸に対し軸対称となる位置に軸対称像を結像させる結
像光学系と、この結像光学系の結像面に配置され、被検
体の高さに応じて位置が変化する光スポットを検出する
光位置検出手段とを具備し、前記光走査ミラーは、回動
中心方向に沿った細長い形状をなすとともに、該形状の
長手方向に沿って前記結像光学系による軸対称像の投影
位置を含ませる大きさを有することを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention,
A light source that emits measurement light, an objective lens that is disposed to face the subject, and converges the measurement light on the subject, and that is rotatably provided near a pupil plane of the objective lens or a conjugate plane thereof. An optical scanning mirror that scans the measurement light, an imaging optical system that forms an axially symmetric image at a position that is axially symmetric with respect to the optical axis of the light beam transmitted through the objective lens from the reflected light of the subject, and Light position detecting means disposed on an image forming plane of the image forming optical system and detecting a light spot whose position changes according to the height of the subject; and the light scanning mirror extends along a rotation center direction. And a size that includes a projection position of an axially symmetric image by the imaging optical system along a longitudinal direction of the shape.

【0007】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、コリメート光学系を有し、前記光源から発
せられた測定光より前記対物レンズの光軸を対称にした
軸対称領域を満足する光束径の投光ビームを生成すると
ともに、該投光ビームを前記軸対称領域に沿って前記被
検体に投光させることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a collimating optical system is provided, and the measurement light emitted from the light source satisfies an axially symmetric region where the optical axis of the objective lens is symmetrical. The method is characterized in that a light beam having a light beam diameter is generated, and the light beam is projected on the subject along the axially symmetric region.

【0008】請求項3記載の発明は、請求項2記載の発
明において、前記コリメート光学系は、光源と第1乃至
第3のレンズ系とからなり、前記第1乃至第3のレンズ
系は、それぞれのNAをNA1、NA2、NA3、焦点
距離をf1、f2、f3とすると、NA1f1≧NA2
f2、NA2≦NA3、f3≪f2の条件を備えている
ことを特徴としている。
According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the collimating optical system comprises a light source and first to third lens systems, and the first to third lens systems are If the respective NAs are NA1, NA2, and NA3 and the focal lengths are f1, f2, and f3, NA1f1 ≧ NA2
f2, NA2 ≦ NA3, and f3≪f2.

【0009】この結果、請求項1記載の発明によれば、
被検体からの反射光に基づいた各測定点について連続し
た高さ測定を行なうことができるので、多数点の測定を
必要とする高密度の被測定物の高さ測定の高速化を実現
でき、しかも、光走査ミラーとしてイナーシャの小さな
ものを用いることにより、さらに高速の高さ測定を実現
できる。
As a result, according to the first aspect of the present invention,
Since the continuous height measurement can be performed for each measurement point based on the reflected light from the subject, it is possible to realize a high-speed measurement of the height of a high-density measurement object requiring measurement of many points, In addition, by using an optical scanning mirror having a small inertia, a higher-speed height measurement can be realized.

【0010】請求項2または3記載の発明によれば、投
光ビームのビーム径を必要最小限にでき、光量不足によ
る測定不可能な領域を少なくできる。
According to the second or third aspect of the present invention, the beam diameter of the projection beam can be minimized, and an unmeasurable area due to insufficient light quantity can be reduced.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0012】(第1の実施の形態)図1は、本発明が適
用される高さ測定装置の概略構成を示している。
(First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of a height measuring apparatus to which the present invention is applied.

【0013】図において、101は被検体で、この被検
体101は、図示しないステージに搭載されていて、少
なくとも一方向(測定光の走査方向と被検体面内で直交
する方向)に移動可能にしている。
Referring to FIG. 1, reference numeral 101 denotes an object, which is mounted on a stage (not shown) and is movable in at least one direction (a direction orthogonal to the scanning direction of the measuring light in the object plane). ing.

【0014】被検体101に対向させて対物レンズ10
2が配置されている。この対物レンズ102は、無限遠
設計の物側テレセントリックレンズが用いられている。
The objective lens 10 is opposed to the subject 101.
2 are arranged. As the objective lens 102, an object-side telecentric lens designed at infinity is used.

【0015】また、対物レンズ102の瞳面103の中
心に、その回動中心を持つガルバノミラー104が配置
されている。このガルバノミラー104は、図示しない
制御回路により回動可能になっている。
At the center of the pupil plane 103 of the objective lens 102, a galvanomirror 104 having its center of rotation is arranged. The galvanomirror 104 is rotatable by a control circuit (not shown).

【0016】ガルバノミラー104に対応させてレーザ
ダイオード105が配置されている。そして、このレー
ザダイオード105より発せられた測定光は、コリメー
タレンズ106で平行光とされ、偏光ビームスプリッタ
107と1/4波長板108を透過された後、ガルバノ
ミラー104で反射され、対物レンズ102によって、
対物レンズ102の瞳径と焦点距離で決まるNAの収束
光として、被検体101表面の任意の位置にテレセント
リックに集光される。また、被検体101で反射された
測定光は、上述とは逆に、対物レンズ102を透過し、
ガルバノミラー104で反射された後、1/4波長板1
08を透過し、偏光ビームスプリッタ107で反射され
て第1の結像レンズ109によって一次像面110に集
光される。
A laser diode 105 is arranged corresponding to the galvanometer mirror 104. The measurement light emitted from the laser diode 105 is converted into parallel light by a collimator lens 106, transmitted through a polarizing beam splitter 107 and a 波長 wavelength plate 108, reflected by a galvano mirror 104, and reflected by an objective lens 102. By
The light is converged telecentrically at an arbitrary position on the surface of the subject 101 as convergent light having an NA determined by the pupil diameter and the focal length of the objective lens 102. The measurement light reflected by the subject 101 is transmitted through the objective lens 102,
After being reflected by the galvanometer mirror 104, the 1 / wavelength plate 1
08, is reflected by the polarization beam splitter 107, and is focused on the primary image plane 110 by the first imaging lens 109.

【0017】そして、一次像面110を通過した光束
は、無限系に設計された第2の対物レンズである瞳リレ
ーレンズ111を通過し、直角ミラー112でほぼ半円
形で分割され、それぞれミラー113a、113b、絞
り114a、114bを経て、第2の結像レンズである
セパレータレンズ115a、115bにより、光位置検
出素子(PSD)116a、116b上に集光される。
The luminous flux passing through the primary image plane 110 passes through a pupil relay lens 111, which is a second objective lens designed to be an infinite system, and is divided into a substantially semicircular shape by a right-angle mirror 112. , 113b, and apertures 114a, 114b, and are condensed on optical position detecting elements (PSDs) 116a, 116b by separator lenses 115a, 115b as second imaging lenses.

【0018】ここで、第1の結像レンズ109の前側焦
点は、対物レンズ102の瞳面103にあり、セパレー
タレンズ115a、115bは、第2の対物レンズであ
る瞳リレーレンズ111の後焦点面に配置されているこ
とから、セパレータレンズ115a、115bは、対物
レンズ102の瞳面103と共役の位置にあることにな
る。また、セパレータレンズ115a、115bは、全
ての測定点から反射された測定光のうち、瞳面103の
同一部分を通過した光束によって、測定スポットを光位
置検出素子(PSD)116a、116b上に形成する
ことになる。
Here, the front focal point of the first imaging lens 109 is on the pupil plane 103 of the objective lens 102, and the separator lenses 115a and 115b are the rear focal plane of the pupil relay lens 111 which is the second objective lens. , The separator lenses 115 a and 115 b are located at positions conjugate with the pupil plane 103 of the objective lens 102. Further, the separator lenses 115a and 115b form measurement spots on the light position detection elements (PSDs) 116a and 116b with the luminous flux of the measurement light reflected from all the measurement points and passing through the same portion of the pupil plane 103. Will do.

【0019】また、図からも明らかなように、ガルバノ
ミラー104の角度の変化によって照射される被検体1
01の全ての点からの反射光は、再びガルバノミラー1
04で反射されることによって、投光光路と全く同じ道
筋を逆進し、常に一次像面110の軸上に結像する。こ
れにより、光位置検出素子(PSD)116a、116
bのスポットは、被検体101の高さ変化によってのみ
移動することになる。
As is clear from the figure, the subject 1 irradiated by the change in the angle of the galvanomirror 104 is illuminated.
The reflected light from all the points 01
By being reflected at 04, the light travels exactly the same path as the light projection optical path, and always forms an image on the axis of the primary image plane 110. Thereby, the light position detecting elements (PSD) 116a, 116
The spot b moves only when the height of the subject 101 changes.

【0020】一方、絞り114a、114bによる絞り
像114’が図3に示すように対物レンズ102の瞳面
103による瞳像103’の両端に配置されているとす
ると、被検体101の凹凸によって、光位置検出素子
(PSD)116a、116bに入射するスポットの位
置は、それぞれ逆方向に変化するということは、よく知
られた三角測量の原理に基づくものである。
On the other hand, assuming that stop images 114 'formed by the stops 114a and 114b are arranged at both ends of the pupil image 103' formed by the pupil plane 103 of the objective lens 102 as shown in FIG. The fact that the positions of the spots incident on the light position detection elements (PSDs) 116a and 116b change in opposite directions is based on the well-known principle of triangulation.

【0021】従って、図示しない制御回路により、ガル
バノミラー104の角度とステージの位置から知られる
被検体101の測定位置座標X、Yと、それぞれの光位
置検出素子(PSD)116a、116b上でのスポッ
ト位置の中心からのずれ量δ1、δ2から被検体101
の高さを求めることができる。
Accordingly, a control circuit (not shown) measures the coordinates X and Y of the measurement position of the subject 101 known from the angle of the galvanometer mirror 104 and the position of the stage, and the light position detection elements (PSDs) 116a and 116b. The subject 101 is calculated based on the deviation amounts δ1 and δ2 from the center of the spot position.
Height can be determined.

【0022】次に、その演算方法を図2に従って詳しく
説明する。
Next, the calculation method will be described in detail with reference to FIG.

【0023】図2は、図1に示す一次像面110から後
の部分のみ示したものであり、一次像面110の被検体
像を新たな被検体像101’と考えている。
FIG. 2 shows only the portion behind the primary image plane 110 shown in FIG. 1, and the subject image on the primary image plane 110 is considered as a new subject image 101 '.

【0024】そして、システムパラメータとして、瞳リ
レーレンズ(第2の対物レンズ)111の焦点距離をf
p、セパレータレンズ115a、115bの焦点距離を
fs、一次像の結像倍率をM、光軸からセパレータレン
ズ115a、115bの中心までの高さをh、瞳リレー
レンズ111とセパレータレンズ115a、115bま
での距離をD、対物レンズ102のNAをNAOBとす
る。
As a system parameter, the focal length of the pupil relay lens (second objective lens) 111 is expressed by f
p, the focal length of the separator lenses 115a and 115b is fs, the imaging magnification of the primary image is M, the height from the optical axis to the center of the separator lenses 115a and 115b is h, and the pupil relay lens 111 and the separator lenses 115a and 115b. Is D, and the NA of the objective lens 102 is NA OB .

【0025】一次像のデフォーカス量(高さ)Z’は、
被検体の高さをZとすると、ZMであり、光位置検出
素子(PSD)116a、116bには、中心からδの
位置に光スポットが形成される。この時、δは、図から δ=fs・tanα …(1) tanα=h/(b−D) …(2) となる。
The defocus amount (height) Z 'of the primary image is
When the height of the subject and Z, a ZM 2, the PSDs (PSD) 116a, the 116 b, a light spot is formed at a position of δ from the center. At this time, from the figure, δ becomes δ = fs · tanα (1) tanα = h / (b−D) (2)

【0026】従って、 δ=fs・h/(b−D) …(3) h=fp・NAOB/MP …(4) となる。ここで、Pは、図3に示す対物レンズ102の
瞳像103’上で計算した絞り像114’の中心までの
距離φと瞳像103’の半径Φの比P=Φ/φである。
Therefore, δ = fs · h / (b−D) (3) h = fp · NA OB / MP (4) Here, P is the ratio P = Φ / φ between the distance φ to the center of the stop image 114 ′ calculated on the pupil image 103 ′ of the objective lens 102 shown in FIG. 3 and the radius Φ of the pupil image 103 ′.

【0027】次に、bを計算すると、Next, when b is calculated,

【0028】[0028]

【数1】 (Equation 1)

【0029】であるから、Therefore,

【0030】[0030]

【数2】 (Equation 2)

【0031】となる。これらの式をまとめると、## EQU1 ## To summarize these equations,

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】となる。さらに、前述したようにセパレー
タレンズ115a、115bと瞳リレーレンズ111の
距離Dは、fpなので、
## EQU1 ## Further, as described above, since the distance D between the separator lenses 115a and 115b and the pupil relay lens 111 is fp,

【0034】[0034]

【数4】 (Equation 4)

【0035】となり、δとZは、完全に線形の関係とな
る。
Thus, δ and Z have a completely linear relationship.

【0036】実際の測定量は、δである。従って、この
測定量δから被検体の高さZを算出する式は、式(8)
を変形することで、
The actual measured quantity is δ. Therefore, the equation for calculating the height Z of the subject from the measured amount δ is given by the equation (8).
By transforming

【0037】[0037]

【数5】 (Equation 5)

【0038】となる。## EQU4 ##

【0039】従って、このようにすれば、ガルバノミラ
ー104の振れ角度の変化によって照射される被検体1
01の全ての点からの反射光に基づいた各測定点につい
て連続した高さ測定を行なうことができるので、多数点
の測定を必要とする高密度の被測定物の高さ測定を、従
来の各測定点ごとにステージ移動を行なっていた方法と
比べ、格段の高速化を実現できる。また、この時の被検
体の高さZとスポットの位置δとの関係を示す式を完全
に線形にできるので、非線形項を補正するための演算な
ども不要にでき、正確かつ迅速な高さ測定を実現するこ
ともできる。
Therefore, according to this configuration, the subject 1 irradiated by the change in the deflection angle of the galvanomirror 104 is
01 can be continuously measured at each measurement point based on the reflected light from all the points 01. Compared with the method in which the stage is moved for each measurement point, it is possible to realize much higher speed. In addition, since the expression indicating the relationship between the height Z of the subject and the position δ of the spot at this time can be made completely linear, an operation for correcting a nonlinear term can be omitted, and the height can be accurately and quickly increased. Measurement can also be realized.

【0040】ところで、このように構成した装置では、
従来の方法よりも格段の高速化を実現できるが、この時
の高速化は、ガルバノミラー104の振動数と振れ角に
よって限界を生じる。つまり、一般的な場合、ガルバノ
ミラー104は、図4に示すようにガルバノスキャナ1
04aに回動可能に指示されるシャフト104bの先端
にミラー本体104cを設け、このミラー本体104c
を所定の振れ角で、高速振動させるようにしているが、
この場合のミラー本体104cとしては、瞳像103’
とともに、シャフト104bの回転中心と直交する方向
に、対物レンズ102の光軸を対称とした軸対称像であ
る絞り像114’が含まれるようにして、これら絞り像
114’の投影位置を十分にカバーできるものが選択さ
れている。ここでは、ガルバノミラー104が光軸に対
して45°に配置されている場合の瞳像を103’’、
絞り像を114’’で表わしている。
By the way, in the device configured as described above,
Although a much higher speed can be realized than the conventional method, the speed at this time is limited by the frequency and deflection angle of the galvanomirror 104. That is, in the general case, the galvanometer mirror 104 is, as shown in FIG.
The mirror body 104c is provided at the tip of a shaft 104b rotatably instructed by the mirror body 104c.
Is set to vibrate at high speed with a predetermined deflection angle,
In this case, the pupil image 103 'is used as the mirror body 104c.
At the same time, in the direction orthogonal to the center of rotation of the shaft 104b, the stop images 114 ', which are axially symmetric images with the optical axis of the objective lens 102 symmetrical, are included, and the projection positions of these stop images 114' are sufficiently adjusted. Those that can be covered are selected. Here, the pupil image when the galvanomirror 104 is arranged at 45 ° with respect to the optical axis is 103 ″,
The stop image is indicated by 114 ″.

【0041】しかし、このようにした場合、対物レンズ
102の瞳像103’の径が10mmを超えるようにな
ると、ミラー本体104cのイナーシャの関係で、これ
を100Hz以上の速さで振動させることが困難にな
る。このことは、ガルバノミラー104を最大の100
Hzの速さでビーム走査させたとしても、1サンプルを
1024本の走査線で測定しようとした場合、走査時間
は、10.24秒もかかってしまい、サンプル搬送時の
時間も含めると、最大15秒ものタクトタイムが必要と
なり、大量生産品のオンライン検査としては、生産性の
効率向上に限界を生じていた。
However, in this case, if the diameter of the pupil image 103 'of the objective lens 102 exceeds 10 mm, it may be vibrated at a speed of 100 Hz or more due to the inertia of the mirror body 104c. It becomes difficult. This means that the galvanomirror 104 has a maximum of 100
Even if beam scanning is performed at a speed of 1 Hz, when one sample is measured by 1024 scanning lines, the scanning time is as long as 10.24 seconds. A tact time as long as 15 seconds is required, which limits the improvement of productivity in online inspection of mass-produced products.

【0042】そこで、本発明では、図5に示すようにガ
ルバノミラー104として、ガルバノスキャナ104a
に回動可能に指示されるシャフト104b先端に設けら
れるミラー本体104cを、瞳像103’の直径より幅
狭で、且つシャフト104bの回動中心に沿った方向に
細長い縦長形状に形成し、このようなミラー本体104
cの縦長方向に沿って対物レンズ102の光軸を対称と
した軸対称像である絞り像114’が含まれるようにし
ている。つまり、ミラー本体104cは、シャフト10
4bの回動中心と直交する方向の幅寸法を小さくした縦
長形状をなしていて、このような縦長形状により対物レ
ンズ102の光軸を対称とした絞り像114’の投影位
置を十分にカバーできるようにしている。
In the present invention, as shown in FIG. 5, the galvanometer mirror 104 is used as the galvanometer mirror 104.
The mirror body 104c provided at the tip of the shaft 104b, which is instructed to be rotatable, is formed in a vertically long shape narrower than the diameter of the pupil image 103 'and elongated in the direction along the rotation center of the shaft 104b. Mirror body 104 like
An aperture image 114 ′ which is an axially symmetric image in which the optical axis of the objective lens 102 is symmetrical along the longitudinal direction of c is included. That is, the mirror main body 104c is
4b has a vertically elongated shape in which the width dimension in the direction orthogonal to the rotation center is reduced, and such a vertically elongated shape can sufficiently cover the projection position of the aperture image 114 'in which the optical axis of the objective lens 102 is symmetrical. Like that.

【0043】なお、このように構成したガルバノミラー
104を用いる場合は、直角ミラー12以降の光学系
を、光軸を中心に90°回転させて、紙面に垂直方向に
セパレータレンズ115a、115bなどを配置するよ
うになる。
When the galvanomirror 104 constructed as described above is used, the optical system after the right-angle mirror 12 is rotated by 90 ° about the optical axis, and the separator lenses 115a, 115b, etc. are perpendicular to the paper surface. Will be placed.

【0044】従って、このようにすれば、ガルバノミラ
ー104は、ミラー本体104cの縦方向の大きさは、
従来とほぼ同じ程度必要だが、幅方向を3分の1程度に
でき、全体形状の小型化に伴い厚み寸法も半分程度にで
きる。これによって、ミラー本体104cのイナーシャ
も従来の10分1以下となり、同じスキャナを利用して
も数倍もの高速走査が可能になる。
Accordingly, in this case, the galvanometer mirror 104 is configured such that the size of the mirror body 104c in the vertical direction is
It is almost the same as before, but the width can be reduced to about 1/3, and the thickness can be reduced to about half as the overall shape becomes smaller. As a result, the inertia of the mirror main body 104c is reduced to 1/10 or less of that of the related art, and high-speed scanning can be performed several times even by using the same scanner.

【0045】(第2の実施の形態)この第2の実施の形
態では、測定速度の向上とともに、測定光量の改良をも
実現したものである。
(Second Embodiment) In the second embodiment, the measurement speed is improved and the measurement light quantity is also improved.

【0046】図6は、本発明の第2の実施の形態の概略
構成を示すもので、図1と同一部分には、同符号を付し
ている。
FIG. 6 shows a schematic configuration of the second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0047】例えば、プラスチック基板上に配置された
バンプ列の高さを基板面からの高さとして測定しようと
する場合、バンプからの反射光量は十分に確保できる
が、基板面からの反射が極めて微弱であるため、正確に
測定できないことがある。上述した第1の実施の形態
(図1)にあっては、2光路による測定の利点として、
測定感度の向上と測定可否の判定がしやすいという利点
があるが、測定光量の不足による受光素子の機能が低下
して、測定精度に影響を及ぼす。
For example, when the height of a row of bumps arranged on a plastic substrate is to be measured as the height from the substrate surface, the amount of reflected light from the bumps can be sufficiently ensured, but the reflection from the substrate surface is extremely small. Due to the weakness, accurate measurement may not be possible. In the above-described first embodiment (FIG. 1), the advantage of measurement using two optical paths is as follows.
There is an advantage that the measurement sensitivity is improved and it is easy to determine whether or not the measurement is possible. However, the function of the light receiving element is reduced due to a shortage of the measurement light amount, which affects the measurement accuracy.

【0048】そこで、この第2の実施の形態では、図1
で述べた光軸対象の2光路による測定を1光路のみとし
ている。
Therefore, in the second embodiment, FIG.
The measurement using the two optical paths of the optical axis described in the above is limited to only one optical path.

【0049】第2の実施の形態では、図1で述べたコリ
メータレンズ106に代えて第1、第2、第3のレンズ
118、119、120によりコリメート光学系を構成
している。ここで、これら第1、第2、第3のレンズ1
18、119、120の焦点距離は、f1,f2,f3
で、NAは、NA1,NA2,NA3としている。
In the second embodiment, a collimating optical system is constituted by first, second, and third lenses 118, 119, and 120 instead of the collimator lens 106 described with reference to FIG. Here, the first, second, and third lenses 1
The focal lengths of 18, 119 and 120 are f1, f2 and f3
And NA is NA1, NA2, NA3.

【0050】そして、レーザダイオード105より発せ
られた測定光は、第1、第2、第3のレンズ118、1
19、120により平行光からなる投光ビームとなって
対物レンズ102の光軸に対し上下方向に対称になる2
光路の軸対称領域のうちの一方の軸対称領域に沿って偏
光ビームスプリッタ107と1/4波長板108を透過
された後、ガルバノミラー104で反射され、対物レン
ズ102を介して被検体101表面に集光される。ま
た、被検体101で反射された測定光は、他方の軸対称
領域に沿って対物レンズ102を透過し、ガルバノミラ
ー104で反射された後、1/4波長板108を透過
し、偏光ビームスプリッタ107で反射されて第1の結
像レンズ109によって一次像面110に集光され、さ
らに、瞳リレーレンズ111を通過し、絞り114を経
て、セパレータレンズ115により、光位置検出素子
(PSD)116に集光される。
The measurement light emitted from the laser diode 105 is divided into first, second, and third lenses 118, 1
19 and 120, the light becomes a light beam composed of parallel light and becomes vertically symmetric with respect to the optical axis of the objective lens 102.
After being transmitted through the polarizing beam splitter 107 and the quarter-wave plate 108 along one of the axially symmetric regions of the optical path, it is reflected by the galvanomirror 104, and passes through the objective lens 102 to the surface of the subject 101. Is collected. The measurement light reflected by the subject 101 passes through the objective lens 102 along the other axially symmetric region, is reflected by the galvanomirror 104, passes through the quarter-wave plate 108, and passes through the polarization beam splitter. The light is reflected by 107 and condensed on the primary image plane 110 by the first imaging lens 109, further passes through the pupil relay lens 111, passes through the stop 114, and is separated by the separator lens 115 by the light position detecting element (PSD) 116. Is collected.

【0051】このような構成において、例えば、レンズ
118について、f1=45mm、NA1=0.15と
し、レーザダイオード105のビームの広がりをNAに
対して0.15以上あるものとすると、レンズ118に
よる最初のコリメート光C1の直径は、13.5mmと
なる。次に、レンズ119について、f2=90mm、
NA2=0.08とすると、レンズ119が受光できる
ビーム径は、14.4mmとなり、レンズ118を出た
平行光を十分に受光することができ、最後に、レンズ1
20について、f3=35mm、NA3=0.15とす
ると、レンズ120から出射する平行光の径は、0.0
8×35×2=5.6mmとなる。
In such a configuration, for example, if f1 = 45 mm and NA1 = 0.15 for the lens 118 and the beam spread of the laser diode 105 is 0.15 or more with respect to NA, the lens 118 The diameter of the first collimated light C1 is 13.5 mm. Next, for the lens 119, f2 = 90 mm,
Assuming that NA2 = 0.08, the beam diameter that the lens 119 can receive is 14.4 mm, and the parallel light that has exited the lens 118 can be sufficiently received.
Assuming that f3 = 35 mm and NA3 = 0.15, the diameter of the parallel light emitted from the lens 120 is 0.0
8 × 35 × 2 = 5.6 mm.

【0052】ここまでの光量ロスは、全くないので、レ
ンズ118を出た平行光の光束密度に対してレンズ12
0を出るコリメート光C2の光束密度は、(13.5/
5.6)=5.8倍となる。
Since there is no light amount loss up to this point, the lens
The luminous flux density of the collimated light C2 exiting 0 is (13.5 /
5.6) 2 = 5.8 times.

【0053】そして、これらレンズ118、119、1
20によるガルバノミラー104上での投光ビーム12
1の位置は、図7に示すように絞り像114’の投影位
置と対物レンズ102の光軸に対し上下方向に対称にな
るように配置され、また、投光ビーム121の径は、対
物レンズ102の光軸を対称とした軸対称領域122を
十分に満足するようにしている。
The lenses 118, 119, 1
Projection beam 12 on galvanomirror 104 due to 20
The position 1 is arranged so as to be vertically symmetrical with respect to the projection position of the stop image 114 'and the optical axis of the objective lens 102, as shown in FIG. The axially symmetric region 122 in which the optical axis of the optical axis 102 is symmetrical is sufficiently satisfied.

【0054】以上の関係を一般的に定式化すると、 NA1f1≧NA2f2:レンズ118を出た光束が全
てレンズ119によって伝播される条件。
When the above relationship is generally formulated, NA1f1 ≧ NA2f2: a condition under which all the light beams exiting the lens 118 are propagated by the lens 119.

【0055】NA2≦NA3:レンズ119から出た光
束をレンズ120が十分拾える条件。
NA2 ≦ NA3: A condition under which the lens 120 can sufficiently pick up the light beam emitted from the lens 119.

【0056】f3≪f2:コリメート光C1よりコリメ
ート光C2が十分に細くなる条件となり、光束密度の倍
率は、(NA1f1/NA2f3)となる。
F3≪f2: The condition is such that the collimated light C2 is sufficiently thinner than the collimated light C1, and the magnification of the light flux density is (NA1f1 / NA2f3) 2 .

【0057】なお、この第2の実施の形態において、始
めからNA1、f1が十分に小さなレンズ系のみで構成
しなかった理由は、半導体レーザの非点隔差による被検
体面での測定光の広がりを小さくするためには、対物レ
ンズ102のfに対して、f1を十分に大きくしなけれ
ばならず、且つ十分な光量を確保するには、NA1をあ
まり小さくできないということによるものである。
In the second embodiment, the reason why NA1 and f1 are not constituted only by a sufficiently small lens system from the beginning is that the spread of the measuring light on the surface of the object due to the astigmatic difference of the semiconductor laser. This is because f1 must be made sufficiently large with respect to f of the objective lens 102 in order to reduce the value of NA, and NA1 cannot be made too small in order to secure a sufficient amount of light.

【0058】従って、このようにすれば、投光ビームの
ビーム径を必要最小限に設定できるので、光量不足によ
る測定不可能な領域を少なくでき、これにより、プラス
チック基板上に配置されたバンプ列の高さを基板面から
の高さとして測定するような場合も、良好な測定を実現
することができる。
Accordingly, since the beam diameter of the projection beam can be set to a necessary minimum, this makes it possible to reduce an unmeasurable area due to insufficient light quantity, thereby reducing the number of bump rows arranged on the plastic substrate. In the case where the height is measured as the height from the substrate surface, good measurement can be realized.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、被
検体からの反射光に基づいた各測定点について連続した
高さ測定を行なうことができるので、多数点の測定を必
要とする高密度の被測定物の高さ測定を行なうにも、従
来の1点ごとにステージ走査を行ないながら測定してい
たものとものと比べ、格段の測定速度を実現でき、作業
者にかかる負担の軽減を実現できる。しかも、光走査ミ
ラーとしてイナーシャの小さなものを用いることによ
り、さらに高速な高さ測定を実現できる。
As described above, according to the present invention, continuous height measurement can be performed for each measurement point based on the reflected light from the subject, so that measurement at many points is required. Even when measuring the height of an object to be measured with high density, a remarkable measurement speed can be realized as compared with the conventional method in which the measurement is performed while scanning the stage point by point, and the burden on the operator is reduced. Reduction can be realized. In addition, by using an optical scanning mirror having a small inertia, a higher-speed height measurement can be realized.

【0060】また、投光ビームのビーム径を必要最小限
にでき、光量不足による測定不可能な領域を少なくで
き、測定精度の向上を図ることができる。
Further, the beam diameter of the projection beam can be minimized, an unmeasurable region due to insufficient light quantity can be reduced, and the measurement accuracy can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態の要部の概略構成を示す図。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of a main part of the first embodiment.

【図3】第1の実施の形態を説明するための図。FIG. 3 is a diagram for explaining the first embodiment.

【図4】一般的なガルバノミラーの概略構成を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a general galvanometer mirror.

【図5】第1の実施の形態に用いられるガルバノミラー
の概略構成を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a galvanomirror used in the first embodiment.

【図6】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of the first embodiment of the present invention.

【図7】第1の実施の形態のガルバノミラーでの投光ビ
ームと絞り像の位置関係を説明するための図。
FIG. 7 is a view for explaining a positional relationship between a projection beam and a stop image in a galvanomirror according to the first embodiment.

【符号の説明】 101…被検体 101’…被検体像 102…対物レンズ 103…瞳面 103’…瞳像 104…ガルバノミラー 104a…ガルバノスキャナ 104b…シャフト 104c…ミラー本体 105…レーザダイオード 106…コリメータレンズ 107…偏光ビームスプリッタ 108…1/4波長板 109…第1の結像レンズ 110…一次像面 111…瞳リレーレンズ 112…直角ミラー 113a.113b…ミラー 114…絞り 114a.114b…絞り 114’…絞り像 115…セパレータレンズ 115a.115b…セパレータレンズ 116…光位置検出素子(PSD) 116a.116b…光位置検出素子(PSD) 118.119.120…レンズ 121…投光ビーム 122…軸対称領域[Description of Reference Numerals] 101: subject 101 ': subject image 102: objective lens 103: pupil plane 103': pupil image 104: galvanometer mirror 104a: galvanometer scanner 104b: shaft 104c: mirror body 105: laser diode 106: collimator Lens 107: polarizing beam splitter 108: quarter-wave plate 109: first imaging lens 110: primary image plane 111: pupil relay lens 112: right angle mirror 113a. 113b ... Mirror 114 ... Aperture 114a. 114b ... stop 114 '... stop image 115 ... separator lens 115a. 115b ... Separator lens 116 ... Optical position detecting element (PSD) 116a. 116b ... Position detection element (PSD) 118.119.120 ... Lens 121 ... Light beam 122 ... Axisymmetric region

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 測定光を発する光源と、 被検体に対向配置され前記被検体に測定光を収束させる
対物レンズと、 この対物レンズの瞳面またはその共役面付近に回動可能
に設けられ前記被検体に対して測定光を走査する光走査
ミラーと、 前記被検体の反射光より前記対物レンズを透過された光
束の光軸に対し軸対称となる位置に軸対称像を結像させ
る結像光学系と、 この結像光学系の結像面に配置され、被検体の高さに応
じて位置が変化する光スポットを検出する光位置検出手
段とを具備し、 前記光走査ミラーは、回動中心方向に沿った細長い形状
をなすとともに、該形状の長手方向に沿って前記結像光
学系による軸対称像の投影位置を含ませる大きさを有す
ることを特徴とする高さ測定装置。
A light source that emits measurement light, an objective lens that is arranged to face the subject and converges the measurement light on the subject, and that is rotatably provided near a pupil plane or a conjugate plane of the objective lens. An optical scanning mirror that scans the subject with measurement light, and an image forming an axisymmetric image at a position that is axisymmetric with respect to the optical axis of a light beam transmitted through the objective lens from the reflected light of the subject. An optical system, and an optical position detecting unit that is disposed on an image forming surface of the image forming optical system and detects a light spot whose position changes according to the height of the subject. A height measuring device having an elongated shape along a moving center direction and having a size along a longitudinal direction of the shape to include a projection position of an axially symmetric image by the imaging optical system.
【請求項2】 コリメート光学系を有し、前記光源から
発せられた測定光より前記対物レンズの光軸を対称にし
た軸対称領域を満足する光束径の投光ビームを生成する
とともに、該投光ビームを前記軸対称領域に沿って前記
被検体に投光させることを特徴とする請求項1記載の高
さ測定装置。
2. A collimating optical system for generating a projection beam having a light beam diameter satisfying an axially symmetric region in which an optical axis of the objective lens is symmetric from measurement light emitted from the light source, and The height measuring device according to claim 1, wherein a light beam is projected on the subject along the axially symmetric region.
【請求項3】 前記コリメート光学系は、光源と第1乃
至第3のレンズ系とからなり、前記第1乃至第3のレン
ズ系は、それぞれのNAをNA1、NA2、NA3、焦
点距離をf1、f2、f3とすると、NA1f1≧NA
2f2、NA2≦NA3、f3≪f2の条件を備えてい
ることを特徴とする請求項2記載の高さ測定装置。
3. The collimating optical system comprises a light source and first to third lens systems, wherein the first to third lens systems have respective NAs of NA1, NA2, NA3 and a focal length of f1. , F2, f3, NA1f1 ≧ NA
3. The height measuring device according to claim 2, wherein a condition of 2f2, NA2 ≦ NA3, f3≪f2 is satisfied.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010156670A (en) * 2008-12-29 2010-07-15 Mitsutoyo Corp Focal sensor

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