JP2008046361A - Optical system and its control method - Google Patents

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康夫 鈴木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical system achieving rapid observation by a confocal optical system. <P>SOLUTION: The optical system 1 includes: the confocal optical system 3 to radiate illuminating light emitted from an illuminating light source 21 to a specimen 8 through a confocal minute aperture 34a so as to obtain passing light reflected by the specimen and passing through the confocal minute aperture 34a; a photodetector part 41 to detect the passing light; a displacement part 5 to displace the focal position of the confocal optical system to the specimen in an optical axis direction; and a processing part 60 to read and process detection data from the photodetector part 41 at a plurality of positions obtained by displacing the focal position. The optical system 1 is constituted so that the processing part may adjust the intensity of the light radiated to the specimen 8 based on the detection data read at the plurality of positions. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、照明光源と共焦点光学系及び共焦点光学系において得られた共焦点像を撮影する撮像装置とを備えた光学システム、及び光学システムの制御方法に関する。   The present invention relates to an optical system including an illumination light source, a confocal optical system, and an imaging device that captures a confocal image obtained in the confocal optical system, and a method for controlling the optical system.

共焦点光学系と撮像装置とを備えた光学システムとして、例えば、半導体ウェハ基板や、集積素子(IC)、液晶表示パネルなどの微細パターンを検査する共焦点顕微鏡やエリア高さ測定機などの検査装置がある。これらの検査装置に用いられる共焦点光学系は、照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し、被検物からの反射光(点像)を再び共焦点用微小開口を通過させて観測する。共焦点光学系の焦点位置を被検物の表面近傍に設定して焦点位置を光軸方向に相対変位させると、被検物からの反射光のうち、共焦点用微小開口を通過する反射光(以下、通過光という)の強度が増減し、焦点位置が被検物の表面と一致したときに通過光の光強度が最大になる。従って、光検出部で検出される通過射光の強度が最大となるときの高さ位置を検出することで、被検物の各部の高さ測定や形状測定を行うことができる。   As an optical system including a confocal optical system and an imaging device, for example, inspection of a confocal microscope or an area height measuring device for inspecting a fine pattern of a semiconductor wafer substrate, an integrated element (IC), a liquid crystal display panel, etc. There is a device. The confocal optical system used in these inspection apparatuses irradiates the object with illumination light through the confocal microscopic aperture, and reflects the reflected light (point image) from the test object again through the confocal microscopic aperture. Pass through and observe. When the focal position of the confocal optical system is set near the surface of the specimen and the focal position is relatively displaced in the direction of the optical axis, the reflected light that passes through the confocal micro-aperture out of the reflected light from the specimen The intensity of the passing light becomes maximum when the intensity of the passing light (hereinafter referred to as passing light) increases and decreases and the focal position coincides with the surface of the test object. Therefore, it is possible to measure the height and shape of each part of the test object by detecting the height position when the intensity of the transmitted light detected by the light detection part is maximized.

このような検査装置に関し、効率的な測定を行うため、被検物に対する焦点面の高さ位置を光軸方向に所定間隔で変位させながら、通過光を二次元の撮像素子(光検出部)で撮影して画像データを読み込み、撮像素子の各画素において検出される離散的な輝度信号のデータから反射光の強度が最大となる高さ位置を内挿処理により算出する方法を用いた装置が知られている(例えば、特許文献1を参照)。   With respect to such an inspection apparatus, in order to perform efficient measurement, two-dimensional imaging elements (light detection units) are used for passing light while displacing the height position of the focal plane with respect to the test object at predetermined intervals in the optical axis direction. An apparatus using a method of reading the image data by reading the image data and calculating the height position where the intensity of the reflected light is maximum from the data of discrete luminance signals detected at each pixel of the image sensor by interpolation processing. It is known (see, for example, Patent Document 1).

特開9−126739号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-126739

しかしながら、上記のような測定方法を利用した装置は、共焦点光学系の焦点位置が被検物の表面(物体面)と一致した状態において、撮像素子の受光強度(撮像素子から出力される輝度信号)が処理を行い得る必要十分な値であるとともに、飽和していないことが条件となる。しかしながら、焦点位置が被検物の表面近傍になったときに反射光が検出され、焦点位置と被検物表面とが一致したときに受光強度が最大になるという共焦点光学系の特性上、焦点位置を被検物の表面に合わせるまで受光強度が分からず、高さスキャン測定を実施する以前に手動操作で被検物の焦点位置まで移動させ、照明照度の最適化を行う必要があった。   However, the apparatus using the measurement method as described above has the light receiving intensity of the image sensor (the luminance output from the image sensor) in a state where the focal position of the confocal optical system coincides with the surface (object surface) of the test object. Signal) is a necessary and sufficient value that can be processed, and is not saturated. However, on the characteristic of the confocal optical system that the reflected light is detected when the focal position is close to the surface of the test object, and the received light intensity becomes maximum when the focal position matches the test object surface, The received light intensity was unknown until the focus position was adjusted to the surface of the test object, and it was necessary to manually move the focus position to the test object before optimizing the height scan to optimize the illumination intensity. .

特に、視野内に高さ位置が異なり表面反射率が異なる部位が二箇所以上のある場合に、反射率の高い部位で飽和強度に対して余裕のある明るさに調整すると、反射率の低い部位で測定に十分な光量が得られず、逆に、反射率の低い部位に合わせて照明照度を調整すると反射率の高い部位で受光素子の出力が飽和してしまうなど、撮像素子のダイナミックレンジに合わせて照明光源の照度を調整するのが難しいという問題があった。このような従来技術への対応として、測定対象の複数の部位について手動操作によるサンプリングを行い、各部の画像データを見ながら照明条件を設定するという方法が一般的に行われているが、準備作業が煩雑であるとともに共焦点画像を取得するまでに時間がかかるという課題があった。   In particular, when there are two or more parts with different height positions and different surface reflectivities in the field of view, the part with low reflectivity is adjusted when the brightness is adjusted so that the saturation intensity is high in the part with high reflectivity. However, if the illumination illuminance is adjusted according to the part with low reflectivity, the output of the light receiving element will be saturated at the part with high reflectivity. In addition, there is a problem that it is difficult to adjust the illuminance of the illumination light source. As a countermeasure to such a conventional technique, a method of manually sampling a plurality of parts to be measured and setting an illumination condition while viewing image data of each part is generally performed. However, there is a problem that it takes time to acquire a confocal image.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、共焦点光学系による観測を迅速に行うことができる光学システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, and an object thereof is to provide an optical system capable of promptly performing observation with a confocal optical system.

上記目的達成のため、請求項1に係る発明は光学システムであり、照明光を出射する照明光源と、照明光源から出射された照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し、被検物で反射され共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、共焦点光学系において得られた通過光を検出する光検出部と、被検物に対する共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、変位部により焦点位置を変位させた複数の位置において光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備え、処理部が、複数の位置で読み込んだ検出データに基づいて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。   In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is an optical system that irradiates an object to be examined with an illumination light source that emits illumination light and illumination light emitted from the illumination light source through a confocal microscopic aperture. A confocal optical system that obtains passing light reflected by the test object and passed through the confocal micro-aperture, a light detection unit that detects the passing light obtained in the confocal optical system, and confocal optics for the test object A displacement unit that displaces the focal position of the system in the optical axis direction, and a processing unit that reads and processes the detection data from the light detection unit at a plurality of positions in which the focal position is displaced by the displacement unit. Based on the detection data read at the position, the intensity of the light applied to the test object is adjusted.

請求項2に係る発明は、請求項1の光学システムにおいて、処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、光検出部に検出された通過光の光強度と光検出部の飽和光強度とを比較して、比較結果に基づいて被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。   According to a second aspect of the present invention, in the optical system of the first aspect, the processing unit detects the light intensity of the passing light detected by the light detection unit and the saturated light intensity of the light detection unit from the detection data read at a plurality of positions. And the intensity of light applied to the test object is adjusted based on the comparison result.

請求項3に係る発明は、請求項1の光学システムにおいて、処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、被検物の表面と共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに光検出部に検出されるべき通過光の最大強度を内挿処理して算出し、算出された最大強度に応じて被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。   According to a third aspect of the present invention, in the optical system of the first aspect, the processing unit emits light when the surface of the test object and the focal position of the confocal optical system coincide from the detection data read at a plurality of positions. The maximum intensity of the passing light to be detected by the detection unit is calculated by interpolation processing, and the intensity of the light irradiated to the test object is adjusted according to the calculated maximum intensity.

請求項4に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれかの光学システムにおいて、処理部は、被検物に照射される光の強度を調整した後に、変位部により焦点位置を変位させて複数の位置において光検出部から検出データを読み込んで被検物の各部の高さ情報を取得するように構成される。   According to a fourth aspect of the present invention, in the optical system according to any one of the first to third aspects, the processing unit adjusts the intensity of light applied to the test object, and then displaces the focal position by the displacement unit. Thus, the detection data is read from the light detection unit at a plurality of positions, and the height information of each part of the test object is acquired.

請求項5に係る発明は光学システムの制御方法であり、照明光を出射する照明光源と、照明光源から出射された照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し被検物で反射され共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、共焦点光学系によって得られた通過光を検出する光検出部と、被検物に対する共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、変位部により焦点位置を変位させ及び光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備えた光学システムの制御方法であって、照明光源に所定の光強度で照明光を出射させ、処理部は変位部により共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させた複数の位置において光検出部から検出データを読み込んで、複数の位置において読み込んだ検出データに基づいて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。   The invention according to claim 5 is a method for controlling an optical system, wherein an illumination light source that emits illumination light and illumination light emitted from the illumination light source is irradiated to the test object through a confocal microscopic aperture. The confocal optical system that obtains the passing light reflected by the confocal micro aperture, the light detection unit that detects the passing light obtained by the confocal optical system, and the focal position of the confocal optical system with respect to the test object A control method for an optical system, comprising: a displacement unit that displaces the optical axis in a direction of the optical axis; and a processing unit that displaces a focal position by the displacement unit and reads detection data from the light detection unit and processes the data. Illumination light is emitted with the light intensity of, and the processing unit reads the detection data from the light detection unit at a plurality of positions where the focal position of the confocal optical system is displaced in the optical axis direction by the displacement unit, and reads at the plurality of positions. Based on detected data There are, configured to adjust the intensity of light applied to the specimen.

請求項6に係る発明は、請求項5の光学システムの制御方法において、処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、光検出部に撮影された通過光の光強度と光検出部の飽和光強度とを比較して、比較結果に基づいて被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。処理部は、複数の位置で読み込んだ検出データから、被検物の表面と共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに光検出部に検出されるべき反射光の光強度を内挿処理して算出し、算出された光強度に応じて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。   According to a sixth aspect of the present invention, in the optical system control method of the fifth aspect, the processing unit is configured to detect the light intensity of the passing light photographed by the light detection unit and the light detection unit from the detection data read at a plurality of positions. The saturation light intensity is compared, and the intensity of light irradiated to the test object is adjusted based on the comparison result. The processing unit interpolates the light intensity of the reflected light that should be detected by the light detection unit when the surface of the test object and the focal position of the confocal optical system coincide from the detection data read at a plurality of positions. The intensity of the light irradiated to the test object is adjusted according to the calculated light intensity.

請求項7に係る発明は、請求項5の光学システムの制御方法において、処理部は、
複数の位置で読み込んだ検出データから、被検物の表面と共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに光検出部に検出されるべき反射光の光強度を内挿処理して算出し、算出された光強度に応じて、被検物に照射される光の強度を調整するように構成される。
The invention according to claim 7 is the method of controlling an optical system according to claim 5, wherein the processing unit is
From the detection data read at multiple positions, the light intensity of the reflected light to be detected by the light detection unit when the surface of the test object matches the focal position of the confocal optical system is calculated by interpolation. According to the calculated light intensity, the intensity of the light irradiated to the test object is adjusted.

請求項8に係る発明は、請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の光学システムの制御方法において、処理部は、被検物に照射される光の強度を調整した後に、変位部により焦点位置を変位させた複数の位置において光検出部が検出した通過光の検出データを読み込んで、被検物の高さ情報を取得するように構成される。   According to an eighth aspect of the present invention, in the method for controlling an optical system according to any one of the fifth to seventh aspects, the processing unit adjusts the intensity of light applied to the test object, and then shifts. The detection information of the passing light detected by the light detection unit at a plurality of positions whose focal positions are displaced by the unit is read to obtain the height information of the test object.

本発明によれば、共焦点光学系による観測を迅速に行うことができる光学システム及び光学システムの制御方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the control method of the optical system which can perform observation by a confocal optical system rapidly, and an optical system can be provided.

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。本発明を適用した光学システムの一例として、被検物表面の微細形状を観測する検査装置1の概要構成を図1に示しており、まずこの検査装置1の構成について説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As an example of an optical system to which the present invention is applied, FIG. 1 shows a schematic configuration of an inspection apparatus 1 that observes the fine shape of the surface of an object. First, the configuration of the inspection apparatus 1 will be described.

検査装置1は、照明光学系2と、被検物8の共焦点像を得る共焦点光学系3と、共焦点光学系3によって得た像(共焦点像)を撮影する撮像装置4と、被検物8が載置されたステージ7を昇降駆動するステージ駆動部52を含み共焦点光学系3の焦点位置を光軸方向に相対変位させる変位機構(変位部)5と、画像撮影の処理を行う処理装置(処理部)60を含み各部の作動制御を行う制御装置6とを有して構成される。   The inspection apparatus 1 includes an illumination optical system 2, a confocal optical system 3 that obtains a confocal image of the object 8, an imaging apparatus 4 that captures an image (confocal image) obtained by the confocal optical system 3, A displacement mechanism (displacement unit) 5 that includes a stage drive unit 52 that drives the stage 7 on which the test object 8 is mounted to move up and down, and that relatively displaces the focal position of the confocal optical system 3 in the optical axis direction; And a control device 6 that controls the operation of each unit.

照明光学系2は、共焦点光学系3の側方に位置し、偏光ビームスプリッタ23から側方に延びる光軸上に、コンデンサレンズ22と照明光源21を有して構成される。照明光源21は、例えばハロゲンランプやキセノンランプなどが用いられ、輝度(発光強度)が調整可能になっている。共焦点光学系3は、被検物8から上方に延びる光軸上に並んで、1/4λ板31、対物レンズ系32、ピンホールディスク34、偏光ビームスプリッタ23、リレーレンズ系35を有して構成される。撮像装置4はリレーレンズ系35の像面位置に設けられた撮像素子(光検出部)41を有し、例えば、CCDやCMOSなどの二次元の光電素子を用いて構成される。被検物8はステージ7に載置されて共焦点光学系3の焦点近傍位置に配置される。   The illumination optical system 2 is located on the side of the confocal optical system 3 and includes a condenser lens 22 and an illumination light source 21 on an optical axis extending laterally from the polarization beam splitter 23. For example, a halogen lamp or a xenon lamp is used as the illumination light source 21, and the luminance (light emission intensity) can be adjusted. The confocal optical system 3 includes a ¼λ plate 31, an objective lens system 32, a pinhole disk 34, a polarization beam splitter 23, and a relay lens system 35, which are aligned on the optical axis extending upward from the test object 8. Configured. The imaging device 4 includes an imaging element (light detection unit) 41 provided at the image plane position of the relay lens system 35, and is configured using, for example, a two-dimensional photoelectric element such as a CCD or a CMOS. The test object 8 is placed on the stage 7 and is disposed near the focal point of the confocal optical system 3.

照明光源21から出射された光線はコンデンサレンズ22で平行光に変換され、偏光ビームスプリッタ23に入射する。偏光ビームスプリッタ23は、入射した光のうちP偏光成分を透過しS偏光成分を反射する機能を有しており、反射したS偏光の照明光がピンホールディスク34の上面に照射される。   The light beam emitted from the illumination light source 21 is converted into parallel light by the condenser lens 22 and enters the polarization beam splitter 23. The polarization beam splitter 23 has a function of transmitting the P-polarized component of the incident light and reflecting the S-polarized component, and the reflected S-polarized illumination light is applied to the upper surface of the pinhole disk 34.

ピンホールディスク34は、薄い円板状をなし、反射防止処理が施された遮光性の薄膜に、光を透過する共焦点ピンホール(共焦点用微小開口)34aが多数螺旋状に配列されて形成されている(このような構成のピンホールディスクはニッポウディスクとも称される)。ピンホールディスク34は、偏光ビームスプリッタ23で反射された照明光を遮るように、共焦点光学系3の光軸に対して直交して配置される。ピンホールディスク34はモータ34mにより所定の回転速度で回転されており、共焦点ピンホール24aを通過した照明光が対物レンズ系32を介してステージ7に載置された被検物8に共焦点ピンホール34aの像(点像)として集光照射される。なお、図1では、2つの共焦点ピンホール34a,34aを通る光束を例示している。   The pinhole disk 34 has a thin disk shape, and a plurality of confocal pinholes (confocal micro openings) 34a that transmit light are arranged in a spiral shape on a light-shielding thin film that has been subjected to an antireflection treatment. (A pinhole disk having such a configuration is also referred to as a Nippon disk). The pinhole disk 34 is disposed orthogonal to the optical axis of the confocal optical system 3 so as to block the illumination light reflected by the polarization beam splitter 23. The pinhole disk 34 is rotated at a predetermined rotational speed by a motor 34m, and the illumination light that has passed through the confocal pinhole 24a is confocal to the object 8 placed on the stage 7 via the objective lens system 32. Condensed and irradiated as an image (point image) of the pinhole 34a. In FIG. 1, a light beam passing through two confocal pinholes 34a and 34a is illustrated.

被検物8に集光照射された共焦点ピンホール34aの像は、被検物8の表面(以下、「物体面O」と称する)で反射されて再び対物レンズ系32に入射し、この対物レンズ系32により集光されてピンホールディスク34の下面に被検物8の表面の像をつくり、共焦点ピンホール34aを通過する。ここで、共焦点ピンホール34aを通過した反射光(前記同様に「通過光」という)は、偏光ビームスプリッタ23によりS偏光とされた照明光が1/4λ板21を2回透過することでP偏光に変換されており、偏光ビームスプリッタ23を透過してリレーレンズ系35により集光され、撮像素子41の撮像面に共焦点ピンホール34aの像として結像する。   The image of the confocal pinhole 34a focused and irradiated on the test object 8 is reflected by the surface of the test object 8 (hereinafter referred to as “object plane O”) and is incident on the objective lens system 32 again. The light is condensed by the objective lens system 32 to form an image of the surface of the test object 8 on the lower surface of the pinhole disk 34 and passes through the confocal pinhole 34a. Here, the reflected light that has passed through the confocal pinhole 34a (referred to as “passed light” in the same manner as described above) passes through the quarter-λ plate 21 twice by the illumination light that has been changed to S-polarized light by the polarization beam splitter 23. The light is converted to P-polarized light, passes through the polarization beam splitter 23, is collected by the relay lens system 35, and forms an image of the confocal pinhole 34 a on the imaging surface of the imaging device 41.

なお、1/4λ板21と偏光ビームスプリッタ23とを設け、反射光の偏光成分(P偏光の光)を撮像装置4に撮影させるように構成することにより、微弱な光強度の通過光を全量透過させる一方、偏光ビームスプリッタ23よりも被検物側に位置する光学部材の表面反射によるフレア光を遮断することができ、これによりクリアな共焦点像を得ることができる。   In addition, by providing the ¼λ plate 21 and the polarization beam splitter 23 so that the imaging device 4 captures the polarization component of the reflected light (P-polarized light), the entire amount of passing light with weak light intensity is obtained. While transmitting, it is possible to block the flare light caused by the surface reflection of the optical member located closer to the test object than the polarizing beam splitter 23, thereby obtaining a clear confocal image.

そして、多数の共焦点ピンホール34aが形成されたピンホールディスク34をモータ34mにより所定の速度で高速回転させることにより、各共焦点ピンホール34aを通過した照明光がスポット光として被検物8の物体面Oをスキャンすることとなり、この共焦点ピンホール34aを通過した被検物8の反射像(共焦点像)を撮像装置4で撮影し、制御装置6内の処理装置60で処理することにより、被検物8の各部の高さ情報を含んだ共焦点画像を得ることができる。   Then, the pinhole disc 34 on which a large number of confocal pinholes 34a are formed is rotated at a high speed by a motor 34m at a predetermined speed, so that the illumination light passing through each confocal pinhole 34a becomes spot light as the test object 8 The object surface O is scanned, and a reflected image (confocal image) of the test object 8 that has passed through the confocal pinhole 34a is photographed by the imaging device 4 and processed by the processing device 60 in the control device 6. Thus, a confocal image including the height information of each part of the test object 8 can be obtained.

すなわち、共焦点光学系3では、物体面O(被検物の表面)が対物レンズ系32の焦点面の高さ位置にあるときに、反射光がピンホールディスク34のピンホール形成面に結像し、反射光のほぼ全量が通過光となって共焦点ピンホール34aを通過するが、物体面Oが対物レンズ系32の焦点面の高さ位置からわずかでも外れると、反射光はピンホール形成面に結像せず、一部しか共焦点ピンホール34aを通過することができない。   That is, in the confocal optical system 3, when the object plane O (the surface of the test object) is at the height position of the focal plane of the objective lens system 32, the reflected light is coupled to the pinhole forming surface of the pinhole disk 34. Although almost all of the reflected light passes through the confocal pinhole 34a as the passing light, if the object plane O slightly deviates from the height of the focal plane of the objective lens system 32, the reflected light is pinholed. An image is not formed on the formation surface, and only a part can pass through the confocal pinhole 34a.

このため、被検物8及び共焦点光学系3の少なくともいずれか一方を光軸方向(図1に座標軸を付記するZ軸方向)に変位させて物体Oに対する焦点面の高さを相対変位させ、被検物8からの反射光をピンホールディスク34を介して撮像装置4により撮影して、撮像素子41において検出される通過光の光強度が最大となる高さ位置を撮像素子41の各画素ごとに求めることにより、各画素に対応する被検物各部の高さ位置を検出することができる。   For this reason, at least one of the test object 8 and the confocal optical system 3 is displaced in the optical axis direction (Z-axis direction in which a coordinate axis is added to FIG. 1), and the height of the focal plane relative to the object O is relatively displaced. The reflected light from the test object 8 is photographed by the imaging device 4 via the pinhole disk 34, and the height position at which the light intensity of the passing light detected by the imaging element 41 is maximized is determined for each of the imaging elements 41. By obtaining for each pixel, the height position of each part of the test object corresponding to each pixel can be detected.

図2は、対物レンズ系32の焦点面付近に被検物8の物体面Oが位置するようにしてステージ7を光軸方向(Z軸方向)に変位させたときの、ステージ7(物体面O)のZ座標位置と撮像素子41に受光される通過光の光強度Iとの変化を模式的に示したものである。検出原理から明らかなように、ステージ7をZ軸方向(光軸方向)に連続的に変位させると、図中に点線で示すように、通過光の光強度Iが滑らかに変化し、対物レンズ系32の焦点面と物体面Oとが一致する高さ位置Z0において通過光の光強度Iが最大値I0となる。 FIG. 2 shows the stage 7 (object plane) when the stage 7 is displaced in the optical axis direction (Z-axis direction) so that the object plane O of the object 8 is positioned near the focal plane of the objective lens system 32. 10 schematically shows changes in the Z coordinate position of O) and the light intensity I of the passing light received by the image sensor 41. As apparent from the detection principle, when the stage 7 is continuously displaced in the Z-axis direction (optical axis direction), the light intensity I of the passing light changes smoothly as shown by the dotted line in the figure, and the objective lens At the height position Z 0 where the focal plane of the system 32 and the object plane O coincide with each other, the light intensity I of the passing light becomes the maximum value I 0 .

適正な照明条件下においては、通過光の光強度Iと撮像装置4から出力される輝度信号との間に一定の比例関係があり、各画素ごとに輝度信号が最大となる高さ位置を求めることで、対応する被検物各部の高さ位置を検出することができる。   Under proper illumination conditions, there is a certain proportional relationship between the light intensity I of the passing light and the luminance signal output from the imaging device 4, and the height position where the luminance signal is maximized is obtained for each pixel. Thus, the height position of each part of the corresponding test object can be detected.

従って、制御装置6によりステージ駆動部52の作動を制御して被検物8を光軸方向に変位させ、このとき撮像素子41において検出される通過光の強度変化を、撮像装置4から制御装置6に入力される輝度信号により検出し、輝度信号の大きさがピークになったときのステージ7のZ方向の位置Z0を求めることで、被検物8の表面の高さ位置を特定することができる。そして、このような被検物表面の高さ位置検出を撮像素子41の各画素について行うことによって、撮像領域全体について被検物8の各部の相対的な高さ位置関係を特定することができ、これにより微細な部分の高さ測定や三次元の立体形状測定を行うことができる。 Therefore, the control device 6 controls the operation of the stage drive unit 52 to displace the test object 8 in the optical axis direction, and changes the intensity of the passing light detected by the image pickup device 41 at this time from the image pickup device 4 to the control device. The height position of the surface of the test object 8 is specified by obtaining the position Z 0 in the Z direction of the stage 7 when the magnitude of the luminance signal reaches a peak. be able to. Then, by detecting the height position of the surface of the test object for each pixel of the image sensor 41, the relative height position relationship of each part of the test object 8 can be specified for the entire imaging region. Thereby, the height measurement of a fine part and the three-dimensional solid shape measurement can be performed.

なお、図示する検査装置1は、被検物8が載置されるステージ7を昇降変位させて共焦点光学系3の焦点面に対する物体面Oの高さ位置を光軸方向に変位させる形態を示しており、制御装置6がステージ駆動部52の作動を制御してステージ7上の被検物8を光軸方向に変位させるように構成している。但し、被検物8が載置されたステージ7を固定して共焦点光学系3全体を光軸方向に変化させ、あるいは対物レンズ系32における被検物側の対物レンズを光軸方向に変位させて、物体面Oに対する共焦点光学系3の焦点面の高さ位置を光軸方向に変位させる構成としても、同様に被検物8の高さ位置を測定することができる。   The inspection apparatus 1 shown in the figure has a form in which the height position of the object plane O with respect to the focal plane of the confocal optical system 3 is displaced in the optical axis direction by moving the stage 7 on which the object 8 is placed up and down. The control device 6 is configured to control the operation of the stage drive unit 52 to displace the test object 8 on the stage 7 in the optical axis direction. However, the stage 7 on which the test object 8 is placed is fixed and the entire confocal optical system 3 is changed in the optical axis direction, or the objective lens on the test object side in the objective lens system 32 is displaced in the optical axis direction. Thus, even when the height position of the focal plane of the confocal optical system 3 with respect to the object plane O is displaced in the optical axis direction, the height position of the test object 8 can be measured similarly.

ここで、被検物8からの通過光を各画素について連続的に、若しくは微細なピッチで検出するとすれば、画素ごとに輝度信号の変化を記憶するメモリの記憶容量が膨大となり、また通過光のピーク位置を算出する処理時間も長時間を要することになる。一方、図2に示した、合焦位置Z0近傍における通過光の強度変化の特性は既に知られており、ガウス関数や点像分布関数等の二次元関数に近似することができる。このため、少なくともZ方向の二箇所の座標位置において通過光の光強度Iが分かれば、このデータを内挿処理(カーブフィット計算)することで合焦位置Z0及びピーク強度I0を算出することができる。 Here, if the passing light from the test object 8 is detected continuously or at a fine pitch for each pixel, the storage capacity of the memory for storing the change of the luminance signal for each pixel becomes enormous, and the passing light It takes a long time to calculate the peak position. On the other hand, the characteristics of the intensity change of the passing light in the vicinity of the in-focus position Z 0 shown in FIG. 2 are already known, and can be approximated to a two-dimensional function such as a Gaussian function or a point spread function. Therefore, if the light intensity I of the passing light is known at least at two coordinate positions in the Z direction, the focus position Z 0 and the peak intensity I 0 are calculated by interpolating this data (curve fit calculation). be able to.

検査装置1では、通過光の光強度Iについて、Z座標上の少なくとも三箇所でサンプリングできるように、サンプリング間隔(高さ間隔)ΔZが予め設定されており、制御装置6内の処理装置60が、ステージ駆動部52の作動を制御してステージ7を高さ間隔ΔZで光軸方向に変位させ、各高さ位置(図2では、Z1,Z2,Z3)において撮像装置4から読み込んだ輝度信号に基づいて内挿処理を行い、合焦位置Z0及びピーク強度I0を算出するようになっている。 In the inspection apparatus 1, the sampling interval (height interval) ΔZ is set in advance so that the light intensity I of the passing light can be sampled at at least three locations on the Z coordinate, and the processing device 60 in the control device 6 Then, the operation of the stage drive unit 52 is controlled to displace the stage 7 in the optical axis direction at a height interval ΔZ, and read from the imaging device 4 at each height position (Z 1 , Z 2 , Z 3 in FIG. 2). An interpolation process is performed based on the luminance signal, and the in-focus position Z 0 and the peak intensity I 0 are calculated.

但し、上記のような内挿処理により合焦位置Z0を算出する前提として、撮像装置4から入力される輝度信号が十分な大きさをもち且つ飽和していないこと、すなわち被検物8に対する照明条件が適正な範囲内にあることが必要になる。ところが、上述したような共焦点光学系の特性上、共焦点光学系3の焦点面と被検物8の物体面Oとが一致するまで、通過光の光強度Iが分からない。 However, as a premise for calculating the in-focus position Z 0 by the interpolation process as described above, the luminance signal input from the imaging device 4 has a sufficient magnitude and is not saturated, that is, for the test object 8. It is necessary that the lighting conditions are within an appropriate range. However, due to the characteristics of the confocal optical system as described above, the light intensity I of the passing light is not known until the focal plane of the confocal optical system 3 and the object plane O of the test object 8 coincide.

この結果、撮像素子41の受光感度との関係で、図3(a)に示すように、撮影装置4から処理装置60に入力される3〜4箇所程度のサンプリングデータの輝度信号値が低すぎて正確な合焦位置を特定しにくい場合や、図3(b)に示すように、サンプリングポイントのうち少なくとも一箇所において通過光の光強度Iが撮像素子41の飽和受光強度ISを超えて輝度信号が飽和する場合が生じる。従って、被検物8の立体形状を測定したり、撮像範囲全体が合焦状態の共焦点像(全焦点画像という)を取得するためには、各高さ位置にある被検物の各部に対して適正な照明照度となる照明条件を得る必要がある。 As a result, in relation to the light receiving sensitivity of the image sensor 41, as shown in FIG. 3A, the luminance signal values of the sampling data of about 3 to 4 places input from the imaging device 4 to the processing device 60 are too low. When it is difficult to specify an accurate in-focus position, or as shown in FIG. 3B, the light intensity I of the passing light exceeds the saturation light reception intensity I S of the image sensor 41 at least at one of the sampling points. In some cases, the luminance signal is saturated. Accordingly, in order to measure the three-dimensional shape of the test object 8 or to obtain a confocal image (referred to as an all-focus image) in which the entire imaging range is in focus, each part of the test object at each height position is obtained. On the other hand, it is necessary to obtain an illumination condition that provides an appropriate illumination illuminance.

検査装置1では、処理装置60が、撮像装置4から読み込んだ画像データに基づいて被検物8に照射される光の強度を調整するように構成している。図4に、このような調整制御を行う処理装置60のブロック図を示しており、以下、処理装置60の構成、及びこの処理装置60による検査装置1の制御作動について説明する。   In the inspection apparatus 1, the processing apparatus 60 is configured to adjust the intensity of light applied to the test object 8 based on the image data read from the imaging apparatus 4. FIG. 4 is a block diagram of the processing device 60 that performs such adjustment control. Hereinafter, the configuration of the processing device 60 and the control operation of the inspection device 1 by the processing device 60 will be described.

処理装置60は、CPU61、ステージ駆動部52の作動を制御する駆動制御部62、撮像装置4から入力された画像データを記憶する画像データ記憶部63、被検物8に照射される光の強度を変化させる照度制御部64、画像データ記憶部63に記憶された画像データから合焦部分のデータを抽出する画像データ抽出部65、抽出された画像データを合成して共焦点画像を生成する画像合成部66などから構成される。   The processing device 60 includes a CPU 61, a drive control unit 62 that controls the operation of the stage drive unit 52, an image data storage unit 63 that stores image data input from the imaging device 4, and the intensity of light irradiated on the test object 8. An illuminance control unit 64 that changes the image, an image data extraction unit 65 that extracts data of the in-focus portion from the image data stored in the image data storage unit 63, and an image that generates a confocal image by combining the extracted image data It is composed of a synthesis unit 66 and the like.

処理装置60には、撮像装置4から画像データが入力されるとともに、ステージ駆動部52からステージ7の光軸方向の高さ位置すなわちZ軸上の座標位置が入力されている。また処理装置60には、処理結果を出力する出力部67が設けられており、被検物8の立体形状や全焦点画像を、液晶表示パネルやCRT等の画像表示装置71、プリンタ72等に出力可能になっている。   Image data is input from the imaging device 4 to the processing device 60, and a height position in the optical axis direction of the stage 7, that is, a coordinate position on the Z axis is input from the stage driving unit 52. Further, the processing device 60 is provided with an output unit 67 for outputting the processing result, and the three-dimensional shape and the omnifocal image of the test object 8 are transferred to the image display device 71 such as a liquid crystal display panel or CRT, the printer 72 and the like. Output is enabled.

照明照度を設定するための処理(プレスキャン処理)が開始されると、処理装置60は照度制御部64から照明光源21に指令信号を出力して予め設定された所定の光強度で照明光を出射させる。所定の光強度は、被検物の反射率を測定するための照明照度として処理装置60内のメモリにパラメータ設定されており、例えば、被検物8の種別(プリント配線基板、ICチップ、半導体ウェハ等)に合わせた照明照度が設定記憶され、検査する被検物に応じて選択設定可能に構成される。   When the process for setting the illumination illuminance (pre-scan process) is started, the processing device 60 outputs a command signal from the illuminance control unit 64 to the illumination light source 21 to emit illumination light with a predetermined light intensity set in advance. Let it emit. The predetermined light intensity is set in the memory in the processing device 60 as illumination illuminance for measuring the reflectance of the test object. For example, the type of the test object 8 (printed wiring board, IC chip, semiconductor) The illumination illuminance according to the wafer or the like is set and stored, and can be selected and set according to the object to be inspected.

次いで駆動制御部62からステージ駆動部52に指令信号を出力してステージ7のZ方向移動を開始させ、初期設定された画像データの取得開始位置から、高さ間隔ΔZごとに撮像装置4が撮影した画像データを読み込んで、Z座標位置とともに画像データ記憶部63に記憶させる。この読み込み及び記憶処理が、予め設定された画像データの取得範囲(高さ範囲あるいは撮影枚数等)について終了すると、処理装置60内のCPU61は、画像データ記憶部63に記憶された画像データを、各画素ごとに輝度信号が時系列に並ぶ時系列データに並び替え、各画素ごとに輝度信号値が高い3〜4箇所の離散データからなる一群の輝度信号列を抽出する。これが各部位の焦点面近傍における通過光の検出信号である。   Next, a command signal is output from the drive control unit 62 to the stage drive unit 52 to start the movement of the stage 7 in the Z direction, and the imaging device 4 captures images at every height interval ΔZ from the initial setting start position of image data. The read image data is read and stored in the image data storage unit 63 together with the Z coordinate position. When this reading and storing process is completed for a preset image data acquisition range (height range or number of shots), the CPU 61 in the processing device 60 stores the image data stored in the image data storage unit 63. The luminance signal is rearranged in time series for each pixel, and a group of luminance signal strings composed of 3 to 4 discrete data having high luminance signal values is extracted for each pixel. This is a detection signal of passing light in the vicinity of the focal plane of each part.

照度制御部64は、抽出された輝度信号列のうち、最も高い輝度信号を含む一群の輝度信号列を基準として照明照度の調整量を算出する。   The illuminance control unit 64 calculates the adjustment amount of the illumination illuminance with reference to a group of luminance signal sequences including the highest luminance signal among the extracted luminance signal sequences.

(第1実施形態)
第1実施形態の調整処理は、通過光の光強度Iと撮像素子41の飽和光強度ISとを比較して、比較結果に基づいて被検物8に照射される光の強度を変化させて、被検物8の照明照度を調整する。
(First embodiment)
In the adjustment process of the first embodiment, the light intensity I of the passing light is compared with the saturated light intensity I S of the image sensor 41, and the intensity of the light irradiated on the test object 8 is changed based on the comparison result. Then, the illumination illuminance of the test object 8 is adjusted.

例えば、図3(a)に示すように、撮像素子41の飽和光強度ISに対して、撮像素子41に検出された通過光の光強度I(輝度信号値)が、一群の輝度信号列の全てについて低い場合には、照度制御部64は、飽和光強度ISと検出された最大の光強度Iとの強度差ΔI=|IS−I|を算出し、この強度差ΔIに応じた信号を照明光源21に出力して照明光源21の輝度(発光強度)を上昇させ、被検物8に照射される光の強度を上昇させる。なお一群の輝度信号データの総和と、飽和強度ISとを対比して照度調整を行うように構成しても良い。 For example, as illustrated in FIG. 3A, the light intensity I (luminance signal value) of the passing light detected by the image sensor 41 is a group of luminance signal sequences with respect to the saturated light intensity I S of the image sensor 41. Is low for all, the illuminance control unit 64 calculates an intensity difference ΔI = | I S −I | between the saturated light intensity I S and the detected maximum light intensity I, and according to the intensity difference ΔI. The output signal is output to the illumination light source 21 to increase the luminance (light emission intensity) of the illumination light source 21 and increase the intensity of light applied to the test object 8. Note the sum of a group of luminance signal data may be compared with the saturation intensity I S be configured to perform the illuminance adjustment.

一方、図3(b)に示すように、撮像素子41の飽和光強度ISに対して、通過光の光強度I(輝度信号値)が高く、一群の輝度信号列のいずれかにおいて飽和が生じた場合には、照度制御部64は、飽和している輝度信号を挟む前後(高さ位置で上下)の輝度信号から、飽和した位置の輝度信号を算出して最大の光強度Iを求め、この最大の光強度Iと飽和光強度ISとの強度差ΔI=|IS−I|を算出する。そしてこの強度差ΔIに応じた信号を照明光源21に出力して照明光源21の輝度を低下させ、被検物8に照射される光の強度を低下させる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, the light intensity I (luminance signal value) of the passing light is higher than the saturation light intensity I S of the image sensor 41, and saturation occurs in any of a group of luminance signal strings. When this occurs, the illuminance control unit 64 calculates the luminance signal at the saturated position from the luminance signals before and after sandwiching the saturated luminance signal (up and down at the height position) to obtain the maximum light intensity I. Then, an intensity difference ΔI = | I S −I | between the maximum light intensity I and the saturated light intensity I S is calculated. And the signal according to this intensity difference (DELTA) I is output to the illumination light source 21, the brightness | luminance of the illumination light source 21 is reduced, and the intensity | strength of the light irradiated to the test object 8 is reduced.

ここで、このプレスキャンにおいて、初期設定された照明光の照明照度が既知であることから、撮像素子41に受光された通過光の光強度I(輝度信号値)を検出することにより、被検物8における当該部位の反射率を求めることができる。このため、こうして求めた被検物8の反射率と強度差ΔIに基づいて、上昇または下降させるべき照明照度を算出することができ、照度制御部64はこのようにして算出した照度に応じた信号を照明光源21に出力して被検物8の照明照度を上昇または低下させる。   Here, in this pre-scan, since the illumination illuminance of the initially set illumination light is known, the light intensity I (luminance signal value) of the passing light received by the image sensor 41 is detected. The reflectance of the part of the object 8 can be obtained. For this reason, the illumination illuminance to be raised or lowered can be calculated based on the reflectance and the intensity difference ΔI of the test object 8 thus obtained, and the illuminance control unit 64 responds to the illuminance thus calculated. A signal is output to the illumination light source 21 to increase or decrease the illumination illuminance of the test object 8.

従って、本実施形態の調整処理により、一度のプレスキャンで適正な照明照度を得ることができ、これにより何度も繰り返し調整を行うことなく、次に行う測定スキャンで直ちに被検物8の立体形状や全焦点画像の取得を行うことができる。なお、本実施形態では、通過光の光強度Iと撮像素子41の飽和光強度ISとを比較する具体例として、強度差ΔIを算出する場合について説明したが、強度比(例えばI/IS)を算出して照明照度を調整するように構成しても良い。 Therefore, the adjustment processing according to the present embodiment makes it possible to obtain an appropriate illumination illuminance by one pre-scan, so that the three-dimensional shape of the test object 8 can be immediately measured in the next measurement scan without performing adjustments over and over again. Shapes and omnifocal images can be acquired. In the present embodiment, as a specific example of comparing the light intensity I of the passing light with the saturated light intensity I S of the image sensor 41, the case of calculating the intensity difference ΔI has been described. However, the intensity ratio (for example, I / I) is described. S ) may be calculated to adjust the illumination illuminance.

(第2実施形態)
第2実施形態の調整処理は、一群の輝度信号列から、被検物8の表面と共焦点光学系3の焦点位置とが一致したときに撮像素子41に検出されるべき通過光の最大光強度IMAXを内挿処理して算出し、算出された最大光強度IMAXに応じて被検物8に照射される光の強度を調整する。すなわち、図2を参照して説明したように、少なくとも二箇所の座標位置において通過光の光強度I(輝度信号値)が分かれば、この二箇所の座標位置と輝度信号値を内挿処理することにより合焦位置及び最大光強度を算出することができ、このようにして求めた最大光強度IMAXに応じて照明照度が調整される。
(Second Embodiment)
In the adjustment process of the second embodiment, the maximum light of the passing light to be detected by the image sensor 41 when the surface of the test object 8 and the focal position of the confocal optical system 3 coincide with each other from a group of luminance signal sequences. The intensity I MAX is calculated by interpolation processing, and the intensity of light irradiated on the test object 8 is adjusted according to the calculated maximum light intensity I MAX . That is, as described with reference to FIG. 2, if the light intensity I (luminance signal value) of the passing light is known at at least two coordinate positions, the two coordinate positions and the luminance signal value are interpolated. Thus, the in-focus position and the maximum light intensity can be calculated, and the illumination illuminance is adjusted according to the maximum light intensity I MAX thus determined.

例えば、図3(a)に示すように、通過光の光強度Iが低い場合に、照度制御部64は検出された4箇所の輝度信号データを内挿処理して通過光の最大光強度IMAXを算出し、算出された最大光強度IMAXと撮像素子41の飽和光強度ISとを対比して、その強度差ΔI=|IS−IMAX|に応じた信号を照明光源21に出力して照明光源21の輝度(発光強度)を上昇させ、被検物8に照射される光の強度を上昇させる。 For example, as shown in FIG. 3A, when the light intensity I of the passing light is low, the illuminance control unit 64 interpolates the detected luminance signal data at the four locations and performs the maximum light intensity I of the passing light. MAX is calculated, the calculated maximum light intensity I MAX is compared with the saturated light intensity I S of the image sensor 41, and a signal corresponding to the intensity difference ΔI = | I S −I MAX | The luminance (light emission intensity) of the illumination light source 21 is increased by output, and the intensity of light irradiated on the test object 8 is increased.

一方、図3(b)に示すように、撮像素子41の飽和光強度ISに対して、通過光の光強度Iが高く、一群の輝度信号列のいずれかにおいて飽和が生じた場合に、照度制御部64は、飽和していない3箇所の輝度信号データを内挿処理して通過光の最大光強度IMAXを算出し、算出された最大光強度IMAXと撮像素子41の飽和光強度ISとを対比して、その強度差ΔI=|IS−IMAX|に応じた信号を照明光源21に出力して照明光源21の輝度を低下させ、被検物8に照射される光の強度を低下させる。 On the other hand, as shown in FIG. 3B, when the light intensity I of the passing light is higher than the saturation light intensity I S of the image sensor 41 and saturation occurs in any of a group of luminance signal sequences, The illuminance control unit 64 interpolates the luminance signal data at three locations that are not saturated to calculate the maximum light intensity I MAX of the passing light, and calculates the calculated maximum light intensity I MAX and the saturated light intensity of the image sensor 41. Compared with I S , a signal corresponding to the intensity difference ΔI = | I S −I MAX | is output to the illumination light source 21 to reduce the luminance of the illumination light source 21, and light irradiated on the test object 8. Reduce the strength.

プレスキャンにおいて、被検物8の各部位の反射率を求めることができるのは前述した実施形態と同様であり、被検物8の反射率と強度差ΔIに基づいて、上昇または低下させるべき照明照度を算出することができ、照度制御部64はこのようにして算出した照度に応じた信号を照明光源21に出力して被検物8の照明照度を上昇または低下させる。なお上述した実施形態と同様、強度比(例えばIMAX/IS)に基づいて照明照度を調整するように構成してもよい。 In the pre-scan, the reflectance of each part of the test object 8 can be obtained in the same manner as in the above-described embodiment, and should be increased or decreased based on the reflectivity of the test object 8 and the intensity difference ΔI. The illumination illuminance can be calculated, and the illuminance control unit 64 outputs a signal corresponding to the illuminance thus calculated to the illumination light source 21 to increase or decrease the illumination illuminance of the test object 8. As in the above-described embodiment, the illumination illuminance may be adjusted based on the intensity ratio (for example, I MAX / I S ).

従って、本実施形態の調整処理においても、前述した実施形態と同様に、一度のプレスキャンで適正な照明照度を得ることができ、これにより何度も繰り返し調整を行うことなく、次に行う測定スキャンで直ちに被検物8の立体形状や全焦点画像の取得を行うことができる。さらに、通過光の最大の光強度およびその高さ位置(合焦位置)をプレスキャンで得ることができるため、照明照度をより細かく調整可能であるとともに、測定スキャンにおいて合焦位置のみを選択的に、かつ合焦位置に合わせて正確にスキャンすることも可能であり、測定時間をさらに短縮することができる。   Therefore, also in the adjustment process of the present embodiment, as in the above-described embodiment, it is possible to obtain an appropriate illumination illuminance by one pre-scan, and thereby the next measurement without repeated adjustments. The three-dimensional shape and omnifocal image of the test object 8 can be acquired immediately by scanning. Furthermore, since the maximum light intensity of the passing light and its height position (focus position) can be obtained by pre-scanning, the illumination illuminance can be adjusted more finely and only the focus position can be selectively selected in the measurement scan. In addition, it is possible to scan accurately according to the in-focus position, and the measurement time can be further shortened.

なお、被検物8に照射される光の強度を調整する手段として、照明光源21の輝度(発光強度)を変化させる構成を例示したが、他の手段、例えば、照明光学系2の光路に複数透過率または透過率が連続的に変化するフィルタを挿抜して、照明光源21の輝度を一定としつつ被検物8に照射される光の強度を変化させるように構成しても良い。   In addition, although the structure which changes the brightness | luminance (light emission intensity) of the illumination light source 21 was illustrated as a means to adjust the intensity | strength of the light irradiated to the to-be-tested object 8, other means, for example, in the optical path of the illumination optical system 2, is illustrated. A filter having a plurality of transmittances or continuously changing transmittances may be inserted and removed to change the intensity of light irradiated on the test object 8 while keeping the luminance of the illumination light source 21 constant.

さて、このようにして被検物8の照明照度を調整するプレスキャン処理が終了すると、処理装置60は、高さ測定を行うための処理(測定スキャン処理)に移行する。測定スキャン処理が開始されると、処理装置60は照度制御部64から照明光源21に指令信号を出力してプレスキャン処理により求めた光強度で照明光を出射させる。   When the pre-scan process for adjusting the illumination illuminance of the test object 8 is completed in this way, the processing device 60 shifts to a process for measuring the height (measurement scan process). When the measurement scan process is started, the processing device 60 outputs a command signal from the illuminance control unit 64 to the illumination light source 21 to emit illumination light with the light intensity obtained by the pre-scan process.

次いで駆動制御部62からステージ駆動部52に指令信号を出力してステージ7のZ方向移動を開始させ、初期設定された画像データの取得開始位置から、プレスキャンと同じ高さ間隔ΔZごとに、またはプレスキャンにおいて物体面Oが検出された高さ位置について、撮像装置4が撮影した画像データを読み込み、Z座標位置とともに画像データ記憶部63に記憶させる。このようにして記憶された画像データは適正な照明条件で取得された高さ情報である。   Next, a command signal is output from the drive control unit 62 to the stage drive unit 52 to start the movement of the stage 7 in the Z direction, and from the initial setting position of acquisition of image data, for every same height interval ΔZ as the pre-scan, Alternatively, the image data captured by the imaging device 4 is read at the height position where the object plane O is detected in the pre-scan, and is stored in the image data storage unit 63 together with the Z coordinate position. The image data stored in this way is height information acquired under appropriate illumination conditions.

画像データの読み込み及び記憶処理が、予め設定された画像データの取得範囲について終了すると、処理装置60内のCPU61は、画像データ記憶部63に記憶された画像データを、各画素ごとに輝度信号が時系列に並ぶ時系列データに並び替え、画像データ抽出部65は、この中から各画素ごとに輝度信号が最大のデータを抽出する。この画素ごとのデータは各画素が対応する被検物の微小部分の合焦状態での共焦点像のデータである。処理装置60は、既述した内挿処理を行って各画素の対応領域ごとに合焦位置のZ座標を算出する。   When the image data reading and storing process ends for the preset image data acquisition range, the CPU 61 in the processing device 60 converts the image data stored in the image data storage unit 63 into a luminance signal for each pixel. Rearranged into time-series data arranged in time series, the image data extraction unit 65 extracts data having the maximum luminance signal for each pixel. The data for each pixel is confocal image data in a focused state of a minute portion of the test object corresponding to each pixel. The processing device 60 performs the interpolation processing described above to calculate the Z coordinate of the in-focus position for each corresponding region of each pixel.

そして、画像データ抽出部65において抽出された各画素ごとの画像データが画像合成部66において合成され、撮像範囲全体が合焦状態の全焦点画像が生成される。生成された全焦点画像は、出力部67から出力され、CRTや液晶表示パネル等の画像表示装置71に表示され、プリンタ72からプリントアウトされる。生成された全焦点画像は、適切な照明条件で撮影された高精細の共焦点画像である。従って、検査装置1によれば、煩雑な照度調整を繰り返し行うことなく適正照度が設定されるため、共焦点光学系3による観測を迅速に行うことができる。   Then, the image data for each pixel extracted by the image data extraction unit 65 is synthesized by the image synthesis unit 66, and an omnifocal image in which the entire imaging range is in focus is generated. The generated omnifocal image is output from the output unit 67, displayed on an image display device 71 such as a CRT or a liquid crystal display panel, and printed out from the printer 72. The generated omnifocal image is a high-definition confocal image captured under appropriate illumination conditions. Therefore, according to the inspection apparatus 1, since the appropriate illuminance is set without repeatedly performing complicated illuminance adjustment, observation by the confocal optical system 3 can be quickly performed.

本発明の実施形態として例示する検査装置の概要構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an inspection apparatus exemplified as an embodiment of the present invention. 物体面OのZ座標位置と通過光の光強度との変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of the Z coordinate position of the object surface O, and the light intensity of passing light. 検査装置の作用を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the effect | action of a test | inspection apparatus. 上記検査装置における処理装置のブロック図である。It is a block diagram of the processing apparatus in the said inspection apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 検査装置(光学システム) 3 共焦点光学系
5 変位機構(変位部) 8 被検物
21 照明光源 41 撮像素子(光検出部)
34m 共焦点ピンホール(共焦点用微小開口) 60 処理装置(処理部)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inspection apparatus (optical system) 3 Confocal optical system 5 Displacement mechanism (displacement part) 8 Test object 21 Illumination light source 41 Image sensor (light detection part)
34m Confocal Pinhole (Confocal Micro Aperture) 60 Processing Device (Processing Unit)

Claims (8)

照明光を出射する照明光源と、
前記照明光源から出射された前記照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し、前記被検物で反射され前記共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、
前記共焦点光学系において得られた前記通過光を検出する光検出部と、
前記被検物に対する前記共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、
前記変位部により前記焦点位置を変位させた複数の位置において前記光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備え、
前記処理部が、前記複数の位置で読み込んだ前記検出データに基づいて、前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする光学システム。
An illumination light source that emits illumination light;
A confocal optical system that irradiates the object to be examined with the illumination light emitted from the illumination light source through the confocal microscopic aperture, and obtains the passing light reflected by the test object and passing through the confocal microscopic aperture. When,
A light detection unit for detecting the passing light obtained in the confocal optical system;
A displacement part for displacing a focal position of the confocal optical system with respect to the test object in an optical axis direction;
A processing unit that reads and processes detection data from the light detection unit at a plurality of positions in which the focal position is displaced by the displacement unit;
The optical system, wherein the processing unit is configured to adjust the intensity of light applied to the test object based on the detection data read at the plurality of positions.
前記処理部は、前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記光検出部に検出された前記通過光の光強度と前記光検出部の飽和光強度とを比較して、比較結果に基づいて前記被検物に照射される光の強度を調整するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の光学システム。   The processing unit compares the light intensity of the passing light detected by the light detection unit with the saturation light intensity of the light detection unit from the detection data read at the plurality of positions, and based on the comparison result The optical system according to claim 1, wherein the optical system is configured to adjust the intensity of light irradiated to the test object. 前記処理部は、前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記被検物の表面と前記共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに前記光検出部に検出されるべき前記通過光の最大強度を内挿処理して算出し、算出された前記最大強度に応じて前記被検物に照射される光の強度を調整するように構成したことを特徴とする請求項1に記載の光学システム。   The processing unit is configured to detect the passing light to be detected by the light detection unit when the surface of the test object and the focal position of the confocal optical system coincide from the detection data read at the plurality of positions. The maximum intensity of the light is calculated by interpolation processing, and the intensity of light irradiated on the test object is adjusted according to the calculated maximum intensity. Optical system. 前記処理部は、前記被検物に照射される光の強度を調整した後に、前記変位部により前記焦点位置を変位させて複数の位置において前記光検出部から検出データを読み込んで前記被検物の高さ情報を取得するように構成したことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の光学システム。   The processing unit adjusts the intensity of light applied to the test object, and then displaces the focal position by the displacement unit to read detection data from the light detection unit at a plurality of positions. The optical system according to any one of claims 1 to 3, wherein the height information is acquired. 照明光を出射する照明光源と、前記照明光源から出射された前記照明光を共焦点用微小開口を介して被検物に照射し前記被検物で反射され前記共焦点用微小開口を通過した通過光を得る共焦点光学系と、前記共焦点光学系によって得られた前記通過光を検出する光検出部と、前記被検物に対する前記共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させる変位部と、前記変位部により前記焦点位置を変位させ及び前記光検出部から検出データを読み込んで処理する処理部とを備えた光学システムの制御方法であって、
前記照明光源に所定の光強度で前記照明光を出射させ、
前記処理部は前記変位部により前記共焦点光学系の焦点位置を光軸方向に変位させた複数の位置において前記光検出部から検出データを読み込んで、
前記複数の位置において読み込んだ前記検出データに基づいて、前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする光学システムの制御方法。
An illumination light source that emits illumination light, and the illumination light emitted from the illumination light source irradiates the test object through a confocal microscopic aperture, is reflected by the test object, and passes through the confocal microscopic aperture A confocal optical system that obtains passing light; a light detection unit that detects the passing light obtained by the confocal optical system; and a focal position of the confocal optical system with respect to the test object is displaced in the optical axis direction. A control method for an optical system comprising: a displacement unit; and a processing unit that displaces the focal position by the displacement unit and reads and processes detection data from the light detection unit,
Causing the illumination light source to emit the illumination light at a predetermined light intensity;
The processing unit reads detection data from the light detection unit at a plurality of positions where the focal position of the confocal optical system is displaced in the optical axis direction by the displacement unit,
A control method for an optical system, characterized in that the intensity of light applied to the test object is adjusted based on the detection data read at the plurality of positions.
前記処理部は、
前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記光検出部に撮影された前記通過光の光強度と前記光検出部の飽和光強度とを比較して、
比較結果に基づいて前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする請求項5に記載の光学システムの制御方法。
The processor is
From the detection data read at the plurality of positions, comparing the light intensity of the passing light imaged on the light detection unit and the saturation light intensity of the light detection unit,
6. The method of controlling an optical system according to claim 5, wherein an intensity of light irradiated on the test object is adjusted based on a comparison result.
前記処理部は、
前記複数の位置で読み込んだ前記検出データから、前記被検物の表面と前記共焦点光学系の焦点位置とが一致したときに前記光検出部に検出されるべき前記反射光の光強度を内挿処理して算出し、
算出された前記光強度に応じて、前記被検物に照射される光の強度を調整する
ように構成したことを特徴とする請求項5に記載の光学システムの制御方法。
The processor is
Based on the detection data read at the plurality of positions, the light intensity of the reflected light to be detected by the light detection unit when the surface of the test object coincides with the focal position of the confocal optical system is determined. Calculated by inserting,
The optical system control method according to claim 5, wherein the optical system is configured to adjust the intensity of light applied to the test object in accordance with the calculated light intensity.
前記処理部は、
前記被検物に照射される光の強度を調整した後に、
前記変位部により前記焦点位置を変位させた複数の位置において前記光検出部が検出した前記通過光の検出データを読み込んで、
前記被検物の高さ情報を取得する
ように構成したことを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか一項に記載の光学システムの制御方法。
The processor is
After adjusting the intensity of light irradiated to the test object,
Reading detection data of the passing light detected by the light detection unit at a plurality of positions where the focal position is displaced by the displacement unit,
The optical system control method according to any one of claims 5 to 7, wherein height information of the test object is acquired.
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