JP2000161922A

JP2000161922A - 高さ測定装置

Info

Publication number: JP2000161922A
Application number: JP11212184A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Aoki; 雅弘青木
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-09-22
Filing date: 1999-07-27
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、作業者にかかる負担を軽減できて高
い作業性を実現でき、かつ信頼性の高いデータを出力で
きる高さ測定装置を提供する。【解決手段】ステージ１０２に載置した被検体１０１
に対応して設けられた対物レンズ１０３の瞳面１０３´
付近に回転可能にガルバノミラー１０４を設け、ガルバ
ノミラー１０４の回転により被検体１０１上に測定光を
走査し、この走査により被検体１０１より反射された測
定光を瞳リレーレンズ系を介して瞳投影面のセパレータ
レンズに入射し、ＰＳＤ１１６上にスポットを形成す
る。そして、このスポット位置に基づいて高さ演算部１
２２で被検体１０１表面の高さＺを求める。また、同時
に、プリズム１１３を介して分光させた測定光の偏り分
布を分割受光素子１２５で検出し、これに基づいて測定
可否判断部１２６で測定点毎に測定の可否を判断し、偏
りが一定以上の場合には測定データを破棄する。

Description

【発明の詳細な説明】

【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
電気部品実装にかかる微小物体の形状検査、なかでも特
に高さ測定に用いられる高さ測定装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、半導体装置製造工程には、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かつ連続する構造体の高さを
測定する工程がある。近年、半導体部品はますます高集
積化及び大型化する傾向にあり、これに伴いより多くの
測定点を、より高速で測定することのできる高さ測定装
置が求められている。

【０００３】従来、半導体製造工程に適用される高さ測
定装置として、焦点ずれ信号を利用して測定点の高さを
測定する装置がある。この装置は、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、その一方を集光点より前方に配置さ
れた第１の絞りを介して第１の受光素子で検出し、他方
を集光点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構成されている。

【０００４】このような構成によれば、第１、第２の受
光素子の各出力信号の差は、合焦点で０となりその近く
において焦点ずれに対応したた正負号と焦点ずれの量に
比例した大きさを有する焦点ずれ信号を得ることができ
る。したがって、この焦点ずれ信号が０になるように対
物レンズを高さ方向に移動させ、このときの対物レンズ
の高さを測定することで、被検体の各点の高さを求める
ことができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな高さ測定装置では、被検体上の１点の高さ測定を行
なうようになっていて、１点の高さを測定する毎にステ
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、
大型化する傾向の中で、多数点の測定を必要とするもの
では、必要とする各所の測定を行なうのに、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。

【０００６】さらに、近年の実装技術は、コンパクトな
方式を目指しており、ボールグリッドアレイやバンプア
レイなど、球状または曲面状物体の高さを正確に測定す
る手段も求められている。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、作業者にかかる負担を軽減でき、高い作業性を実現
でき、さらに表面形状の異なる被検体に対しても正確な
測定が行なえる高さ測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】また、本発明の異なる目的は、信頼性の高
い測定結果のみを得ることができる高さ測定装置を得る
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、この発明は、被検体の表面に照明光を収束させる照
明光学系と、被検体で反射された全光束の光軸から所定
の量だけずれた測定用光軸を有し、前記光束の一部を測
定光として取り出し、前記測定用光軸に沿って収束させ
る結像光学系と、前記結像光学系による測定光の収束面
に配置され、測定光のスポット位置を検出する位置検出
素子と、この位置検出素子からの光強度信号に基づいて
スポット位置信号を求め、このスポット位置信号に基づ
いて被検体表面の高さを求める高さ演算手段と、前記測
定光の光量分布の偏りを検出する光量分布検出素子と、
この光量分布検出素子からの検出結果に基づき、高さ測
定の可否を、被検体表面の測定位置毎に判断する測定可
否判断手段とを有することを特徴とする。

【００１０】このような構成によれば、三角測量の原理
に基づいて被検体表面の高さ測定を行なえるので、１点
測定する毎にステージ操作等を行なう必要がなく、被検
体表面の高さ検出を連続して行うことができる。そし
て、測定可否判断手段により高さ測定可否を被検体表面
の測定位置毎に判断することができるので、信頼性の高
い測定結果のみを出力することができる。

【００１１】なお、前記位置検出素子は、ポジショニン
グセンサーであり、前記光量分布検出素子は、分割型受
光素子であることが好ましい。この場合、前記分割型受
光素子は、ポジショニングセンサーの位置検出方向に沿
った光量分布の偏りを検出するように構成されているこ
とが好ましい。

【００１２】また、この高さ測定装置は、前記被検体表
面からの測定光を位置検出素子への光と光量分布検出素
子への光に分光するための分光手段、例えば光学分割プ
リズムを備えていることが好ましい。この場合、位置検
出素子用の絞りと光量分布検出素子用の絞りは共役な位
置に設けられている必要がある。

【００１３】また、前記測定可否判断手段は、前記光量
分布検出素子からの検出結果に基き、前記光量分布の偏
りが一定以上の場合には、被検体の高さ測定データを破
棄するようになっていることが望ましい。

【００１４】また、この高さ測定装置では、前記照明光
学系は、光源、該光源の前方に配置された投光絞りおよ
び対物レンズを有し、前記結像光学系は、前記対物レン
ズの共役瞳位置に配置されたセパレータレンズおよび該
セパレータレンズの前方に配置された受光絞りを有して
いて、前記投光絞りを通った投光ビームを前記対物レン
ズの光軸を対称にした一方の軸対称領域に沿って被検体
に投光させるとともに、該被検体で正反射された光を他
方の軸対称領域より前記受光絞りを通して収束させるよ
うにしている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
面に従い説明する。

【００１６】（基本構成）図１は、一実施の形態に適用
される高さ測定装置の概略構成を示している。

【００１７】図において、１０１は被検体で、この被検
体１０１は、ステージ１０２上に載置される。

【００１８】このステージ１０２上の被検体１０１に対
し対物レンズ１０３を配置している。この対物レンズ１
０３は、無限遠設計の物側テレセントリックレンズを用
いている。

【００１９】そして、対物レンズ１０３の瞳面１０３´
に二次元走査手段としてガルバノミラー１０４を配置し
ている。このガルバノミラー１０４は、ミラー駆動部１
２０により瞳面１０３´の瞳中心付近を軸として揺動駆
動されるもので、Ｘ方向（紙面に沿った方向）に振られ
ることで、被検体１０１面のＸ方向に、Ｙ方向（紙面に
垂直方向）に振られることで、被検体１０１面のＹ方向
に、それぞれ測定光を走査可能にしている。図面では、
ガルバノミラー１０４がＸ方向に振られる場合を示して
いる。

【００２０】一方、１０５はレーザダイオードであり、
このレーザダイオード１０５の前方にコリメートレンズ
１０６、偏光ビームスプリッタ１０７、１／４波長板１
０８を介して上述したガルバノミラー１０４を配置し、
レーザダイオード１０５からのレーザ光をコリメートレ
ンズ１０６で平行光にし、偏光ビームスプリッタ１０
７、１／４波長板１０８を透過してガルバノミラー１０
４に入射させ、このガルバノミラー１０４での反射光を
測定光として対物レンズ１０３を通し被検体１０１面に
集光するようにしている。この場合、被検体１０１上の
測定光は、対物レンズ１０３の瞳径と焦点距離で決まる
ＮＡの収束光として被検体１０１上の任意の位置にテレ
セントリックに集光される。

【００２１】また、被検体１０１面で反射された測定光
を、対物レンズ１０３を通過させ、ガルバノミラー１０
４で反射させた後、１／４波長板１０８を通して偏光ビ
ームスプリッタ１０７に入射させ、この偏光ビームスプ
リッタ１０７で反射させるようにしている。そして、偏
光ビームスプリッタ１０７で反射した測定光の光束は、
第１の結像レンズ１０９によって一次像面１１０に集光
される。

【００２２】一次像面１１０を通過した光束は、無限系
に設計された第２の対物レンズとしての瞳リレーレンズ
１１２を通過し、ハーフミラー面１１３ａを有するプリ
ズム１１３に入射し、反射する光束Ｌ１と透過する光束
Ｌ２とに分割される。

【００２３】プリズム１１３のハーフミラー面１１３ａ
で反射した光束Ｌ１は、ミラー１１３、第１の絞り１１
４を経て、第２の結像レンズてあるセパレータレンズ１
１５により、光位置検出素子１１６上に集光される。

【００２４】この光位置検出素子１１６は、ＰＳＤ（Po
sition Sencing Device）から構成されている。ＰＳＤ
は、測光位置（スポット位置）Ｓによって変化する電流
信号を出力するものである。

【００２５】後で詳しく説明するように、スポット位置
Ｓは、被検体１０１の高さ変化に比例した量だけ左右に
移動する。これは、後で詳しく説明するように周知の三
角測量の原理に基づくものである。

【００２６】このスポットＳの位置変化に応じて被検体
１０１の高さｚを検出するために、この装置は図１に１
２１で示す制御装置を備え、この制御装置１２１は、高
さ演算部１２２を有する。この演算部１２２は、ガルバ
ノミラー１０４の揺動角度に応じた被検体１０１面での
測定位置座標ｘ、ｙと、ＰＳＤ１１６から得られたスポ
ット位置信号とに基づいて、被検体１０１表面での高さ
ｚを後で説明するように演算する。

【００２７】なお、被検体１０１は、前述したように、
リードやＢＧＡ等であり、必ずしも平坦な測定面を有す
るものばかりではない。被検体１０１の表面に凹凸が存
在する場合、ＰＳＤ１１６上のスポットは一定の広がり
を持ってしまい正確な検出が行なえないことがある。こ
の場合、ＰＳＤ１１６では光スポットの周辺部分しか検
出できないということになり、少なからぬ検出誤差が生
じることになる。

【００２８】したがって、このような場合には、被検体
１０１の高さ検出は不能であるとして、検出結果を破棄
することが妥当である。この実施形態では、測定の可否
を判断するため、前記プリズム１１３のハーフミラー面
１１３ａを透過した光束Ｌ２を前記プリズム１１３の後
端側に設けられたミラー面１１３ｂ、第２の絞り１２４
を通して分割受光素子１２５に導く。そして、前記制御
装置１２１には、この分割受光素子１２５からの出力信
号に基づいて測定の可否を判断する測定可否判断部１２
６を備えている。

【００２９】ここで、第１の結像レンズ１０９の前側焦
平面は第１の対物レンズ１０３の瞳面又はその共役面１
０３’に置かれている。一方、セパレータレンズ１１５
は、第２の対物レンズである瞳リレーレンズ１１２の後
側焦平面に配置されている。したがって、セパレータレ
ンズ１１５は第１の対物レンズ１０３の瞳面１０３’と
共役の位置にあることになる。

【００３０】このため、セパレータレンズ１１５は、全
ての測定点から反射された測定光のうち、対物瞳面１０
３’の同一部分を通過した光束によって、測定スポット
をＰＳＤ１１６上に形成することになる。

【００３１】また、前記第１の絞り１１４は、図３に示
すように瞳の縁部（中心部から一定距離ｈ離間した位
置）に配置されている。このようにすると、被検体１０
１の凹凸によって、ＰＳＤ１１６に入射するスポットの
位置は三角測量の原理に基づいて所望の方向に移動す
る。

【００３２】そして、この第１の絞り１１４と、前記分
割受光素子に対向する第２の絞り１２４は、共役な位置
に設けられている。このようにすることによって、前記
分割受光素子１２５上に投影される光束は、前記ＰＳＤ
１１６上に投影される光束と対物瞳面１０３’の同一部
分を通過した光束になる。

【００３３】以下、高さ演算部１２２及び測定可否判断
部１２６の作用を詳しく説明する。

【００３４】（高さ演算部の作用）まず、高さ演算部１
２２による高さ演算の原理及びその具体的方法について
詳しく説明する。

【００３５】図２は図１の一次像面１１０から後の部分
のみを示したものであり、一次像面１１０の被検体像を
新たに被検体面１０１’として考えている。

【００３６】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）１１２の焦点距離をｆｐ、セパ
レータレンズ１１５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１１５の中心までの
高さをｈ、瞳リレーレンズ１１２とセパレータレンズ１
１５の距離をＤ、第１の結像レンズ１０９のＮＡをＮＡ
_ＯＢとする。

【００３７】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^２であり、ＰＳＤ１１６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。

【００３８】したがって、次式が導かれる。

【００３９】 δ＝ｆｓ・ｈ／（ｂ−Ｄ） …（３）ｈ＝ｆｐ・ＮＡ_ＯＢ／ＭＰ …（４）ここで、Ｐは、図３に示すように、結像レンズ１０９の
瞳上で算出した絞り中心と瞳の半径の比Ｐ＝Φ／ｈであ
る。

【００４０】次に、ｂを計算すると、１／ｂ＝（１／ｆｐ）−（１／（ｆｐ＋Ｍ^２Ｚ）） …（５）であるから、ｂ＝ｆｐ（ｆｐ＋Ｍ^２Ｚ）／Ｍ^２Ｚ …（６）となる。これらの式をまとめると、

【００４１】

【数１】

【００４２】となる。さらに、前述したように、セパレ
ータレンズ１１５と瞳リレーレンズ１１２の距離Ｄはｆ
ｐなので、

【００４３】

【数２】

【００４４】となり、δとＺは完全に線形の関係とな
る。

【００４５】実際の測定量はδである。したがって、式
（８）を変形し、

【００４６】

【数３】

【００４７】となる。

【００４８】次に、このような原理に基づいて被検体１
０１の高さＺを具体的に算出するために、前記制御装置
１２１に設けられた高さ演算部１２２は、前記ＰＳＤ１
１６からスポット位置信号δを受け取る。そして、この
高さ演算部１２２は、このスポット位置信号δ、前記シ
ステムパラメータｆ、β、θ及び前記ミラー駆動部１２
０から順次入力される測定位置情報ｘ、ｙとを用い、各
測定位置の高さＺを連続的に出力する。

【００４９】これによれば、各光学系や被検体１０１を
上下させなくとも、広い測定エリアと広いダイナミック
レンジを持った高さ測定を、極めて高速に行うことがで
きる。

【００５０】なお、特にこの実施形態の構成によれば、
被検体の高さとスポット位置との関係を示す式が完全に
線形となる（式９）。したがって非線型項を補正するた
めの演算等が不要になるから高さ測定が正確かつ迅速に
行なえる効果がある。

【００５１】（測定可否演算部の作用）次に、主に図５
に示すフローチャートを参照して測定可否判断部１２６
による測定可否判断について詳しく説明する。

【００５２】なお、図４は、前記分割受光素子１２５を
示す平面図である。この分割受光素子１２５は、それぞ
れ半円形に形成された左右の受光部１２５ａ、１２５ｂ
からなる。この受光部１２５ａ、１２５ｂは前記ＰＳＤ
１１６上でのスポット位置δの移動方向に沿って配設さ
れている。なお、図にＳ’で示すのは測定光の投影像で
ある。

【００５３】この分割受光素子１２５は、各受光部１２
５ａ、１２５ｂで検出した光強度の和信号及び差信号を
前記測定可否判断部１２６の設けられた制御装置１２１
に入力する。

【００５４】前記測定可否判断部１２６は、まずＳＴＥ
Ｐ１で、分割受光素子１２５で検出された検出光の総合
強度（各受光部１２５ａ、１２５ｂで検出した光強度の
和信号）前記ＰＳＤ１１６で測定に必要な光量が得られ
ているかを判断する。

【００５５】すなわち、被検体１０１の場所によって反
射率がきわめて低いことがあり、この場合には、正確な
検出結果が得られない。しかしながら、前記ＰＳＤ１１
６は、光量が不足している場合であっても何らかの規格
化信号を出力してしまい、誤った測定結果が得られるこ
とになってしまうことがある。

【００５６】そこで、ＳＴＥＰ１では、前述の方法によ
り光量不足による測定不能を判断する。

【００５７】次のＳＴＥＰ２では、分割受光素子１２５
の差信号を演算する。この差信号は、右受光部１２５ａ
と左受光部１２５ｂの受光量が等しい場合、すなわちス
ポットＳ’に偏りがない場合に０となり、前記スポット
Ｓ’に偏りがある場合にはその偏り量に応じた負値若し
くは正値となる。この正負値の量が大きい場合には、前
述のような測定不能状態が生じている可能性がある。

【００５８】そこで、このＳＴＥＰ２では、和信号と差
信号の絶対値との比（｜差信号｜／和信号）を求め、こ
の比が０．３以下である場合にはこの測定可能と判断す
る。

【００５９】このようなＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２を測
定可否判断部１２６で実行し、測定点毎に測定可能若し
くは測定不能を判断する（ＳＴＥＰ３）。そして、測定
可能と判断された測定点の測定結果のみを採用し、測定
不能と判断された測定点の測定結果を破棄するようにす
る（ＳＴＥＰ４）。

【００６０】このことにより、信頼性のある高さ測定結
果のみが出力されることになる。

【００６１】特に、ＢＧＡやバンプの不良品検査では、
ＢＧＡを構成するはんだボールやバンプの全ての点につ
いての高さデータが必要なわけではなく、ＢＧＡではは
んだボールの頂点の高さ、バンプでは頂点又はフラット
部の高さが分かれば良いので、信頼性の低いデータはで
きるだけ無視するようにした方が不良品検査の正確性が
増すことになる。

【００６２】この実施の形態によれば、測定可否判断部
１２６で測定の可否を判断し、信頼性の低い高さ測定デ
ータを破棄することができるから、信頼性の高い高さ測
定を行なえる効果がある。

【００６３】ところで、このような実施の形態による高
さ測定装置によりＢＧＡあるいはバンプなど曲面を持っ
た被検体の高さ測定を行なう場合を考えると、例えば、
図６（ａ）に示すように入射光２０１による合焦点２０
２が被検体１０１の下方に位置する場合、被検体１０１
を、仮に平面鏡１０１’とみなすと、入射光２０１の位
置と角度がＡ点からＢ点の範囲で移動したとしても、平
面鏡１０１’からの反射光２０４の反射点２０５は、い
ずれも合焦点２０２と平面鏡１０１’との間の距離の２
倍の位置になるが、被検体１０１が、図示のように曲面
を有すると、この曲面からの反射光２０６の反射点２０
７は、反射点２０５より上方で、しかも入射光２０１の
位置と角度がＡ方向からＢ方向の範囲で移動すること
で、反射点２０５と２０７の範囲で変化する。

【００６４】また、図６（ｂ）に示すように入射光２０
１による合焦点２０２が被検体１０１の上方に位置する
場合も同様で、被検体１０１を、平面鏡１０１’とみな
すと、入射光２０１の位置と角度がＡ点からＢ点の範囲
で移動したとしても、平面鏡１０１’からの反射光２０
４の反射点２０５は、いずれも合焦点２０２と平面鏡１
０１’との間の距離の２倍の位置になるが、被検体１０
１が曲面を有すると、曲面からの反射光２０６の反射点
２０７は、反射点２０５より上方で、しかも入射光２０
１の位置と角度がＡ方向からＢ方向の範囲で移動するこ
とで、反射点２０５と２０７の範囲で変化する。

【００６５】この結果、ＢＧＡやバンプなど曲面を有す
る被検体１０１については、被検体１０１の測定位置に
よっては、曲面高さを正確に測定するのが困難になる。

【００６６】そこで、本装置を用いて曲面を含めて正確
な高さ測定を行なえる条件を検討したところ、図７に示
す結果が得られた。図７は、本装置を簡略化した概念図
を示している。この場合、レーザダイオード１０５の前
方に投光絞り３０１を配置するとともに、対物レンズ１
０３の瞳位置と共役の位置にあるセパレータレンズ１１
５の前方に受光絞り３０２を配置し、レーザダイオード
１０５のレーザ光を投光絞り３０１を通過させ、対物レ
ンズ１０３を透過して被検体１０１の曲面に集光し、被
検体２０３からの反射光を対物レンズ１０３を透過し受
光絞り３０２を通過させてセパレータレンズ１１５に入
射するようにしている。この場合、投光絞り３０１と受
光絞り３０２の径を無限に小さく設定して、投光絞り３
０１を介して被検体２０３に入射されるレーザ光を無限
に細い、微細なビームになるようにする。このようにす
ると、上述したガルバノミラー１０４により被検体１０
１上で揺動される光のうち、被検体１０１の曲面の頂面
で正反射される光は、被検体１０１の位置が合焦点Ｆ１
に対して前後のＦ２点、Ｆ３点にあっても、全て受光絞
り３０２を通過させるようにできる。つまり、被検体１
０１が合焦点Ｆ１に対して、いかなる位置にあっても、
曲面の頂面で微細なビームを正反射させるようにすれ
ば、曲面の頂面に平面が設けられたと同様にして高さ測
定を行なうことができる。

【００６７】図８は、このような考えに基づいた本発明
の他の実施の形態の概略構成を示巣もので、図１と同一
部分には、同符号を付している。

【００６８】この場合、レーザダイオード１０５より発
せられたレーザ光は、コリメータレンズ１０６により平
行光からなる投光ビームとなり、対物レンズ１０３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１
０７、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１０３を介して被検
体１０１表面に集光される。この場合、コリメータレン
ズ１０６の前方に投光絞り３０１が配置されている。こ
の投光絞り３０１の径は、小さければ小さいほど有効で
あるが、回折の影響、集光特性の状態、光量の関係を考
慮すると１〜２ｍｍが最適であり、様々な条件に対応で
きるように任意の径のものが交換可能になっている。

【００６９】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１０３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１１２によって、高さ測定光学系
に導かれる。

【００７０】高さ測定光学系では、測定光をハーフミラ
ー３０３で光束分割し、一方の光束をセパレータレンズ
１１５により被検体１０１の高さに応じたＰＤＳ１１６
上の位置δに結像させる。この場合、セパレータレンズ
１１５の前方には、受光絞り３０２が配置されている。
この受光絞り３０２の径は、投光絞り３０１によって形
成されるビームが丁度通過される大きさに設定されてい
る。

【００７１】また、ハーフミラー３０３で分割された他
方の光束は、絞り３０４を通して二分割素子３０５に入
射させる。この場合、絞り３０４は、受光絞り３０２と
同じ径を持ち、同じ距離の位置すなわち対物レンズ１０
３の瞳と共役の位置に配置されている。

【００７２】二分割素子３０５は、ＰＳＤ１１６の高さ
感度方向の分布の偏りを検出するものである。つまり、
投光絞り３０１および受光絞り３０２の径は、無限に小
さく設定はしているが、理想的な無限小でないので、被
検体１０１の曲面の頂面以外の点からの反射光が若干量
戻ってくることになり、測定誤差を含んだデータが混入
することになる。そこで、ＰＳＤ１１６の光量ととも
に、二分割素子３０５による光束中の強度分布の偏りを
参考にして有効データを選別する。すなわち、被検体１
０１の高さデータの中から一定以上光量のないデータを
排除したのち、残ったデータの中から分布の偏りが一定
以下のみを正しいデータとして採用するようにする。

【００７３】従って、このようにすれば、コリメータレ
ンズ１０６前方に配置された投光絞り３０１とセパレー
タレンズ１１５前方に配置された受光絞り３０２の径を
無限に小さく設定し、投光絞り３０１を通した無限に細
い微細なビームが、被検体１０１の曲面の頂面で正反射
された時の光を、受光絞り３０２を通してＰＤＳ１１６
上に結像させることにより、被検体１０１の曲面につい
ても、頂面に平面が設けられたと同様にして高さ測定を
行なうことができる。

【００７４】なお、この発明は、上記実施の形態に限定
されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で種
々変形可能である。

【００７５】例えば、上記一実施形態では、被検体に対
して測定光を走査する手段としてガルバノミラー１０４
を用いているが、他の手段によるものであっても良い。
たとえば、ガルバノミラー１０４を用いず、被検体１０
１をｘｙ方向に駆動するようにしても良い。

【００７６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、多数
の測定点を必要とする高密度、大型化の電子部品のよう
な測定でも高精度、短時間で行うことができ、しかも、
信頼性の高い測定結果のみを出力することができる。

【００７７】また、被検体が曲面を有していても、曲面
の頂面に平面が設けられたと同様にして高さ測定を行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の高さ測定装置を示す概略
構成図。

【図２】三角測量の原理を説明するための模式図。

【図３】受光素子用の絞りを示す平面図。

【図４】分割受光素子を示す概略構成図。

【図５】高さ測定可否判断工程を示すフローチャート。

【図６】曲面を有する被検体の高さ測定を行なう場合の
問題点を説明する図。

【図７】曲面を有する被検体の高さ測定の考え方を説明
する図。

【図８】本発明の他の実施の形態の概略構成を示す図。

【符号の説明】１０１…被検体１０３…対物レンズ１０４…ガルバノミラー１０５…レーザダイオード（照明光学系）１０６…コリメートレンズ１０７…偏光ビームスプリッタ１０８…１／４波長板１０９…結像レンズ（結像光学系）１１０…一次像面１１２…瞳リレーレンズ（結像光学系）１１３…プリズム１１３ａ…ハーフミラー面１１３ｂ…ミラー面１１４…第1の絞り（結像光学系）１１５…セパレータレンズ（結像光学系）１１６…光位置検出素子（ＰＳＤ：ポジショニングセン
サー）１２０…ミラー駆動部１２１…制御装置１２２…高さ演算部１２４…第２の絞り１２５…分割受光素子（光量分布検出素子）１２５ａ…右受光部１２５ｂ…左受光部１２６…測定可否判断部３０１…投光絞り３０２…受光絞り３０３…ハーフミラー３０４…絞り３０５…二分割素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被検体の表面に照明光を収束させる照明
光学系と、被検体で反射された全光束の光軸から所定の量だけずれ
た測定用光軸を有し、前記光束の一部を測定光として取
り出し、前記測定用光軸に沿って収束させる結像光学系
と、前記結像光学系による測定光の収束面に配置され、測定
光のスポット位置を検出する位置検出素子と、この位置検出素子からの光強度信号に基づいてスポット
位置信号を求め、このスポット位置信号に基づいて被検
体表面の高さを求める高さ演算手段と、前記測定光の光量分布の偏りを検出する光量分布検出素
子と、この光量分布検出素子からの検出結果に基づき、高さ測
定の可否を、被検体表面の測定位置毎に判断する測定可
否判断手段とを有することを特徴とする高さ測定装置。
【請求項２】請求項１記載の高さ測定装置において、前記位置検出素子は、ポジショニングセンサーであり、前記光量分布検出素子は、分割型受光素子であることを
特徴とする高さ測定装置。
【請求項３】請求項２記載の高さ測定装置において、前記分割型受光素子は、ポジショニングセンサーの位置
検出方向に沿った光量分布の偏りを検出するように構成
されていることを特徴とする高さ測定装置。
【請求項４】請求項１記載の高さ測定装置において、前記測定可否判断手段は、前記光量分布検出素子からの
検出結果に基づき、前記光量分布の偏りが一定以上の場
合には、被検体の高さ測定データを破棄することを特徴
とする高さ測定装置。
【請求項５】請求項１記載の高さ測定装置において、前記照明光学系は、光源、該光源の前方に配置された投
光絞りおよび対物レンズを有し、前記結像光学系は、前記対物レンズの瞳位置に配置され
たセパレータレンズおよび該セパレータレンズの前方に
配置された受光絞りを有し、前記投光絞りを通した微細な投光ビームを前記対物レン
ズの光軸を対称にした一方の軸対称領域に沿って被検体
に投光させるとともに、該被検体で正反射された光を他
方の軸対称領域より前記受光絞りを通して収束させるこ
とを特徴とする高さ測定装置。