JP2001091211A - 高さ測定装置 - Google Patents
高さ測定装置Info
- Publication number
- JP2001091211A JP2001091211A JP26533199A JP26533199A JP2001091211A JP 2001091211 A JP2001091211 A JP 2001091211A JP 26533199 A JP26533199 A JP 26533199A JP 26533199 A JP26533199 A JP 26533199A JP 2001091211 A JP2001091211 A JP 2001091211A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- height
- measuring
- subject
- measurement
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Abstract
(57)【要約】
【課題】表面を有する被検体に対しても、その面頂に最
も近い部分からの高さデータを選択でき、精度の高い高
さ測定を実現できる高さ測定装置を提供する。 【解決手段】被検体１０１の表面に投光絞り１１２を通
して光ビームを投光し、被検体１０１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上の光束の
一部を測定光として取り出し、受光絞り１１４を通し対
物レンズ１０２の瞳位置に配置されたセパレータレンズ
１１５を介して測定光のスポット位置を検出する第１の
ＰＳＤ１１６に収束させ、また、ハーフミラー１１３で
分割された他方の測定光路の配置され第２のＰＳＤ１１
７により被検体１０１面の傾きを検出し、この第２のＰ
ＳＤ１１７の検出結果に基づいて第１のＰＳＤ１１６に
より検出されるスポット位置信号より被検体１０１表面
の高さを求める。
も近い部分からの高さデータを選択でき、精度の高い高
さ測定を実現できる高さ測定装置を提供する。 【解決手段】被検体１０１の表面に投光絞り１１２を通
して光ビームを投光し、被検体１０１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上の光束の
一部を測定光として取り出し、受光絞り１１４を通し対
物レンズ１０２の瞳位置に配置されたセパレータレンズ
１１５を介して測定光のスポット位置を検出する第１の
ＰＳＤ１１６に収束させ、また、ハーフミラー１１３で
分割された他方の測定光路の配置され第２のＰＳＤ１１
７により被検体１０１面の傾きを検出し、この第２のＰ
ＳＤ１１７の検出結果に基づいて第１のＰＳＤ１１６に
より検出されるスポット位置信号より被検体１０１表面
の高さを求める。
Description
【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
の電気部品実装に関わる微小物体の形状検査、なかでも
特に高さの検査に用いられる高さ測定装置に関するもの
である。
ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、さらにはバンプなど
の電気部品実装に関わる微小物体の形状検査、なかでも
特に高さの検査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】たとえば、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出来る高さ測定装置が
求められている。
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出来る高さ測定装置が
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、其の反射光をビームス
プリッターで分割し、その一方を焦点面より前方に配置
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構成されている。
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、其の反射光をビームス
プリッターで分割し、その一方を焦点面より前方に配置
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正負符号と焦点ずれの量にした
がった大きさを有する焦点ずれ信号を得ることが出来
る。従って、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、この時の対物レンズの高さ
を測定することで、被検体の高さを求めることが出来
る。
光素子の各出力の差は、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正負符号と焦点ずれの量にした
がった大きさを有する焦点ずれ信号を得ることが出来
る。従って、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、この時の対物レンズの高さ
を測定することで、被検体の高さを求めることが出来
る。
【０００５】
【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、被検体上の１点の高さ測定を行うよ
うになっていて、１点の高さを測定するごとにステージ
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うのに、膨大な時間がかかっ
てしまい、作業者にも大きな負担を強いることになるば
かりか、作業能率も極めて悪くなるという問題があっ
た。
高さ測定装置では、被検体上の１点の高さ測定を行うよ
うになっていて、１点の高さを測定するごとにステージ
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うのに、膨大な時間がかかっ
てしまい、作業者にも大きな負担を強いることになるば
かりか、作業能率も極めて悪くなるという問題があっ
た。
【０００６】さらに、近年の実装技術は、よりコンパク
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、球状または曲面状の物体の高さを正確に
測定する手段が求められている。
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、球状または曲面状の物体の高さを正確に
測定する手段が求められている。
【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
できるとともに、球面を有する被検体に対しても正確な
測定が行える高さ測定装置を提供することを目的とす
る。
で、作業者にかかる負担を軽減でき、高い作業性を実現
できるとともに、球面を有する被検体に対しても正確な
測定が行える高さ測定装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被検体の表面に照明光を収束させる光源および対物レン
ズを有する照明光学系と、この照明光学系の光源の前方
に配置され、光源からの光をビームにして被検体に投光
させる投光絞りと、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
タレンズを有する結像光学系と、この結像光学系のセパ
レータレンズの前方に配置される受光絞りと、前記結像
光学系の測定光を２光路に分割する光路分割手段と、こ
の光路分割手段により分割された一方の測定光の収束面
に配置され、前記受光絞りを通り前記セパレータレンズ
により収束される測定光のスポット位置を検出する第１
の位置検出素子と、前記光路分割手段により分割された
他方の測定光路上に配置され前記被検体面の傾きを検出
する第２の位置検出素子とを具備し、前記第２の位置検
出素子の検出結果に基づいて第１の位置検出素子により
検出されるスポット位置信号より前記被検体表面の高さ
を求めることを特徴としている。
被検体の表面に照明光を収束させる光源および対物レン
ズを有する照明光学系と、この照明光学系の光源の前方
に配置され、光源からの光をビームにして被検体に投光
させる投光絞りと、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
タレンズを有する結像光学系と、この結像光学系のセパ
レータレンズの前方に配置される受光絞りと、前記結像
光学系の測定光を２光路に分割する光路分割手段と、こ
の光路分割手段により分割された一方の測定光の収束面
に配置され、前記受光絞りを通り前記セパレータレンズ
により収束される測定光のスポット位置を検出する第１
の位置検出素子と、前記光路分割手段により分割された
他方の測定光路上に配置され前記被検体面の傾きを検出
する第２の位置検出素子とを具備し、前記第２の位置検
出素子の検出結果に基づいて第１の位置検出素子により
検出されるスポット位置信号より前記被検体表面の高さ
を求めることを特徴としている。
【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、投光絞りおよび受光絞りは、ほぼ等しい大
きさの絞り径に設定されることを特徴としている。
明において、投光絞りおよび受光絞りは、ほぼ等しい大
きさの絞り径に設定されることを特徴としている。
【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記第２の位置検出素子により検出される
前記被検体面の傾きが一定以上の場合には、第１の位置
検出素子により求められる前記被検体の高さ測定データ
を破棄することを特徴としている。
明において、前記第２の位置検出素子により検出される
前記被検体面の傾きが一定以上の場合には、第１の位置
検出素子により求められる前記被検体の高さ測定データ
を破棄することを特徴としている。
【００１１】この結果、本発明によれば、投光側および
受光側に、それぞれ小さな径の絞りを設けることで、Ｂ
ＧＡ、バンプなどのように曲面を有する被検体に対し
て、正反射光に近い成分のみを捉えることができ、高さ
測定の精度を向上させることができる。
受光側に、それぞれ小さな径の絞りを設けることで、Ｂ
ＧＡ、バンプなどのように曲面を有する被検体に対し
て、正反射光に近い成分のみを捉えることができ、高さ
測定の精度を向上させることができる。
【００１２】また、第２の位置検出素子により被検体の
反斜面の傾きを検出するようにしたので、測定ビームが
有限の径を持っていることによって生じる誤差を含んだ
データを取捨することができるようになり、測定精度を
さらに向上させることができる。
反斜面の傾きを検出するようにしたので、測定ビームが
有限の径を持っていることによって生じる誤差を含んだ
データを取捨することができるようになり、測定精度を
さらに向上させることができる。
【００１３】
【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。
面に従い説明する。
【００１４】図１は、本発明が適応される高さ測定装置
の概略構成を示している。
の概略構成を示している。
【００１５】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１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。
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１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。
【００１６】このような被検体１０１に対して第１の対
物レンズ１０２を配置している。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である。
物レンズ１０２を配置している。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である。
【００１７】対物レンズ１０２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、瞳面１０３の中心にその回
転中心を持っていて、図示しない制御回路によって回転
可能とされている。
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、瞳面１０３の中心にその回
転中心を持っていて、図示しない制御回路によって回転
可能とされている。
【００１８】対物レンズ１０２の光軸から一定距離離し
てレーザダイオード１０５を配置している。このレーザ
ダイオード１０５を発した測定光は、コリメータレンズ
１０６で平行光とし、絞り１１２を通り、偏向ビームス
プリッタ１０７と１／４波長板１０８を透過されたの
ち、ガルバノミラー１０４で反射され、対物レンズ１０
２によって、被検体１０１の表面の任意の位置に集光さ
れる。
てレーザダイオード１０５を配置している。このレーザ
ダイオード１０５を発した測定光は、コリメータレンズ
１０６で平行光とし、絞り１１２を通り、偏向ビームス
プリッタ１０７と１／４波長板１０８を透過されたの
ち、ガルバノミラー１０４で反射され、対物レンズ１０
２によって、被検体１０１の表面の任意の位置に集光さ
れる。
【００１９】一方、被検体１０１で反射された測定光
は、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、偏向ビ
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。
は、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、偏向ビ
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。
【００２０】一次像面１１０から発した光束は、やはり
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を透過し、ハーフミラー１１３で分割され
る。そして、ハーフミラー１１３で分割された一方の光
束は、絞り１１４を通って第２の結像レンズであるセパ
レータレンズ１１５により被検体の高さに応じて第１の
光位置検出素子（ＰＳＤ）１１６上に集光される。
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を透過し、ハーフミラー１１３で分割され
る。そして、ハーフミラー１１３で分割された一方の光
束は、絞り１１４を通って第２の結像レンズであるセパ
レータレンズ１１５により被検体の高さに応じて第１の
光位置検出素子（ＰＳＤ）１１６上に集光される。
【００２１】この場合、投光側の絞り１１２と受光側の
絞り１１４は、例えば、円板状の回転体の周縁部に沿っ
て径の異なる複数のピンホールを有するものを用い、こ
のような回転体を回転させて所定径のピンホールを光軸
上に位置させるようにしている。また、これら絞り１１
２と受光側の絞り１１４は、無限に細いビームを得られ
るものが好ましく、さらに、投光側の絞り１１２によっ
て形成されるビームが丁度よく受光側の絞り１１４を通
過できるように、実質的にほぼ等しい大きさの絞り径に
設定される。
絞り１１４は、例えば、円板状の回転体の周縁部に沿っ
て径の異なる複数のピンホールを有するものを用い、こ
のような回転体を回転させて所定径のピンホールを光軸
上に位置させるようにしている。また、これら絞り１１
２と受光側の絞り１１４は、無限に細いビームを得られ
るものが好ましく、さらに、投光側の絞り１１２によっ
て形成されるビームが丁度よく受光側の絞り１１４を通
過できるように、実質的にほぼ等しい大きさの絞り径に
設定される。
【００２２】また、ハーフミラー１１３で分割された他
方の光束は、セパレータレンズ１１５とほぼ共役な位置
に置かれた第２の光位置検出素子（ＰＳＤ）１１７に入
射される。
方の光束は、セパレータレンズ１１５とほぼ共役な位置
に置かれた第２の光位置検出素子（ＰＳＤ）１１７に入
射される。
【００２３】このような構成において、第１の結像レン
ズ１０９の前側焦点は、第１の対物レンズ１０２の瞳面
１０３にあり、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１１１の後焦点面に配置さ
れており、これによりセパレータレンズ１１５は、第１
の対物レンズ１０２の瞳面１０３と共役の位置にある。
ズ１０９の前側焦点は、第１の対物レンズ１０２の瞳面
１０３にあり、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１１１の後焦点面に配置さ
れており、これによりセパレータレンズ１１５は、第１
の対物レンズ１０２の瞳面１０３と共役の位置にある。
【００２４】従って、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、瞳面１０３の同
一部分を通過した光束によって、測定スポットを第１の
ＰＳＤ１１６上に形成することになる。
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、測定スポットを第１の
ＰＳＤ１１６上に形成することになる。
【００２５】また図から明らかなように、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１０１
の全ての点からの反射光は、再びガルバノミラー１０４
で反射されることによって、軸対称ではあるが、投光光
路と同じ道筋を逆進し、常に一次像面１１０の軸上に結
像する。このことから、第１のＰＳＤ１１６上のスポッ
ト位置は、ビーム走査によっては変動せず、セパレータ
レンズ１１５の光軸と投光側コリメータレンズ１０６の
光軸が対物レンズ１０２の光軸に対して対称に配置され
ているので、三角測量の原理に基づいて、被検体１０１
の凹凸によって変動する。
ー１０４の角度の変化によって照射される被検体１０１
の全ての点からの反射光は、再びガルバノミラー１０４
で反射されることによって、軸対称ではあるが、投光光
路と同じ道筋を逆進し、常に一次像面１１０の軸上に結
像する。このことから、第１のＰＳＤ１１６上のスポッ
ト位置は、ビーム走査によっては変動せず、セパレータ
レンズ１１５の光軸と投光側コリメータレンズ１０６の
光軸が対物レンズ１０２の光軸に対して対称に配置され
ているので、三角測量の原理に基づいて、被検体１０１
の凹凸によって変動する。
【００２６】この結果として、図示しない制御回路によ
り、ガルバノミラー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、それぞれのデ
ィレクタ上でのスポット位置の中心からのずれδから、
サンプルの表面形状が測定できることになる。
り、ガルバノミラー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、それぞれのデ
ィレクタ上でのスポット位置の中心からのずれδから、
サンプルの表面形状が測定できることになる。
【００２７】次に、その測定のための計算方法について
図２に従って詳しく説明する。
図２に従って詳しく説明する。
【００２８】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、一次像面１１０の被検体像を新た
に被検体面として考えている。
のみを示したもので、一次像面１１０の被検体像を新た
に被検体面として考えている。
【００２９】ここで、システムのパラメータとして、瞳
リレーレンズ（第２の対物レンズ）１１１の焦点距離を
ｆp 、セパレータレンズ１１５の焦点距離をｆs 、一次
像１０１’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１１１と
セパレータレンズ１１５の距離をＤ、第１の対物レンズ
１０２のＮＡをＮＡＯＢとする。
リレーレンズ（第２の対物レンズ）１１１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１０１’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１１１と
セパレータレンズ１１５の距離をＤ、第１の対物レンズ
１０２のＮＡをＮＡＯＢとする。
【００３０】一次像１０１’のデフォーカス量（高さ）
がＺ’の時、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２から δ＝ｆｓ・ｔａｎα …（１） ｔａｎα＝ｈ／（ｂ−Ｄ） …（２） となる。
がＺ’の時、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２から δ＝ｆｓ・ｔａｎα …（１） ｔａｎα＝ｈ／（ｂ−Ｄ） …（２） となる。
【００３１】したがって、次式が導かれる。
【００３２】 δ＝ｆｓ・ｈ／（ｂ−Ｄ） …（３） ｈ＝ｆｐ・ＮＡＯＢ／ＭＰ …（４） ここで、Ｐは、対物レンズ１０２の瞳上で換算した絞径
と瞳の中心からセパレータレンズ１１５の光軸までの距
離の比である。
と瞳の中心からセパレータレンズ１１５の光軸までの距
離の比である。
【００３３】次に、ｂを計算すると、 １／ｂ＝（１／ｆｐ）−（１／（ｆｐ＋Ｍ２Ｚ）） …（５） であるから、 ｂ＝ｆｐ（ｆｐ＋Ｍ２Ｚ）／Ｍ２Ｚ …（６） となる。これらの式をまとめると、
【００３４】
【数１】
【００３５】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、
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、
【００３６】
【数２】
【００３７】となり、δとＺは完全に線形の関係とな
る。
る。
【００３８】実際の測定量はδである。したがって、測
定値δから被検体の高さＺを算出する式は、
定値δから被検体の高さＺを算出する式は、
【００３９】
【数３】
【００４０】となり、δとＺは完全に線形でアブソリュ
ートな測長機が実現される。
ートな測長機が実現される。
【００４１】次に、このような原理に基づいてＢＧＡ、
あるいはバンプなど曲面を持った被検体の高さを測定す
る場合を考える。
あるいはバンプなど曲面を持った被検体の高さを測定す
る場合を考える。
【００４２】図３（ａ）（ｂ）は、測定光が第１の対物
レンズ１０２のＮＡをほぼ満たしている場合の平面から
の反射光と曲面からの反射光の違いを説明するものであ
る。
レンズ１０２のＮＡをほぼ満たしている場合の平面から
の反射光と曲面からの反射光の違いを説明するものであ
る。
【００４３】この場合、図３（ａ）に示すように入射光
２０１による合焦点２０２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、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２０７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。
２０１による合焦点２０２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、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２０７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。
【００４４】また、図３（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。
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。
【００４５】つまり、平面からの反射光は、いずれも合
焦点からの高さの２倍の位置にある点からの反射光が帰
ってきているのに対して、曲面の場合は、より高い点か
らの反射光が帰ってきているように見える。しかもその
高さは入射光の位置と角度によって様々に変化する。従
って、測定光のＮＡが大きい場合には曲面の高さを正確
に測ることは出来ないということになる。
焦点からの高さの２倍の位置にある点からの反射光が帰
ってきているのに対して、曲面の場合は、より高い点か
らの反射光が帰ってきているように見える。しかもその
高さは入射光の位置と角度によって様々に変化する。従
って、測定光のＮＡが大きい場合には曲面の高さを正確
に測ることは出来ないということになる。
【００４６】これに対して本発明による高さ測定装置で
は、図４の本装置を簡略化した概念図に示すように、交
換可能な投光側の絞り１１２と受光側の絞り１１４を出
来るだけ小さくすることで、ガルバノミラー１０４によ
り被検体１０１上で揺動される光のうち、被検体１０１
の曲面の面頂で正反射される光のみを、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１１４を通過させるようにして、つ
まり、曲面の面頂からの正反射に近い光束のみを捉えら
れるようにすることにより、球面が合焦点をも含んでい
かなる高さにある場合でもその面頂にある平面と同じ高
さとして測定できるようにしている。
は、図４の本装置を簡略化した概念図に示すように、交
換可能な投光側の絞り１１２と受光側の絞り１１４を出
来るだけ小さくすることで、ガルバノミラー１０４によ
り被検体１０１上で揺動される光のうち、被検体１０１
の曲面の面頂で正反射される光のみを、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１１４を通過させるようにして、つ
まり、曲面の面頂からの正反射に近い光束のみを捉えら
れるようにすることにより、球面が合焦点をも含んでい
かなる高さにある場合でもその面頂にある平面と同じ高
さとして測定できるようにしている。
【００４７】しかし、現実には投光側の絞り１１２と受
光側の絞り１１４により無限に細いビームを形成するこ
とは不可能で、回折の影響、集光特性の状態、光量の関
係等を考慮すると１〜２ｍｍが限界であり、これだけで
は、とうしても測定誤差が残ってしまう。
光側の絞り１１４により無限に細いビームを形成するこ
とは不可能で、回折の影響、集光特性の状態、光量の関
係等を考慮すると１〜２ｍｍが限界であり、これだけで
は、とうしても測定誤差が残ってしまう。
【００４８】そこで、本発明では、ハーフミラー１１３
で分割された他方の光束を、セパレータレンズ１１５と
ほぼ共役な位置に第２のＰＳＤ１１７を設けている。
で分割された他方の光束を、セパレータレンズ１１５と
ほぼ共役な位置に第２のＰＳＤ１１７を設けている。
【００４９】この場合、図５に示すように第２のＰＳＤ
１１７に入射する光束の位置σは、被検体１０１の合焦
点ＦＡまたは非合焦点ＦＢの関係、つまり、被検体１０
１のデフォーカス量に依ることなく、被検体１０１面の
傾きによって上下に移動する。また、被検体１０１が合
焦点ＦＡ位置にある場合は、対物レンズ１０２から出て
くる光線ａ、ｂは被検体１０１面の傾きによらず光軸に
平行になるため、第１のＰＳＤ１１６に対する高さ信号
は変わらないが、被検体１０１面が非合焦点ＦＢ位置に
ある場合は、その傾きによって対物レンズ１０２から出
てくる光線ｃ、ｄは互いに平行にはならず、第１のＰＳ
Ｄ１１６に対する高さ信号が異なることがわかる。
１１７に入射する光束の位置σは、被検体１０１の合焦
点ＦＡまたは非合焦点ＦＢの関係、つまり、被検体１０
１のデフォーカス量に依ることなく、被検体１０１面の
傾きによって上下に移動する。また、被検体１０１が合
焦点ＦＡ位置にある場合は、対物レンズ１０２から出て
くる光線ａ、ｂは被検体１０１面の傾きによらず光軸に
平行になるため、第１のＰＳＤ１１６に対する高さ信号
は変わらないが、被検体１０１面が非合焦点ＦＢ位置に
ある場合は、その傾きによって対物レンズ１０２から出
てくる光線ｃ、ｄは互いに平行にはならず、第１のＰＳ
Ｄ１１６に対する高さ信号が異なることがわかる。
【００５０】そこで、第１のＰＳＤ１１６から得られる
高さ信号のうち、第２のＰＳＤ１１７での信号がゼロ
（傾きが無い場合は第２のＰＳＤ１１７の中心位置に入
射する）近辺のものだけを採用するようにすれば、球面
又は曲面の頂点に近い位置からの反射光による高さ測定
値のみを更に厳密に選択できる。つまり、投光側の絞り
１１２と受光側の絞り１１４により無限に細いビームが
得られず、ある程度の太さを持っていても、より理想に
近い高さ測定ができることになる。
高さ信号のうち、第２のＰＳＤ１１７での信号がゼロ
（傾きが無い場合は第２のＰＳＤ１１７の中心位置に入
射する）近辺のものだけを採用するようにすれば、球面
又は曲面の頂点に近い位置からの反射光による高さ測定
値のみを更に厳密に選択できる。つまり、投光側の絞り
１１２と受光側の絞り１１４により無限に細いビームが
得られず、ある程度の太さを持っていても、より理想に
近い高さ測定ができることになる。
【００５１】この場合、データ処理としては、言うまで
もないことであるが、第１のＰＳＤ１１６からの高さ信
号のうち、第１のＰＳＤ１１６の明るさ信号が一定以上
であり、かつ第２のＰＳＤ１１７の傾き信号が一定以下
のデータのみを採用し、それ以外の測定データは、破棄
することになる。
もないことであるが、第１のＰＳＤ１１６からの高さ信
号のうち、第１のＰＳＤ１１６の明るさ信号が一定以上
であり、かつ第２のＰＳＤ１１７の傾き信号が一定以下
のデータのみを採用し、それ以外の測定データは、破棄
することになる。
【００５２】従って、このような構成とすれば、多数点
の測定を必要とする高密度、大型電子部品のような被測
定物の高さ測定が、従来、１点ごとにステージ走査を行
って、測定していたのに対して、格段の速さでの測定が
可能となり、スループットの向上と測定作業者にかかる
負担の軽減が実現できる。
の測定を必要とする高密度、大型電子部品のような被測
定物の高さ測定が、従来、１点ごとにステージ走査を行
って、測定していたのに対して、格段の速さでの測定が
可能となり、スループットの向上と測定作業者にかかる
負担の軽減が実現できる。
【００５３】また、投光側および受光側に、それぞれ小
さな径の絞り１１２、１１４を設けることで、ＢＧＡ、
バンプなどのように曲面を有する被検体の高さに関して
もその面頂に最も近い部分から正反射光に近い成分のみ
を捉えることができるようになり、高さ測定の精度を向
上させることができる。
さな径の絞り１１２、１１４を設けることで、ＢＧＡ、
バンプなどのように曲面を有する被検体の高さに関して
もその面頂に最も近い部分から正反射光に近い成分のみ
を捉えることができるようになり、高さ測定の精度を向
上させることができる。
【００５４】さらに、第２のＰＳＤ１１７により被検体
１０１の反斜面の傾きを検出するようにしたので、測定
ビームが有限の径を持っていることによって生じる誤差
を含んだデータを取捨することができるようになり、測
定精度をさらに向上させることができる。
１０１の反斜面の傾きを検出するようにしたので、測定
ビームが有限の径を持っていることによって生じる誤差
を含んだデータを取捨することができるようになり、測
定精度をさらに向上させることができる。
【００５５】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、表面
を有する被検体に対しても、その面頂に最も近い部分か
らの高さデータを選択でき、精度の高い高さ測定を実現
できる高さ測定装置を提供できる。
を有する被検体に対しても、その面頂に最も近い部分か
らの高さデータを選択でき、精度の高い高さ測定を実現
できる高さ測定装置を提供できる。
【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】一実施の形態の三角測量の原理を説明するため
の図。
の図。
【図３】一実施の形態の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。
を行なう場合の問題点を説明する図。
【図４】一実施の形態の曲面を有する被検体の高さ測定
の考え方を説明する図。
の考え方を説明する図。
【図５】一実施の形態の曲面を有する被検体の高さ測定
の考え方を説明する図。
の考え方を説明する図。
１０１…被検体 １０１’…平面鏡 １０２…対物レンズ １０３…瞳面 １０４…ガルバノミラー １０５…レーザダイオード １０６…コリメータレンズ １０７…偏向ビームスプリッタ １０８…波長板 １０９…結像レンズ １１０…一次像面 １１１…瞳リレーレンズ １１２…瞳リレーレンズ １１３…ハーフミラー １１５…セパレータレンズ １１６…第１のＰＳＤ １１７…第２のＰＳＤ ２０１…入射光 ２０２…合焦点 ２０４、２０６…反射光 ２０５、２０７…反射点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F065 AA04 AA24 AA49 AA54 BB05 CC25 CC27 DD06 FF09 FF49 GG06 HH04 HH12 HH13 HH14 JJ01 JJ05 JJ08 JJ16 LL00 LL10 LL13 LL30 LL36 LL37 LL46 LL59 LL62 MM26 PP12 QQ26 QQ28 UU07
Claims (3)
- 【請求項１】 被検体の表面に照明光を収束させる光源
および対物レンズを有する照明光学系と、 この照明光学系の光源の前方に配置され、光源からの光
をビームにして被検体に投光させる投光絞りと、 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を有する結
像光学系と、 この結像光学系のセパレータレンズの前方に配置される
受光絞りと、 前記結像光学系の測定光を２光路に分割する光路分割手
段と、 この光路分割手段により分割された一方の測定光の収束
面に配置され、前記受光絞りを通り前記セパレータレン
ズにより収束される測定光のスポット位置を検出する第
１の位置検出素子と、 前記光路分割手段により分割された他方の測定光路上に
配置され前記被検体面の傾きを検出する第２の位置検出
素子とを具備し、 前記第２の位置検出素子の検出結果に基づいて第１の位
置検出素子により検出されるスポット位置信号より前記
被検体表面の高さを求めることを特徴とする高さ測定装
置。 - 【請求項２】 投光絞りおよび受光絞りは、ほぼ等しい
大きさの絞り径に設定されることを特徴とする請求項１
記載の高さ測定装置。 - 【請求項３】 前記第２の位置検出素子により検出され
る前記被検体面の傾きが一定以上の場合には、第１の位
置検出素子により求められる前記被検体の高さ測定デー
タを破棄することを特徴とする請求項１記載の高さ測定
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26533199A JP2001091211A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 高さ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26533199A JP2001091211A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 高さ測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001091211A true JP2001091211A (ja) | 2001-04-06 |
Family
ID=17415714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26533199A Withdrawn JP2001091211A (ja) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 高さ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001091211A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006058115A (ja) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Mitsutoyo Corp | 光学的変位測定器 |
| JP2015525883A (ja) * | 2012-07-30 | 2015-09-07 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 位置測定装置、位置測定方法、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
-
1999
- 1999-09-20 JP JP26533199A patent/JP2001091211A/ja not_active Withdrawn
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006058115A (ja) * | 2004-08-19 | 2006-03-02 | Mitsutoyo Corp | 光学的変位測定器 |
| JP4652745B2 (ja) * | 2004-08-19 | 2011-03-16 | 株式会社ミツトヨ | 光学的変位測定器 |
| JP2015525883A (ja) * | 2012-07-30 | 2015-09-07 | エーエスエムエル ネザーランズ ビー．ブイ． | 位置測定装置、位置測定方法、リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 |
| US9606442B2 (en) | 2012-07-30 | 2017-03-28 | Asml Netherlands B.V. | Position measuring apparatus, position measuring method, lithographic apparatus and device manufacturing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6825454B2 (en) | Automatic focusing device for an optical appliance | |
| US8610902B2 (en) | Apparatus and method for inspecting an object with increased depth of field | |
| US8654352B1 (en) | Chromatic confocal scanning apparatus | |
| JP2015513219A (ja) | ウェーハなどのターゲットを処理するためのリソグラフィシステム及び方法 | |
| CN102043352B (zh) | 调焦调平检测装置 | |
| TWI699842B (zh) | 使用用於半導體檢查及度量之差分偵測技術而改善高度感測器之橫向解析度之方法 | |
| US6486964B2 (en) | Measuring apparatus | |
| JP3501672B2 (ja) | 表面画像投影装置及び方法 | |
| JPH0812046B2 (ja) | 二段検出式非接触位置決め装置 | |
| JP2015108582A (ja) | ３次元計測方法と装置 | |
| JPH09329422A (ja) | 高さ測定方法及び装置 | |
| JP2005070225A (ja) | 表面画像投影装置及び表面画像投影方法 | |
| JPH10318718A (ja) | 光学式高さ検出装置 | |
| JPS63131116A (ja) | 共焦点顕微鏡 | |
| JP3688185B2 (ja) | 焦点検出装置及び自動焦点顕微鏡 | |
| JP6684992B2 (ja) | 突起検査装置及びバンプ検査装置 | |
| KR100878425B1 (ko) | 표면 측정 장치 | |
| JP2002228421A (ja) | 走査型レーザ顕微鏡 | |
| JPS6161178B2 (ja) | ||
| JP2001091211A (ja) | 高さ測定装置 | |
| US9091525B2 (en) | Method for focusing an object plane and optical assembly | |
| JPH08261734A (ja) | 形状測定装置 | |
| JP2003161610A (ja) | 光学式測定装置 | |
| JP6980304B2 (ja) | 非接触内面形状測定装置 | |
| JP2002335033A (ja) | レーザダイオードユニットの調整装置及び方法、光学ユニットの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061205 |