JP2004177173A

JP2004177173A - 高さ測定装置

Info

Publication number: JP2004177173A
Application number: JP2002341211A
Authority: JP
Inventors: Noboru Amamiya; 昇雨宮
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】被検物の高さを高精度に測定できる高さ測定装置を提供する。
【解決手段】被検物８からの光を光学系Ｋを介して撮像手段１０に結像させて被検物８の高さを測定する高さ測定装置１において、光学系Ｋは、被検物８からの光を平行光にする被検物側レンズ群７ａと当該被検物側レンズ群７ａからの平行光を結像する撮像側レンズ群７ｂとを有する両側テレセントリック光学系７を備え、被検物側レンズ群７ａは、両側テレセントリック光学系７の焦点位置７ｄを光軸方向に走査するべく移動可能に設けられていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高さ測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光学系の焦点位置を被検物の高さ方向に走査し、被検物からの光を光学系を介して撮像手段に結像させて被検物の高さを測定する装置が知られている。斯かる装置として、光学系と被検物との間の光路中に、光路長の異なる複数の透明な板状部材を挿入することによって光学系の焦点位置の走査を行うものがある（例えば、特許文献１参照）。また、光学系内にコーナーキューブを配置し、該コーナーキューブを移動させることによって光学系の焦点位置の走査を行うものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−３０４０４３号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３９１７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の複数の透明な板状部材を用いた装置では、光学系の焦点位置は板状部材の光路長毎に定められるため、連続的に焦点位置を走査することができない。従って、被検物の高さを高精度に測定することができないという問題がある。また、上述のコーナーキューブを用いた装置では、連続的な焦点位置の走査が可能であるが、コーナーキューブの移動に伴い光学系の倍率が変化してしまう。このため、被検物の高さを高精度に測定することができないという問題がある。
【０００５】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、被検物の高さを高精度に測定できる高さ測定装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、
被検物からの光を光学系を介して撮像手段に結像させて被検物の高さを測定する高さ測定装置において、
前記光学系は、
前記被検物からの光を平行光にする被検物側レンズ群と、当該被検物側レンズ群からの前記平行光を結像する撮像側レンズ群とを有する両側テレセントリック光学系を備え、
前記被検物側レンズ群は、前記両側テレセントリック光学系の焦点位置を光軸方向に走査するべく移動可能に設けられていることを特徴とする高さ測定装置を提供する。
【０００７】
また、請求項２に記載の高さ測定装置は、
前記光学系は、前記両側テレセントリック光学系における前記撮像側レンズ群の結像面にピンホールを有する部材を備えたコンフォーカル光学系であることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に記載の高さ測定装置は、
前記両側テレセントリック光学系は、１倍光学系であることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係る高さ測定装置を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る高さ測定装置を示す概略構成図である。
本実施の形態に係る高さ測定装置１は、被検物８を照明するための落射照明用光源２と、落射照明用光源２からの照明光を被検物８上へ集光しかつ該被検物８からの反射光を結像するための落射コンフォーカル光学系Ｋとを備える。
詳細には、図１に示す本実施の形態に係る高さ測定装置１において、落射照明用光源２から射出される照明光の光路上には、コレクタレンズ３と、ハーフプリズム４とが順に配置されている。また、ハーフプリズム４の反射光路上には、装置１の上方から順に、リレーレンズ５と、落射照明用光源２からの照明光をｘｙ平面方向へ走査するためのニッポウディスク（ＮｉｐｋｏｗＤｉｓｃ）６と、以下に詳述する両側テレセントリック対物光学系７と、被検物８を載置するためのステージ９とが配置されている。さらに、リレーレンズ５の結像位置には、照明された被検物８からの反射光を撮像するための撮像素子１０が配置されている。この撮像素子１０には、該撮像素子１０の出力に基づき被検物８の高さを求める演算制御部１３が接続されている。尚、落射コンフォーカル光学系Ｋは、ハーフプリズム４と、リレーレンズ５と、ニッポウディスク６と、両側テレセントリック対物光学系７とからなる。
【００１０】
両側テレセントリック対物光学系７は、被検物８からの反射光を平行光にする被検物側レンズ群７ａと、当該被検物側レンズ群７ａからの平行光を結像する撮像側レンズ群７ｂとからなる両側テレセントリックな１倍光学系である。ここで、両側テレセントリック対物光学系７において、被検物側レンズ群７ａと撮像側レンズ群７ｂとの間のいわゆる平行系をなす部分７ｃを、両側テレセントリック対物光学系７における平行系部７ｃという。
また、被検物側レンズ群７ａは、例えばピエゾ素子等のレンズ群駆動部１１によって光軸方向（ｚ方向）に駆動される構成となっている。図２は、本実施の形態における両側テレセントリック対物光学系７を模式的に示す図である。図２に示すように、レンズ群駆動部１１によって被検物側レンズ群７ａを光軸方向へ駆動すると、被検物側レンズ群７ａから焦点位置７ｄまでの光路長Ｌを維持したまま平行系部７ｃの光路長のみを変化させることができる。従って、両側テレセントリック対物光学系７は、被検物側レンズ群７ａを駆動することで、倍率の変動を起こすことなくその焦点位置７ｄを連続的に変化させることができる（焦点位置７ｄを光軸方向に走査することができる）。
尚、本実施の形態において両側テレセントリック対物光学系７は上述のように１倍光学系である。しかし本発明はこれに限られるものでなく、１倍でない他の倍率の両側テレセントリック対物光学系７を配置することも可能である。
【００１１】
ニッポウディスク６は、同径の多数のピンホール６ａが所定の間隔で螺旋放射状に配列されている円盤であり、回転駆動部１２によって軸６ｂを中心に回転駆動される構成となっている。この構成により、回転駆動部１２によってニッポウディスク６を回転駆動することで、被検物８に導かれる照明光は該被検物８上をｘｙ平面方向に走査することができる。
また、ニッポウディスク６のピンホール６ａ成形面は、両側テレセントリック対物光学系７の結像位置（結像面）に配置されており、これによりコンフォーカル光学系が実現されている。
【００１２】
演算制御部１３は、上述のレンズ群駆動部１１、回転駆動部１２、及び表示部１４とそれぞれ接続されており、各駆動部の動作を制御する。また演算制御部１３は、上述のように撮像素子１０の出力に基づいて演算を行い、被検物８の高さを求めて表示部１４に表示する。
【００１３】
以上の構成の下、落射照明用光源２から射出された光は、コレクタレンズ３を経てハーフプリズム４によって反射され、ニッポウディスク６に照射される。この光は、ニッポウディスク６のピンホール６ａを通過し、両側テレセントリック対物光学系７によって、ステージ９に載置された被検物８上に集光される。尚、図１では、ニッポウディスク６の複数のピンホール６ａをそれぞれ通過した光のうちの１つの光の光路のみを示しているが、実際は落射照明用光源２からの光が照射されるニッポウディスク６の照射領域内に位置する複数のピンホール６ａを通過した光がそれぞれ被検物８上の異なる位置に集光される。
【００１４】
そして、被検物８からの反射光は再び両側テレセントリック対物光学系７を介して、ニッポウディスク６のピンホール６ａを通過する。ここで、この反射光の通過したピンホール６ａは、被検物８上に集光された照明光が通過した上述のピンホール６ａと同じである。
ニッポウディスク６のピンホール６ａを通過した光は、リレーレンズ５によってハーフプリズム４を介して撮像素子１０の撮像面１０ａ上に結像され、該撮像素子１０によって撮像される。
【００１５】
このとき、演算制御部１３の制御により、レンズ群駆動部１１によって両側テレセントリック対物光学系７における被検物側レンズ群７ａをｚ方向に駆動すると、上述のように平行系部７ｃの光路長が変化するため、両側テレセントリック対物光学系７の焦点位置７ｄが被検物８の高さ方向（ｚ方向）に連続的に変化する（焦点位置７ｄが被検物８の高さ方向に走査される）。これにより、ニッポウディスク６のピンホール６ａを通過した照明光が被検物８上に集光する高さ位置が変化し、被検物８を撮像する位置を高さ方向に連続的に変化させることができる。ここで、両側テレセントリック対物光学系７の焦点位置７ｄを被検物８の高さ方向へ走査し該焦点位置７ｄが被検物８表面に到達したとき、撮像素子１０に結像される被検物８の反射光の光量が最大となる。演算制御部１３は、このときの被検物側レンズ群７ａの駆動量から被検物８の高さを求める。
【００１６】
またこれと同時に、上述のように回転駆動部１２によってニッポウディスク６を回転駆動することで、被検物８に導かれる照明光は該被検物８上をｘｙ平面方向に走査することができる。従って、演算制御部１３の制御により、回転駆動部１２によってニッポウディスク６を回転駆動し、レンズ群駆動部１１によって被検物側レンズ群７ａをｚ方向に駆動することによって、照明光のｘｙ平面方向への走査範囲内の被検物８面全体について高さを測定することができる。
【００１７】
以上より、本実施の形態に係る高さ測定装置１は、被検物側レンズ群７ａを駆動して平行系部７ｃの光路長のみを変化させるため、倍率変動を起こすことなく両側テレセントリック対物光学系７の焦点位置７ｄを被検物８の高さ方向に連続的に走査することができる。これにより、被検物８の高さの高精度な測定を行うことができる。
【００１８】
また、本実施の形態に係る高さ測定装置１は、被検物８に最も近い被検物側レンズ群７ａのみを駆動する構成であるため、装置１における駆動部分の小型軽量化を図ることができる。このため、駆動に伴う振動に起因する両側テレセントリック対物光学系７の収差変動を抑えることができ、かつ焦点位置７ｄの走査を高速で行うことができる。従って、被検物面上の同じ箇所について繰り返して高さを測定した場合でも測定値にバラつきがない、いわゆる繰り返し再現性の向上を図ることができる。
尚、駆動に伴う振動をさらに解消して高精度な測定を実現するため、振動が装置１内の他の部材へ伝達しないように、装置１外に設けた支持機構にて被検物側レンズ群７ａのみを支持する構成とすることもできる。
【００１９】
また、本実施の形態に係る高さ測定装置１は、上述のように両側テレセントリック対物光学系７の結像位置にニッポウディスク６を配置することによってコンフォーカル光学系を構成している。これにより、高いセクショニング効果を得て、被検物の高さ方向の高分解能を実現することができる。また、両側テレセントリック対物光学系７において、撮像側がテレセントリックであることによってニッポウディスク６のピンホール６ａ成形面のうねり等の影響を防ぐことができる。以上より、被検物８の高さのより高精度な測定を行うことができる。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、被検物の高さを高精度に測定できる高さ測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る高さ測定装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態における両側テレセントリック対物光学系を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１高さ測定装置
２落射照明用光源
３コレクタレンズ
４ハーフプリズム
５リレーレンズ
６ニッポウディスク（ＮｉｐｋｏｗＤｉｓｃ）
７両側テレセントリック対物光学系
７ａ被検物側レンズ群
７ｂ撮像側レンズ群
７ｃ平行系部
７ｄ焦点位置
８被検物
９ステージ
１０撮像素子
１１レンズ群駆動部
１２回転駆動部
１３演算制御部
１４表示部
Ｋ落射コンフォーカル光学系

Claims

被検物からの光を光学系を介して撮像手段に結像させて被検物の高さを測定する高さ測定装置において、
前記光学系は、
前記被検物からの光を平行光にする被検物側レンズ群と、当該被検物側レンズ群からの前記平行光を結像する撮像側レンズ群とを有する両側テレセントリック光学系を備え、
前記被検物側レンズ群は、前記両側テレセントリック光学系の焦点位置を光軸方向に走査するべく移動可能に設けられていることを特徴とする高さ測定装置。
前記光学系は、前記両側テレセントリック光学系における前記撮像側レンズ群の結像面にピンホールを有する部材を備えたコンフォーカル光学系であることを特徴とする請求項１に記載の高さ測定装置。
前記両側テレセントリック光学系は、１倍光学系であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の高さ測定装置。