JP2004212316A - 表面形状測定装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検面の高さ方向のデータを分解能を保ちつつ高速に取得する。
【解決手段】本発明の表面形状測定装置は、被検面（１８）に略共役な位置に配置された複数のピンホール（１５−ｉ）を透過した光を、対物レンズ（１４）を介して被検面に導入する照明光学系と、前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面（１７）で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備える。前記ピンホールは、前記被検面からの前記照明光学系および前記受光光学系の光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置され、前記被検面と前記ピンホールとの相対位置を、前記光軸方向と垂直な所定の方向に移動させる走査装置（１５ｂ）を備える。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明の表面形状測定装置は、被検面（１８）に略共役な位置に配置された複数のピンホール（１５−ｉ）を透過した光を、対物レンズ（１４）を介して被検面に導入する照明光学系と、前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面（１７）で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備える。前記ピンホールは、前記被検面からの前記照明光学系および前記受光光学系の光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置され、前記被検面と前記ピンホールとの相対位置を、前記光軸方向と垂直な所定の方向に移動させる走査装置（１５ｂ）を備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路上の検査などに適用される表面形状測定装置に関し、特に、半田ボールなどの微細な凹凸形状の検査に適用される表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の検査は、半導体集積回路上を複数のスリット光で斜めに照明し、その反射光の横ずれの分布に基づいて、半導体集積回路上の凹凸形状を検知していた。
しかし、半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体集積回路上の半田ボールなどの凹凸は微細化される傾向にあるので、この種の検査装置の検査精度は不十分になりつつある。
【０００３】
そこで、共焦点（コンフォーカル）顕微鏡の適用が提案されている。
共焦点顕微鏡は、被検面の高さ方向の分解能（縦分解能）が高く、また、被検面の面方向の分解能（横分解能）も通常の光学顕微鏡とほぼ同等であるという利点を有している。
【０００４】
しかしながら、通常の共焦点顕微鏡は、被検面の高さ方向のデータを得るために、ステージや対物レンズを上下させて画像の取り込みを繰り返す必要があり、三次元情報を得るための時間がかかる。
このため、工業製品である半導体集積回路の検査へそのまま適用することは、難しい。
【０００５】
特許文献１に記載された三次元撮像装置は、共焦点顕微鏡と同じ原理でありながら被検物の高さ方向のデータを高速に取得できるものとして提案されたものである。
この三次元撮像装置では、ステージや対物レンズを上下させる代わりに、対物レンズと被検物との間に厚さの異なる透明部材を選択的に挿脱させて光路長を変化させる。そして、それら透明部材を回転体などに設けてその挿脱を高速化している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３０４０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この三次元撮像装置では対物レンズと被検物との間に透明部材を挿入するため、対物レンズの作動距離を長く採らなければならない。よって、使用可能な対物レンズは比較的低倍率（例えば５〜１０倍）のものに限定され、回路パターンの集積度が高くなって、測定対象が微細化すると、分解能が不足する。
【０００８】
そこで本発明は、分解能を保ちつつ高さ方向のデータを高速に取得可能な構成の表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の表面形状測定装置は、被検面に略共役な位置に配置された複数のピンホールを透過した光を、対物レンズを介して被検面に導入する照明光学系と、前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備え、前記ピンホールは、前記被検面からの前記照明光学系および前記受光光学系の光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置され、前記被検面と前記ピンホールとの相対位置を、前記光軸方向と垂直な所定の方向に移動させる走査装置を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の表面形状測定装置は、請求項１に記載の表面形状測定装置において、前記ピンホールは前記光軸に垂直な面に対して傾斜して配置されたピンホール板に形成され、前記走査装置は、少なくとも前記光軸と前記ピンホール板の法線を含む面と前記光軸に垂直な面とが交差する方向に前記相対移動させ、前記ピンホール板と前記被検面とを前記光軸と異なる軸を中心に相対的に回転させる回転装置をさらに設け、前記ピンホール板と前記被検面との相対回転に同期して、前記受光面に焦点位置が傾斜した前記被検面の画像を得ることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の表面形状測定装置は、被検面に略共役な位置に配置された複数のピンホールを透過した光を、対物レンズを介して被検面に導入する照明光学系と、前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備え、前記ピンホールは、前記被検面から光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置した複数のピンホール板にそれぞれ形成され、前記複数のピンホール板は前記光軸と平行な軸を中心に周方向に並んで配置され、前記軸を回転軸として前記複数のピンホール板を前記所定の方向に回転させる回転装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の表面形状測定装置は、請求項３に記載の表面形状測定装置において、前記ピンホール板に対して前記被検面を回転させる回転装置を設け、前記被検面の回転に同期して前記受光面上に前記被検面の像を受光し、前記ピンホール板の位置に応じて焦点位置の異なる画像を得ることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
表面形状測定装置には、対物レンズ１４を介して被検面１８を照明する照明光学系、及び、被検面１８からの光を対物レンズ１４を介して受光する受光光学系が備えられる。具体的に、照明光学系には、光源１１、コンデンサレンズ１２、ハーフミラー１３、複数のピンホールが形成されたピンホール板１５、対物レンズ１４が順に配置される。また、受光光学系には、対物レンズ１４、ピンホール板１５、ハーフミラー１３、リレーレンズ１６、撮像素子１７が順次配置される。
【００１５】
被検面１８とピンホール板１５とは対物レンズ１４に関し略共役関係にある。また、ピンホール板１５と撮像素子１７とはリレーレンズ１６に関し略共役関係にある。
以上の構成において、光源１１から射出した照明光束は、コンデンサレンズ１２で集光された後ハーフミラー１３で偏向してピンホール板１５上の複数のピンホール１５−０，１５−１，・・・を照明する。
【００１６】
ピンホール１５−０，１５−１，・・・を個別に通過した各照明光は、対物レンズ１４によって、被検面１８或いは被検面１８近傍のＸ方向位置１１−０，１１−１，・・・にそれぞれ集光点を有し、被検面１８のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・にそれぞれ入射する。
【００１７】
Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・それぞれの被検面１８で生じた反射光は、対物レンズ１４に再入射して、ピンホール板１５のピンホール１５−０，１５−１，・・・の位置又はその近傍にそれぞれ集光し、ピンホール１５−０，１５−１，・・・を個別に通過する。
ピンホール１５−０，１５−１，・・・を個別に通過した各光は、ハーフミラー１３を透過してリレー光学系１６により撮像素子１７上の画素１７−０，１７−１，・・・にそれぞれ集光する。
【００１８】
画素１７−０，１７−１，・・・はピンホール１５−０，１５−１，・・・にそれぞれ対応しており、これら画素１７−０，１７−１，・・・の出力から、被検面１８のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・のデータがそれぞれ得られる。
ここで、本実施形態においてピンホール板１５は、角度φだけ傾斜した状態で照明光束に挿入されており、複数のピンホール１５−０，１５−１，・・・の光軸Ｚの方向の位置が互いにずれている。
【００１９】
このような表面形状測定装置では、ピンホール板１５が傾斜しているので、被検面１８上の各微小領域１８−０，１８−１，・・・に個別に入射する照明光の集光点１１−０，１１−１，・・・は、光軸Ｚの方向にずれる。
したがって、撮像素子１７による１回の撮像では、被検面１８上のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・の互いに異なる高さのデータが取得される。
【００２０】
ここで、本実施形態の表面形状測定装置においては、被検面１８上の高さ方向のデータを取得するために、被検面１８を少なくともＸ方向に移動させるステージ１９が表面形状測定装置に備えられる。
ステージ１９が被検面１８をＸ方向に移動させると、被検面１８上では照明光の各集光点１１−０，１１−１，・・・がＸ方向に平行移動する。このとき、被検面１８において、各集光点１１−０，１１−１，・・・の軌跡上の或るＸ方向位置１８−ｉに着目すると、そのＸ方向位置１８−ｉにおける集光点の高さは変化する。
【００２１】
したがって、被検面１８をＸ方向に移動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、各Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・の各高さのデータを取得することができる。
すなわち、ピンホール板１５上の或る座標Ｘ１５に配置されたピンホール１５−ｉは、ピンホール板１５の傾斜角度がφであることから、光軸Ｚの方向にＺ１５＝Ｘ１５・ｔａｎφだけずれている。
【００２２】
さらに、対物レンズ１６の倍率（横倍率）をβとすると、被検面１８上でピンホール１５−ｉに対応するＸ方向位置１８−ｉのＸ座標Ｘ１８は、Ｘ１８＝Ｘ１５／βである。
また、この対物レンズ１６の縦倍率はβ２なので、そのＸ方向位置１８−ｉに入射する照明光の集光点１１−ｉは、光軸Ｚの方向にＺ１８＝Ｚ１５／β２だけずれる。すなわち、光軸Ｚの方向にＺ１８＝Ｘ１５・ｔａｎφ／β２だけずれる。
【００２３】
したがって、撮像素子１７の任意の座標Ｘ１７に配置された画素１７−ｊに入射する光の集光点は、光軸Ｚの方向にβ’・Ｘ１７・ｔａｎφ／β２だけずれる（但し、β’は、リレーレンズ１６の倍率）。
このため、本実施形態の表面形状測定装置では、集光点がずれても各画素１７−０，１７−１，・・・が各光を個別に受光できるよう、その画素サイズは適度に大きく設定されている。
【００２４】
以上、本実施形態の表面形状測定装置では、予めピンホール１５−０，１５−１，・・・の光軸Ｚの方向の位置をずらしているので、被検面１８を光軸Ｚに垂直な方向（ここではＸ方向）に移動させるだけで被検面１８の各Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・の各高さのデータを取得することができる。
一般に、被検面１８を移動させるステージ１９は、その移動方向が光軸Ｚの方向であるときよりも、光軸Ｚに垂直な方向であるときの方が、高速移動が可能である。
【００２５】
なぜなら、対物レンズ１４の重量などを考慮し、対物レンズ１４の光軸Ｚの方向は鉛直方向とされるが、その場合、被検面１８を光軸Ｚの方向に移動させるには、ステージ１９は重力に抗した運動をしなければならない。それに対し、光軸Ｚに垂直な方向に移動させるためには、ステージ１９は重力に抗した運動をする必要が無い。
【００２６】
また、撮像素子１７による撮像の速度は、その駆動タイミングを高速化するだけで十分に高速化可能である。
したがって、本実施形態の表面形状測定装置によれば、高さ方向のデータを高速に取得することができる。
本実施形態の表面形状測定装置において、撮像素子１７はピンホール板１５と共役な位置に配置される。
【００２７】
なお、以上の説明では、被検面１８の高さ方向のデータを離散的に取得することについのみ述べたが、本実施形態の表面形状測定装置には、上述した高さ方向のデータを被検面１８の面方向の各位置について取得するための工夫も施されている。
例えば、ピンホール板１５を回動させる回動機構（符号１５ｂなど）が備えられる。
【００２８】
そして、ピンホール板１５のサイズは、図１及び図２に示すように、照明光束Ｌの断面よりも十分に大きく確保され、照明光束Ｌに挿入されるのは、ピンホール板１５の一部とされる。
また、回動の中心線は、光軸Ｚから外れた位置からピンホール板１５の法線方向に延びる直線である。つまり、ピンホール板１５は、傾斜角度φを保ったままその直線の周りθの方向に回動する。
【００２９】
また、ピンホール板１５の外形を円盤状にすることにより、省スペース化を図ることができる。
そして、複数のピンホール１５−０，１５−１，・・・は、ピンホール板１５の径方向に並べて配置される。
この構成では、回動機構１５ｂがピンホール板１５を周θの方向に回動させると、被検面１８上の照明光の集光点１１−０，１１−１，・・・はそれぞれ周θの方向に移動する。
【００３０】
したがって、ピンホール板１５を周θ方向に回動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、被検面１８の高さ方向のデータを面方向の各位置について取得することができる。
なお、図２では、ピンホールをＸ方向にしか並べていないが、ピンホール板が３６０°あるいは１８０°、１２０°回転したときに被検面の一枚の画像を得られるようにピンホールを配置すれば、被検面１８のデータを効率的に取得できる。
【００３１】
しかも、上記したように本実施形態の表面形状測定装置では、対物レンズ１４と被検面１８との間の距離を保つ必要が無いので、対物レンズ１４として高倍率・高開口数の対物レンズ（倍率１０より高く例えば５０、開口数０．８など）を使用することができる。
したがって、本実施形態の表面形状測定装置によれば、分解能を保つことが可能である。
【００３２】
なお、ピンホール板１５を、その回転軸と光軸Ｚとが僅かに外れる位置にφ°傾けて配置し、光軸Ｚに対してφ°傾いた回転軸で回転させるようにしてもよいことは言うまでもない。
この場合には、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に例示したように、ピンホールの配列を曲線的（例えば螺旋状）にすれば、データの取得効率を高めることができる。また、図３（ｅ）に示すように、ランダムに配置してもよい。因みに、これらの図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に例示したピンホール板は、ニッポーディスクとも呼ばれている。なお、図３（ａ）（ｃ）（ｄ）では、黒点でピンホールを示し、図３（ｂ）（ｅ）では白丸でピンホールを示した。
【００３３】
なお、ピンホール板１５の形状は円盤状に限らず、図４に示すような矩形状でもよいことは言うまでもない。
また、面方向のデータを取得するためのピンホール板１５の移動は、周θ方向の回動以外に、図４に示すようにＹ方向への平行移動であってもよい。
この場合も、ピンホールの列を、その移動方向（図４の例ではＹ方向）に複数並べれば、データの取得効率を高めることができる（図４の例では点線部）。
【００３４】
また、何れの場合であっても、ピンホール板１５において隣り合うピンホール同士の間隔は、通過光同士が混ざらないよう十分に広く採られる。具体的には、ピンホール同士の間隔は、表面形状測定装置の分解能に相当する距離の約５０倍以上に確保される。
［第２実施形態］
図５、図６を参照して本発明の第２実施形態について説明する。ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００３５】
図５は、本実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
図５において図１に示すものと同じものについては同一の符号を付した。
本実施形態の表面形状測定装置では、第１実施形態の表面形状測定装置と同様、複数のピンホール２５−０，２５−１，・・・がＸ方向（光軸Ｚに垂直な方向）に並べて配置されたピンホール板２５が傾斜配置される。
【００３６】
但し、本実施形態の表面形状測定装置には、ピンホール板２５と同じピンホール板２６が用意され、ピンホール板２５とピンホール板２６とは照明光学系と受光光学系とに個別に配置される。
具体的には、一方のピンホール板２５は照明光学系と受光光学系との分岐点（すなわちハーフミラー１３）の前段に挿入され、他方のピンホール板２６は、分岐点の後段に挿入される。
【００３７】
このとき、ピンホール板２５のピンホール２５−０，２５−１，・・・と、ピンホール板２６のピンホール２６−０，２６−１，・・・とは、互いに共役関係にある。すなわち、ピンホール板２６についても、ピンホール板２５と同様に傾斜配置される。
この構成において、光源１１から射出した照明光束は、コンデンサレンズ１２で集光された後、ピンホール板２５のピンホール２５−０，２５−１，・・・を照明する。
【００３８】
ピンホール２５−０，２５−１，・・・を個別に通過した各照明光は、ハーフミラー１３で偏向され、対物レンズ１４を透過することによって被検面１８又はその近傍にそれぞれ集光点を有し、被検面１８上のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・にそれぞれ入射する。
ここで、各々の前記集光点を結ぶ線は、被検面１８に対しφ／βの角度を有するのは図１と同様である。
【００３９】
Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・のそれぞれで生じた反射光は、対物レンズ１４に再入射し、ハーフミラー１３を透過した後、ピンホール板２６のピンホール２６−０，２６−１，・・・の位置又はその近傍にそれぞれ集光し、ピンホール２６−０，２６−１，・・・を個別に通過する。
ピンホール２６−０，２６−１，・・・を個別に通過した各光は、リレーレンズ１６により撮像素子１７上の各画素１７−０，１７−１，・・・に集光する。
【００４０】
また、本実施形態の表面形状測定装置にも、Ｘ方向に被検面１８を移動させるステージ２９が備えられる。
したがって、被検面１８をＸ方向に移動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、離散的な各Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・の各高さ方向のデータを取得することができる。
【００４１】
次に、高さ方向のデータを被検面１８の面方向の各位置について取得する方法について説明する。
先ず、本実施形態の表面形状測定装置では、ピンホール板を移動させないよう工夫することにより、ピンホール板２５とピンホール板２６との共役関係を安定して保つことができる。
【００４２】
よって、面方向のデータを取得するに当たり、ステージ２９が利用される。つまり、本実施形態のステージ２９には、光軸Ｚからずれた中心の周りθ方向に被検面１８を回動させる機構が付加される。
そして、本実施形態では、光軸Ｚから僅かに外れた回転軸の周りのθ方向に被検面１８を回動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動することによって、被検面１８の面方向のデータが取得される。
【００４３】
この構成では、可動部がステージ２９のみなので、測定の安定性が期待できる。
また、この場合、ステージ２９は、θ方向に回動する基部とその基部に対して被検面１８をＸ方向、或いはＸ及びＹ方向に走査させる第２の走査機構とを備えることが好ましい。
なお、図６は、本実施形態の表面形状測定装置の変形例である。
【００４４】
この表面形状測定装置では、受光光学系側のピンホール板２６の位置に、複数の受光部３７−０，３７−１，・・・を有した受光素子３７が配置され、リレー光学系１６が省略される。
この受光素子３７の受光部３７−０，３７−１，・・・は、ピンホール板２６のピンホール２６−０，２６−１，・・・と同じ位置に配置される。つまり、受光素子３７の各受光部３７−０，３７−１，・・・は、ピンホール板２５のピンホール２５−０，２５−１，・・・と共役関係にある。また、受光部３７−０，３７−１，・・・のサイズは、ピンホールと略同じである。
【００４５】
この構成では、リレーレンズ１６を要しないので、図５のリレーレンズ１６において発生していた収差の分だけ、測定の高精度化が期待できる。
［第３実施形態］
図７、図８を参照して本発明の第３実施形態について説明する。ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００４６】
図７は、本実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
図７において図１に示すものと同じものについては同一の符号を付した。
本実施形態の表面形状測定装置は、第１実施形態の表面形状測定装置において、ピンホール板１５、及び回動機構１５ｂの代わりに、ピンホール素子４５、及び回動機構４５ｂが備えられ、かつステージ１９が省略されたものである。
【００４７】
図８は、本実施形態のピンホール素子４５を説明する図である。
ピンホール素子４５は、光軸Ｚから外れた位置に、光軸Ｚと平行な直線の周りθの方向に回動可能な回動部材４５−０を有し、かつその回動部材４５−０の側壁に、照明光束Ｌに選択的に挿入すべき複数のピンホール板（例えば、５枚のピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５）を、光軸Ｚの位置をずらしつつ周θの方向に並べて固定したものである。ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５は、例えば、螺旋階段状に配置される。
【００４８】
なお、ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５の各面は、それぞれ光軸Ｚに垂直である。また、ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−４の外形をそれぞれ扇状にすることで、省スペース化を図ることができる。
本実施形態の回動機構４５ｂは、この回動部材４５−０を介してピンホール素子４５を回動させる。
【００４９】
この構成では、回動機構４５ｂがピンホール素子４５を回動させると、照明光束Ｌに挿入されるピンホール板は、ピンホール板４５−１、４５−２、４５−３、４５−４、４５−５、というように順次変化する。
各ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５の光軸Ｚの方向の位置は互いにずれているので、このときに被検面１８上に集光する照明光の集光点も光軸Ｚの方向に順次変化する。
【００５０】
したがって、ピンホール素子４５を回動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、被検面１８の高さ方向のデータを取得することができる。なお、以上の説明では、被検面１８の高さ方向のデータを離散的に取得することについてのみ述べたが、本実施形態の表面形状測定装置には、高さ方向のデータを面方向の各位置について取得するための工夫も施されている。
【００５１】
例えば、本実施形態のピンホール素子４５のピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−５の各々は共に、上記した回動動作により被検面１８の画像を一枚ずつ得られるようそれぞれピンホールを配置している。
また、データ取り込み時にピンホール素子４５を固定とし、被検面１８を回動させることとすれば、ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−５のそれぞれにおけるピンホールの配列は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に例示したように、曲線的（例えば螺旋状）にしたり、ランダムにしたりすることが考えられる。
【００５２】
この場合、ステージは、光軸Ｚから僅かに外れた回転軸の周りのθ方向に回動する基部と、その基部に対して被検面をＸ方向、或いはＸ及びＹ方向に走査させる第２の走査機構を備えることが好ましい。
［その他］
上記第１実施形態では、高さ方向のデータを取得する際、被検面１８をＸ方向に移動させているが、ピンホール１５をＸ方向に移動させてもよい。但し、被検面１８を移動させる方が、より安定した移動が図られる。
【００５３】
また、その移動方向は、Ｘ方向だけでなく、Ｘ及びＹ方向としてもよいことは言うまでもない。
また、第１実施形態、第２実施形態では、光軸Ｚの方向の位置のずれた複数のピンホールの配置方向が直線的である場合を主に説明したが、それらピンホールの配置方向は、曲線的であってもよい。被検面とピンホールとの相対移動の方向が、ピンホールの配置方向と同じであれば、高さ方向のデータを取得することができる。
【００５４】
また、第３実施形態では、ピンホール板を螺旋階段状に構成すると共にピンホール素子を回動させたが、ピンホール板を階段状に構成すると共に、ピンホール素子を平行移動させてもよい。但し、平行移動よりも回動させた方が安定した測定が可能である。
また、第３実施形態では、ピンホール板を高さ順に設けたが、高さ順に設けていなくてもよいことはいうまでもない。
【００５５】
また、本発明の表面形状測定装置において面方向のデータを取得する方法については、上記したものに限らず、共焦点顕微鏡に適用されうる各種の方法の何れかを適用することができる。
但し、第２実施形態、第３実施形態においては、上記したように、面方向のデータを取得するための移動機構に、高さ方向のデータを取得するための移動機構を兼用することで、省スペース化や測定の安定を図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、分解能を保ちつつ高さ方向のデータを高速に取得可能な構成の表面形状測定装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
【図２】第１実施形態において面方向のデータを取得する方法を説明する図である。
【図３】ピンホールの配列のバリエーションを示す図である。
【図４】ピンホールの移動方向のバリエーションを示す図である。
【図５】第２実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
【図６】第２実施形態の表面形状測定装置の変形例である。
【図７】第３実施形態の表面形状測定装置の変形例である。
【図８】第３実施形態のピンホール素子４５を説明する図である。
【符号の説明】
１１ 光源
１２ コンデンサレンズ
１３ ハーフミラー
１４ 対物レンズ
１５，２５，２６ ピンホール板
１５ｂ，４５ｂ 回動機構
１６ リレーレンズ
１７ 撮像素子
１８ 被検面
１９，２９ ステージ
３７ 受光素子
４５ ピンホール素子
４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５ ピンホール板
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路上の検査などに適用される表面形状測定装置に関し、特に、半田ボールなどの微細な凹凸形状の検査に適用される表面形状測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の検査は、半導体集積回路上を複数のスリット光で斜めに照明し、その反射光の横ずれの分布に基づいて、半導体集積回路上の凹凸形状を検知していた。
しかし、半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体集積回路上の半田ボールなどの凹凸は微細化される傾向にあるので、この種の検査装置の検査精度は不十分になりつつある。
【０００３】
そこで、共焦点（コンフォーカル）顕微鏡の適用が提案されている。
共焦点顕微鏡は、被検面の高さ方向の分解能（縦分解能）が高く、また、被検面の面方向の分解能（横分解能）も通常の光学顕微鏡とほぼ同等であるという利点を有している。
【０００４】
しかしながら、通常の共焦点顕微鏡は、被検面の高さ方向のデータを得るために、ステージや対物レンズを上下させて画像の取り込みを繰り返す必要があり、三次元情報を得るための時間がかかる。
このため、工業製品である半導体集積回路の検査へそのまま適用することは、難しい。
【０００５】
特許文献１に記載された三次元撮像装置は、共焦点顕微鏡と同じ原理でありながら被検物の高さ方向のデータを高速に取得できるものとして提案されたものである。
この三次元撮像装置では、ステージや対物レンズを上下させる代わりに、対物レンズと被検物との間に厚さの異なる透明部材を選択的に挿脱させて光路長を変化させる。そして、それら透明部材を回転体などに設けてその挿脱を高速化している。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−３０４０３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この三次元撮像装置では対物レンズと被検物との間に透明部材を挿入するため、対物レンズの作動距離を長く採らなければならない。よって、使用可能な対物レンズは比較的低倍率（例えば５〜１０倍）のものに限定され、回路パターンの集積度が高くなって、測定対象が微細化すると、分解能が不足する。
【０００８】
そこで本発明は、分解能を保ちつつ高さ方向のデータを高速に取得可能な構成の表面形状測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の表面形状測定装置は、被検面に略共役な位置に配置された複数のピンホールを透過した光を、対物レンズを介して被検面に導入する照明光学系と、前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備え、前記ピンホールは、前記被検面からの前記照明光学系および前記受光光学系の光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置され、前記被検面と前記ピンホールとの相対位置を、前記光軸方向と垂直な所定の方向に移動させる走査装置を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の表面形状測定装置は、請求項１に記載の表面形状測定装置において、前記ピンホールは前記光軸に垂直な面に対して傾斜して配置されたピンホール板に形成され、前記走査装置は、少なくとも前記光軸と前記ピンホール板の法線を含む面と前記光軸に垂直な面とが交差する方向に前記相対移動させ、前記ピンホール板と前記被検面とを前記光軸と異なる軸を中心に相対的に回転させる回転装置をさらに設け、前記ピンホール板と前記被検面との相対回転に同期して、前記受光面に焦点位置が傾斜した前記被検面の画像を得ることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の表面形状測定装置は、被検面に略共役な位置に配置された複数のピンホールを透過した光を、対物レンズを介して被検面に導入する照明光学系と、前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備え、前記ピンホールは、前記被検面から光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置した複数のピンホール板にそれぞれ形成され、前記複数のピンホール板は前記光軸と平行な軸を中心に周方向に並んで配置され、前記軸を回転軸として前記複数のピンホール板を前記所定の方向に回転させる回転装置を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項４に記載の表面形状測定装置は、請求項３に記載の表面形状測定装置において、前記ピンホール板に対して前記被検面を回転させる回転装置を設け、前記被検面の回転に同期して前記受光面上に前記被検面の像を受光し、前記ピンホール板の位置に応じて焦点位置の異なる画像を得ることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１、図２、図３、図４を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
表面形状測定装置には、対物レンズ１４を介して被検面１８を照明する照明光学系、及び、被検面１８からの光を対物レンズ１４を介して受光する受光光学系が備えられる。具体的に、照明光学系には、光源１１、コンデンサレンズ１２、ハーフミラー１３、複数のピンホールが形成されたピンホール板１５、対物レンズ１４が順に配置される。また、受光光学系には、対物レンズ１４、ピンホール板１５、ハーフミラー１３、リレーレンズ１６、撮像素子１７が順次配置される。
【００１５】
被検面１８とピンホール板１５とは対物レンズ１４に関し略共役関係にある。また、ピンホール板１５と撮像素子１７とはリレーレンズ１６に関し略共役関係にある。
以上の構成において、光源１１から射出した照明光束は、コンデンサレンズ１２で集光された後ハーフミラー１３で偏向してピンホール板１５上の複数のピンホール１５−０，１５−１，・・・を照明する。
【００１６】
ピンホール１５−０，１５−１，・・・を個別に通過した各照明光は、対物レンズ１４によって、被検面１８或いは被検面１８近傍のＸ方向位置１１−０，１１−１，・・・にそれぞれ集光点を有し、被検面１８のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・にそれぞれ入射する。
【００１７】
Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・それぞれの被検面１８で生じた反射光は、対物レンズ１４に再入射して、ピンホール板１５のピンホール１５−０，１５−１，・・・の位置又はその近傍にそれぞれ集光し、ピンホール１５−０，１５−１，・・・を個別に通過する。
ピンホール１５−０，１５−１，・・・を個別に通過した各光は、ハーフミラー１３を透過してリレー光学系１６により撮像素子１７上の画素１７−０，１７−１，・・・にそれぞれ集光する。
【００１８】
画素１７−０，１７−１，・・・はピンホール１５−０，１５−１，・・・にそれぞれ対応しており、これら画素１７−０，１７−１，・・・の出力から、被検面１８のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・のデータがそれぞれ得られる。
ここで、本実施形態においてピンホール板１５は、角度φだけ傾斜した状態で照明光束に挿入されており、複数のピンホール１５−０，１５−１，・・・の光軸Ｚの方向の位置が互いにずれている。
【００１９】
このような表面形状測定装置では、ピンホール板１５が傾斜しているので、被検面１８上の各微小領域１８−０，１８−１，・・・に個別に入射する照明光の集光点１１−０，１１−１，・・・は、光軸Ｚの方向にずれる。
したがって、撮像素子１７による１回の撮像では、被検面１８上のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・の互いに異なる高さのデータが取得される。
【００２０】
ここで、本実施形態の表面形状測定装置においては、被検面１８上の高さ方向のデータを取得するために、被検面１８を少なくともＸ方向に移動させるステージ１９が表面形状測定装置に備えられる。
ステージ１９が被検面１８をＸ方向に移動させると、被検面１８上では照明光の各集光点１１−０，１１−１，・・・がＸ方向に平行移動する。このとき、被検面１８において、各集光点１１−０，１１−１，・・・の軌跡上の或るＸ方向位置１８−ｉに着目すると、そのＸ方向位置１８−ｉにおける集光点の高さは変化する。
【００２１】
したがって、被検面１８をＸ方向に移動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、各Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・の各高さのデータを取得することができる。
すなわち、ピンホール板１５上の或る座標Ｘ１５に配置されたピンホール１５−ｉは、ピンホール板１５の傾斜角度がφであることから、光軸Ｚの方向にＺ１５＝Ｘ１５・ｔａｎφだけずれている。
【００２２】
さらに、対物レンズ１６の倍率（横倍率）をβとすると、被検面１８上でピンホール１５−ｉに対応するＸ方向位置１８−ｉのＸ座標Ｘ１８は、Ｘ１８＝Ｘ１５／βである。
また、この対物レンズ１６の縦倍率はβ２なので、そのＸ方向位置１８−ｉに入射する照明光の集光点１１−ｉは、光軸Ｚの方向にＺ１８＝Ｚ１５／β２だけずれる。すなわち、光軸Ｚの方向にＺ１８＝Ｘ１５・ｔａｎφ／β２だけずれる。
【００２３】
したがって、撮像素子１７の任意の座標Ｘ１７に配置された画素１７−ｊに入射する光の集光点は、光軸Ｚの方向にβ’・Ｘ１７・ｔａｎφ／β２だけずれる（但し、β’は、リレーレンズ１６の倍率）。
このため、本実施形態の表面形状測定装置では、集光点がずれても各画素１７−０，１７−１，・・・が各光を個別に受光できるよう、その画素サイズは適度に大きく設定されている。
【００２４】
以上、本実施形態の表面形状測定装置では、予めピンホール１５−０，１５−１，・・・の光軸Ｚの方向の位置をずらしているので、被検面１８を光軸Ｚに垂直な方向（ここではＸ方向）に移動させるだけで被検面１８の各Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・の各高さのデータを取得することができる。
一般に、被検面１８を移動させるステージ１９は、その移動方向が光軸Ｚの方向であるときよりも、光軸Ｚに垂直な方向であるときの方が、高速移動が可能である。
【００２５】
なぜなら、対物レンズ１４の重量などを考慮し、対物レンズ１４の光軸Ｚの方向は鉛直方向とされるが、その場合、被検面１８を光軸Ｚの方向に移動させるには、ステージ１９は重力に抗した運動をしなければならない。それに対し、光軸Ｚに垂直な方向に移動させるためには、ステージ１９は重力に抗した運動をする必要が無い。
【００２６】
また、撮像素子１７による撮像の速度は、その駆動タイミングを高速化するだけで十分に高速化可能である。
したがって、本実施形態の表面形状測定装置によれば、高さ方向のデータを高速に取得することができる。
本実施形態の表面形状測定装置において、撮像素子１７はピンホール板１５と共役な位置に配置される。
【００２７】
なお、以上の説明では、被検面１８の高さ方向のデータを離散的に取得することについのみ述べたが、本実施形態の表面形状測定装置には、上述した高さ方向のデータを被検面１８の面方向の各位置について取得するための工夫も施されている。
例えば、ピンホール板１５を回動させる回動機構（符号１５ｂなど）が備えられる。
【００２８】
そして、ピンホール板１５のサイズは、図１及び図２に示すように、照明光束Ｌの断面よりも十分に大きく確保され、照明光束Ｌに挿入されるのは、ピンホール板１５の一部とされる。
また、回動の中心線は、光軸Ｚから外れた位置からピンホール板１５の法線方向に延びる直線である。つまり、ピンホール板１５は、傾斜角度φを保ったままその直線の周りθの方向に回動する。
【００２９】
また、ピンホール板１５の外形を円盤状にすることにより、省スペース化を図ることができる。
そして、複数のピンホール１５−０，１５−１，・・・は、ピンホール板１５の径方向に並べて配置される。
この構成では、回動機構１５ｂがピンホール板１５を周θの方向に回動させると、被検面１８上の照明光の集光点１１−０，１１−１，・・・はそれぞれ周θの方向に移動する。
【００３０】
したがって、ピンホール板１５を周θ方向に回動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、被検面１８の高さ方向のデータを面方向の各位置について取得することができる。
なお、図２では、ピンホールをＸ方向にしか並べていないが、ピンホール板が３６０°あるいは１８０°、１２０°回転したときに被検面の一枚の画像を得られるようにピンホールを配置すれば、被検面１８のデータを効率的に取得できる。
【００３１】
しかも、上記したように本実施形態の表面形状測定装置では、対物レンズ１４と被検面１８との間の距離を保つ必要が無いので、対物レンズ１４として高倍率・高開口数の対物レンズ（倍率１０より高く例えば５０、開口数０．８など）を使用することができる。
したがって、本実施形態の表面形状測定装置によれば、分解能を保つことが可能である。
【００３２】
なお、ピンホール板１５を、その回転軸と光軸Ｚとが僅かに外れる位置にφ°傾けて配置し、光軸Ｚに対してφ°傾いた回転軸で回転させるようにしてもよいことは言うまでもない。
この場合には、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に例示したように、ピンホールの配列を曲線的（例えば螺旋状）にすれば、データの取得効率を高めることができる。また、図３（ｅ）に示すように、ランダムに配置してもよい。因みに、これらの図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）に例示したピンホール板は、ニッポーディスクとも呼ばれている。なお、図３（ａ）（ｃ）（ｄ）では、黒点でピンホールを示し、図３（ｂ）（ｅ）では白丸でピンホールを示した。
【００３３】
なお、ピンホール板１５の形状は円盤状に限らず、図４に示すような矩形状でもよいことは言うまでもない。
また、面方向のデータを取得するためのピンホール板１５の移動は、周θ方向の回動以外に、図４に示すようにＹ方向への平行移動であってもよい。
この場合も、ピンホールの列を、その移動方向（図４の例ではＹ方向）に複数並べれば、データの取得効率を高めることができる（図４の例では点線部）。
【００３４】
また、何れの場合であっても、ピンホール板１５において隣り合うピンホール同士の間隔は、通過光同士が混ざらないよう十分に広く採られる。具体的には、ピンホール同士の間隔は、表面形状測定装置の分解能に相当する距離の約５０倍以上に確保される。
［第２実施形態］
図５、図６を参照して本発明の第２実施形態について説明する。ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００３５】
図５は、本実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
図５において図１に示すものと同じものについては同一の符号を付した。
本実施形態の表面形状測定装置では、第１実施形態の表面形状測定装置と同様、複数のピンホール２５−０，２５−１，・・・がＸ方向（光軸Ｚに垂直な方向）に並べて配置されたピンホール板２５が傾斜配置される。
【００３６】
但し、本実施形態の表面形状測定装置には、ピンホール板２５と同じピンホール板２６が用意され、ピンホール板２５とピンホール板２６とは照明光学系と受光光学系とに個別に配置される。
具体的には、一方のピンホール板２５は照明光学系と受光光学系との分岐点（すなわちハーフミラー１３）の前段に挿入され、他方のピンホール板２６は、分岐点の後段に挿入される。
【００３７】
このとき、ピンホール板２５のピンホール２５−０，２５−１，・・・と、ピンホール板２６のピンホール２６−０，２６−１，・・・とは、互いに共役関係にある。すなわち、ピンホール板２６についても、ピンホール板２５と同様に傾斜配置される。
この構成において、光源１１から射出した照明光束は、コンデンサレンズ１２で集光された後、ピンホール板２５のピンホール２５−０，２５−１，・・・を照明する。
【００３８】
ピンホール２５−０，２５−１，・・・を個別に通過した各照明光は、ハーフミラー１３で偏向され、対物レンズ１４を透過することによって被検面１８又はその近傍にそれぞれ集光点を有し、被検面１８上のＸ方向位置１８−０，１８−１，・・・にそれぞれ入射する。
ここで、各々の前記集光点を結ぶ線は、被検面１８に対しφ／βの角度を有するのは図１と同様である。
【００３９】
Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・のそれぞれで生じた反射光は、対物レンズ１４に再入射し、ハーフミラー１３を透過した後、ピンホール板２６のピンホール２６−０，２６−１，・・・の位置又はその近傍にそれぞれ集光し、ピンホール２６−０，２６−１，・・・を個別に通過する。
ピンホール２６−０，２６−１，・・・を個別に通過した各光は、リレーレンズ１６により撮像素子１７上の各画素１７−０，１７−１，・・・に集光する。
【００４０】
また、本実施形態の表面形状測定装置にも、Ｘ方向に被検面１８を移動させるステージ２９が備えられる。
したがって、被検面１８をＸ方向に移動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、離散的な各Ｘ方向位置１８−０，１８−１，・・・の各高さ方向のデータを取得することができる。
【００４１】
次に、高さ方向のデータを被検面１８の面方向の各位置について取得する方法について説明する。
先ず、本実施形態の表面形状測定装置では、ピンホール板を移動させないよう工夫することにより、ピンホール板２５とピンホール板２６との共役関係を安定して保つことができる。
【００４２】
よって、面方向のデータを取得するに当たり、ステージ２９が利用される。つまり、本実施形態のステージ２９には、光軸Ｚからずれた中心の周りθ方向に被検面１８を回動させる機構が付加される。
そして、本実施形態では、光軸Ｚから僅かに外れた回転軸の周りのθ方向に被検面１８を回動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動することによって、被検面１８の面方向のデータが取得される。
【００４３】
この構成では、可動部がステージ２９のみなので、測定の安定性が期待できる。
また、この場合、ステージ２９は、θ方向に回動する基部とその基部に対して被検面１８をＸ方向、或いはＸ及びＹ方向に走査させる第２の走査機構とを備えることが好ましい。
なお、図６は、本実施形態の表面形状測定装置の変形例である。
【００４４】
この表面形状測定装置では、受光光学系側のピンホール板２６の位置に、複数の受光部３７−０，３７−１，・・・を有した受光素子３７が配置され、リレー光学系１６が省略される。
この受光素子３７の受光部３７−０，３７−１，・・・は、ピンホール板２６のピンホール２６−０，２６−１，・・・と同じ位置に配置される。つまり、受光素子３７の各受光部３７−０，３７−１，・・・は、ピンホール板２５のピンホール２５−０，２５−１，・・・と共役関係にある。また、受光部３７−０，３７−１，・・・のサイズは、ピンホールと略同じである。
【００４５】
この構成では、リレーレンズ１６を要しないので、図５のリレーレンズ１６において発生していた収差の分だけ、測定の高精度化が期待できる。
［第３実施形態］
図７、図８を参照して本発明の第３実施形態について説明する。ここでは、第１実施形態との相違点についてのみ説明する。
【００４６】
図７は、本実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
図７において図１に示すものと同じものについては同一の符号を付した。
本実施形態の表面形状測定装置は、第１実施形態の表面形状測定装置において、ピンホール板１５、及び回動機構１５ｂの代わりに、ピンホール素子４５、及び回動機構４５ｂが備えられ、かつステージ１９が省略されたものである。
【００４７】
図８は、本実施形態のピンホール素子４５を説明する図である。
ピンホール素子４５は、光軸Ｚから外れた位置に、光軸Ｚと平行な直線の周りθの方向に回動可能な回動部材４５−０を有し、かつその回動部材４５−０の側壁に、照明光束Ｌに選択的に挿入すべき複数のピンホール板（例えば、５枚のピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５）を、光軸Ｚの位置をずらしつつ周θの方向に並べて固定したものである。ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５は、例えば、螺旋階段状に配置される。
【００４８】
なお、ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５の各面は、それぞれ光軸Ｚに垂直である。また、ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−４の外形をそれぞれ扇状にすることで、省スペース化を図ることができる。
本実施形態の回動機構４５ｂは、この回動部材４５−０を介してピンホール素子４５を回動させる。
【００４９】
この構成では、回動機構４５ｂがピンホール素子４５を回動させると、照明光束Ｌに挿入されるピンホール板は、ピンホール板４５−１、４５−２、４５−３、４５−４、４５−５、というように順次変化する。
各ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５の光軸Ｚの方向の位置は互いにずれているので、このときに被検面１８上に集光する照明光の集光点も光軸Ｚの方向に順次変化する。
【００５０】
したがって、ピンホール素子４５を回動させると共に、それに同期して撮像素子１７を駆動すれば、被検面１８の高さ方向のデータを取得することができる。なお、以上の説明では、被検面１８の高さ方向のデータを離散的に取得することについてのみ述べたが、本実施形態の表面形状測定装置には、高さ方向のデータを面方向の各位置について取得するための工夫も施されている。
【００５１】
例えば、本実施形態のピンホール素子４５のピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−５の各々は共に、上記した回動動作により被検面１８の画像を一枚ずつ得られるようそれぞれピンホールを配置している。
また、データ取り込み時にピンホール素子４５を固定とし、被検面１８を回動させることとすれば、ピンホール板４５−１，４５−２，４５−３，４５−５のそれぞれにおけるピンホールの配列は、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に例示したように、曲線的（例えば螺旋状）にしたり、ランダムにしたりすることが考えられる。
【００５２】
この場合、ステージは、光軸Ｚから僅かに外れた回転軸の周りのθ方向に回動する基部と、その基部に対して被検面をＸ方向、或いはＸ及びＹ方向に走査させる第２の走査機構を備えることが好ましい。
［その他］
上記第１実施形態では、高さ方向のデータを取得する際、被検面１８をＸ方向に移動させているが、ピンホール１５をＸ方向に移動させてもよい。但し、被検面１８を移動させる方が、より安定した移動が図られる。
【００５３】
また、その移動方向は、Ｘ方向だけでなく、Ｘ及びＹ方向としてもよいことは言うまでもない。
また、第１実施形態、第２実施形態では、光軸Ｚの方向の位置のずれた複数のピンホールの配置方向が直線的である場合を主に説明したが、それらピンホールの配置方向は、曲線的であってもよい。被検面とピンホールとの相対移動の方向が、ピンホールの配置方向と同じであれば、高さ方向のデータを取得することができる。
【００５４】
また、第３実施形態では、ピンホール板を螺旋階段状に構成すると共にピンホール素子を回動させたが、ピンホール板を階段状に構成すると共に、ピンホール素子を平行移動させてもよい。但し、平行移動よりも回動させた方が安定した測定が可能である。
また、第３実施形態では、ピンホール板を高さ順に設けたが、高さ順に設けていなくてもよいことはいうまでもない。
【００５５】
また、本発明の表面形状測定装置において面方向のデータを取得する方法については、上記したものに限らず、共焦点顕微鏡に適用されうる各種の方法の何れかを適用することができる。
但し、第２実施形態、第３実施形態においては、上記したように、面方向のデータを取得するための移動機構に、高さ方向のデータを取得するための移動機構を兼用することで、省スペース化や測定の安定を図ることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、分解能を保ちつつ高さ方向のデータを高速に取得可能な構成の表面形状測定装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、第１実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
【図２】第１実施形態において面方向のデータを取得する方法を説明する図である。
【図３】ピンホールの配列のバリエーションを示す図である。
【図４】ピンホールの移動方向のバリエーションを示す図である。
【図５】第２実施形態の表面形状測定装置の構成図である。
【図６】第２実施形態の表面形状測定装置の変形例である。
【図７】第３実施形態の表面形状測定装置の変形例である。
【図８】第３実施形態のピンホール素子４５を説明する図である。
【符号の説明】
１１ 光源
１２ コンデンサレンズ
１３ ハーフミラー
１４ 対物レンズ
１５，２５，２６ ピンホール板
１５ｂ，４５ｂ 回動機構
１６ リレーレンズ
１７ 撮像素子
１８ 被検面
１９，２９ ステージ
３７ 受光素子
４５ ピンホール素子
４５−１，４５−２，４５−３，４５−４，４５−５ ピンホール板
Claims (4)
- 被検面に略共役な位置に配置された複数のピンホールを透過した光を、対物レンズを介して被検面に導入する照明光学系と、
前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備え、
前記ピンホールは、前記被検面からの前記照明光学系および前記受光光学系の光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置され、
前記被検面と前記ピンホールとの相対位置を、前記光軸方向と垂直な所定の方向に移動させる走査装置を備えた
ことを特徴とする表面形状測定装置。 - 請求項１に記載の表面形状測定装置において、
前記ピンホールは前記光軸に垂直な面に対して傾斜して配置されたピンホール板に形成され、
前記走査装置は、少なくとも前記光軸と前記ピンホール板の法線を含む面と前記光軸に垂直な面とが交差する方向に前記相対移動させ、
前記ピンホール板と前記被検面とを前記光軸と異なる軸を中心に相対的に回転させる回転装置をさらに設け、
前記ピンホール板と前記被検面との相対回転に同期して、前記受光面に焦点位置が傾斜した前記被検面の画像を得る
ことを特徴とする表面形状測定装置。 - 被検面に略共役な位置に配置された複数のピンホールを透過した光を、対物レンズを介して被検面に導入する照明光学系と、
前記被検面からの反射光を前記対物レンズで集光し、前記複数のピンホールまたは前記複数のピンホールと共役位置にある複数のピンホールを介して、前記複数のピンホールと共役な位置にある受光面で受光して前記受光面に前記被検面の画像を形成する受光光学系とを備え、
前記ピンホールは、前記被検面から光軸方向の高さが互いに異なる位置に配置された複数のピンホール板にそれぞれ形成され、
前記複数のピンホール板は前記光軸と平行な軸を中心に周方向に並んで配置され、
前記軸を回転軸として前記複数のピンホール板を前記所定の方向に回転させる回転装置を備える
ことを特徴とする表面形状測定装置。 - 請求項３に記載の表面形状測定装置において、
前記ピンホール板に対して前記被検面を回転させる回転装置を設け、
前記被検面の回転に同期して前記受光面上に前記被検面の像を受光し、
前記ピンホール板の位置に応じて焦点位置の異なる画像を得る
ことを特徴とする表面形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003001865A JP2004212316A (ja) | 2003-01-08 | 2003-01-08 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003001865A JP2004212316A (ja) | 2003-01-08 | 2003-01-08 | 表面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004212316A true JP2004212316A (ja) | 2004-07-29 |
Family
ID=32819776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003001865A Pending JP2004212316A (ja) | 2003-01-08 | 2003-01-08 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004212316A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009031169A (ja) * | 2007-07-28 | 2009-02-12 | Nikon Corp | 位置検出装置、露光装置、及びデバイスの製造方法 |
| JP2013007645A (ja) * | 2011-06-24 | 2013-01-10 | Nikon Corp | 測定装置、形状測定装置、形状測定方法、及び構造物の製造方法 |
| CN103932682A (zh) * | 2014-05-07 | 2014-07-23 | 中国计量科学研究院 | 一种用于oct设备成像性能评价的三维分辨率板及其使用方法 |
| WO2016092674A1 (ja) * | 2014-12-11 | 2016-06-16 | オリンパス株式会社 | 観察システム、光学部品、及び観察方法 |
-
2003
- 2003-01-08 JP JP2003001865A patent/JP2004212316A/ja active Pending
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| JPWO2016092674A1 (ja) * | 2014-12-11 | 2017-10-05 | オリンパス株式会社 | 観察システム、光学部品、及び観察方法 |
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