JP2008046362A - Optical device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical device capable of rapidly switching an image obtained by an optical system to a confocal image and a transmitted image. <P>SOLUTION: The optical device 1 includes: an illuminating light source 21 to emit illuminating light; the optical system 3 to radiate the illuminating light to a specimen so as to obtain an image by reflected light from the specimen; a disk 40 provided on the optical path of the optical system and rotated on a plane orthogonal to an optical axis; and a switching controller 50. A pinhole area where the illuminating light is transmitted through a confocal pinhole and a transmission area where the illuminating light is transmitted as it is are formed to be divided in an angle direction on the disk 40. The switching controller 50 switches a mode to a transmission mode in which the transmitted image is obtained by transmitting the reflected light through the transmission area, and a confocal mode in which the confocal image is obtained through the confocal pinhole formed in the pinhole area. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、光学系で得られる像を、共焦点用微小開口を介した共焦点像と共焦点用微小開口を介さない明視野像とに切り換えて観測する光学装置に関する。   The present invention relates to an optical apparatus for observing an image obtained by an optical system by switching between a confocal image through a confocal microscopic aperture and a bright field image not through the confocal microscopic aperture.

上記のように、光学系で得られる像を切り換えて観測する光学装置として、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表面性状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。これらの検査装置では、共焦点ピンホールを介さない明視野像で被検物の対象部位を探し、共焦点ピンホールを介した共焦点像で精度の高い高さ測定を行うといった、明視野像/共焦点像の観測モードの切り換えを行うのが一般的である。観測モードの切り換えは、共焦点ピンホールが形成されたピンホールディスク(ニッポウディスクとも称される)を光路に挿抜する構成や、光路を切り換えるミラーを挿抜する構成などが実現されている(例えば、特許文献1を参照)。   As described above, as an optical apparatus for switching and observing an image obtained by an optical system, for example, a confocal microscope or an area height for inspecting surface properties of a semiconductor wafer substrate, an integrated device (IC), a liquid crystal display panel, or the like. There are inspection devices such as measuring machines. In these inspection devices, the bright field image is such that the target part of the object to be examined is searched for in the bright field image without using the confocal pinhole, and the height is measured with high accuracy by using the confocal image through the confocal pinhole. / Generally, the confocal image observation mode is switched. The switching of the observation mode is realized by a configuration in which a pinhole disc (also referred to as a “Nippou disc”) in which a confocal pinhole is formed is inserted into or extracted from the optical path, or a configuration in which a mirror that switches the optical path is inserted or extracted (for example, (See Patent Document 1).

特開2005−337935号公報JP 2005-337935 A

しかしながら、ピンホールディスクや光路切り換え用ミラー等の光学部品は、ある程度の慣性を有するため、移動・位置決めに時間がかかり、結果として観測モードの切換時間が長くなるという問題がある。また、これらの方法ではピンホールディスクやミラーを光軸に対して移動させるため再現性や測定精度の面で課題があった。   However, since optical parts such as a pinhole disk and an optical path switching mirror have a certain degree of inertia, it takes time to move and position, resulting in a problem that the observation mode switching time becomes long. In addition, these methods have problems in terms of reproducibility and measurement accuracy because the pinhole disk and mirror are moved with respect to the optical axis.

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、光学系で得られる像を、共焦点像と明視野像とに迅速に切り換え可能な光学装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical device capable of quickly switching an image obtained by an optical system between a confocal image and a bright field image. .

上記目的達成のため、請求項1に係る発明は、照明光を出射する照明光源と、照明光を被検物に照射し被検物からの反射光により像を得る光学系と、光学系の光路に設けられ光軸と直交する面内で回転されるディスクとを備え、ディスクは、照明光を共焦点用微小開口を介して透過させる微小開口領域と照明光を均一に透過させる透過領域とが角度方向に分割して形成されており、反射光を透過領域を透過させて明視野像を得る透過モードと、反射光を微小開口領域に形成された共焦点用微小開口を介して透過させて共焦点像を得る共焦点モードとに切り換える切換制御装置を備えて光学装置を構成する。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to an illumination light source that emits illumination light, an optical system that irradiates the object with illumination light and obtains an image by reflected light from the object, A disk provided in the optical path and rotated in a plane orthogonal to the optical axis, the disk having a micro aperture area that transmits the illumination light through the confocal micro aperture and a transmission area that transmits the illumination light uniformly. Are divided in the angular direction, and the reflected light is transmitted through the transmission region to obtain a bright field image, and the reflected light is transmitted through the confocal micro aperture formed in the micro aperture region. Thus, an optical device is configured with a switching control device that switches to a confocal mode for obtaining a confocal image.

請求項2に係る発明は、請求項1の光学装置において、切換制御装置は、ディスクに照射される照明光の照射タイミングを制御するように構成されることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the optical device of the first aspect, the switching control device is configured to control the irradiation timing of the illumination light irradiated to the disk.

請求項3に係る発明は、請求項1の光学装置において、照明光源は発光素子であり、切換制御装置は、発光素子の発光タイミングを制御するように構成されることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the optical device of the first aspect, the illumination light source is a light emitting element, and the switching control device is configured to control the light emission timing of the light emitting element.

本発明によれば、光学系で得られる像を、共焦点像と明視野像とに迅速に切り換え可能な光学装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an optical device that can quickly switch an image obtained by an optical system between a confocal image and a bright field image.

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装置の一例として、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 apparatus 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、基台となるベース部11と、このベース部11に上下方向(Z軸方向)に移動可能に取り付けられた鏡筒部12と、鏡筒部12の下側に位置してベース11に取り付けられテーブルを水平面内で直交二方向(X軸及びY軸方向)に移動可能なステージ13、及び検査装置1の各部の作動を制御する制御装置5などからなり、ベース部11と鏡筒部12との間にはベース部11に対する鏡筒部12のZ軸方向の高さ位置を検出するリニアスケール15が取り付けられている。ベース部11には、観測モードを選択するモードセレクタ16が設けられている。   The inspection device 1 is positioned below the lens barrel unit 12, a base unit 11 serving as a base, a lens barrel unit 12 attached to the base unit 11 so as to be movable in the vertical direction (Z-axis direction). The stage 11 is attached to the base 11 and can move the table in two orthogonal directions (X-axis and Y-axis directions) in a horizontal plane, and the control device 5 that controls the operation of each part of the inspection apparatus 1. A linear scale 15 for detecting the height position of the lens barrel portion 12 in the Z-axis direction with respect to the base portion 11 is attached between the lens barrel portion 12 and the lens barrel portion 12. The base unit 11 is provided with a mode selector 16 that selects an observation mode.

鏡筒部12の内部に、照明光を出射する照明光学系2、照明光を被検物8に照射し被検物8からの反射光により被検物8の像を得る共焦点光学系3、共焦点光学系3の光路のひとつの共焦点を含む面に設けられてディスク40を回転させるディスクユニット4等が設けられている。   An illumination optical system 2 that emits illumination light inside the lens barrel 12, and a confocal optical system 3 that irradiates the test object 8 with illumination light and obtains an image of the test object 8 by reflected light from the test object 8. In addition, a disk unit 4 or the like that is provided on a surface including one confocal point in the optical path of the confocal optical system 3 and rotates the disk 40 is provided.

照明光学系2は、共焦点光学系3の側方に位置し、第1ハーフミラー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、例えば白色若しくは単色の発光ダイオード(LED)やレーザダイオード(LD)などのように、比較的高速で照明光のON/OFF制御を行うことができる発光素子が用いられ、後に詳述する切換制御部50によって発光作動が制御される。   The illumination optical system 2 includes a condenser lens 22 and an illumination light source 21 on an optical axis that is located on the side of the confocal optical system 3 and extends laterally from the first half mirror 23. As the illumination light source 21, for example, a light emitting element capable of ON / OFF control of illumination light at a relatively high speed, such as a white or monochromatic light emitting diode (LED) or a laser diode (LD), is used. The light emission operation is controlled by the switching control unit 50 described below.

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、対物レンズ32、ディスク40、第1ハーフミラー23、結像レンズ33、第2ハーフミラー34、及び撮像素子35を有し、第2ハーフミラー34から側方に延びる光軸上に接眼レンズ38などから構成される。撮像素子35は、例えば、CCDやCMOSなどの二次元の光電素子を用いることができ、結像レンズ33の像面に配設される。被検物8はステージ13に載置され、ステージ13をX−Y方向に移動させることで、観測対象部位が視野内に導入される。照明光源21から出射された光線はコンデンサレンズ22及び第1ハーフミラー23を介してディスク40上の視野範囲と共役な範囲を照明(ケラー照明)する。   The confocal optical system 3 is arranged on the optical axis extending upward from the test object 8, and the objective lens 32, the disk 40, the first half mirror 23, the imaging lens 33, the second half mirror 34, and the image sensor 35. And an eyepiece 38 on an optical axis extending laterally from the second half mirror 34. For example, a two-dimensional photoelectric element such as a CCD or a CMOS can be used as the imaging element 35 and is disposed on the image plane of the imaging lens 33. The test object 8 is placed on the stage 13, and the observation target region is introduced into the field of view by moving the stage 13 in the XY direction. The light beam emitted from the illumination light source 21 illuminates a range conjugate with the visual field range on the disk 40 via the condenser lens 22 and the first half mirror 23 (Keller illumination).

ディスクユニット4は、薄い円盤状のディスク40と、このディスク40の中心にモータシャフトが固定されてディスク40を回転駆動するモータ45、及びモータシャフトの回転角度位置を検出することでディスク40の回転角度位置を検出するエンコーダ46などから構成される。なおフォトインタラプタ等によりディスク40の回転角度位置を直接検出するように構成しても良い。ディスク40は、第1ハーフミラー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。   The disk unit 4 includes a thin disk-shaped disk 40, a motor 45 having a motor shaft fixed to the center of the disk 40, a motor 45 that rotates the disk 40, and a rotation angle position of the motor shaft. The encoder 46 is configured to detect an angular position. The rotational angle position of the disk 40 may be directly detected by a photo interrupter or the like. The disk 40 is arranged orthogonal to the optical axis of the confocal optical system 3 so as to block the illumination light reflected by the first half mirror 23.

ここで、ディスク40は、基本的には、反射防止処理が施された遮光性のディスク面に、共焦点効果を得る条件に合致した直径の光透過性の共焦点ピンホールが、多数列の螺旋状に並んで形成された、ニッポウディスク(Nipknow-Disk)と称されるピンホールディスクと同様の機能を備えた円盤である。但し、このディスク40は、従来のピンホールディスクのようにディスク面全体に共焦点ピンホールを形成するのではなく、遮光性の薄膜に共焦点ピンホールを形成したピンホール領域と、遮光性の薄膜を形成することなく光をそのまま透過させる透過領域とを、角度方向に分割して形成している。またピンホールは円には限られず、楕円であっても良い。   Here, the disk 40 is basically a light-shielding disk surface that has been subjected to antireflection treatment, and a plurality of rows of light-transmitting confocal pinholes having a diameter that meets the conditions for obtaining the confocal effect. It is a disk having the same function as a pinhole disk called a “Nipknow-Disk” formed in a spiral. However, this disk 40 does not form a confocal pinhole on the entire disk surface like a conventional pinhole disk, but a pinhole region in which a confocal pinhole is formed on a light-shielding thin film, and a light-shielding film. A transmission region that transmits light as it is without forming a thin film is formed by being divided in the angular direction. The pinhole is not limited to a circle but may be an ellipse.

図2(a),(b)は、このディスク40の構成形態を例示した構成例であり、いずれも、ディスク面に、遮光膜及び多数の共焦点ピンホールが形成されたピンホール領域42と、遮光膜が無くそのまま光を透過させる透過領域43とが、角度方向に分割して形成されている。なお、透過領域43は光を均一に透過させれば良く、透明材料を配置することができる。また透過領域43に何も部材を配置しない空間としても良い。   FIGS. 2A and 2B are configuration examples illustrating the configuration of the disk 40, both of which include a pinhole region 42 in which a light shielding film and a number of confocal pinholes are formed on the disk surface. A transmission region 43 that does not have a light shielding film and transmits light as it is is formed by being divided in the angular direction. The transmissive region 43 only needs to transmit light uniformly, and a transparent material can be disposed. Moreover, it is good also as a space which does not arrange | position any member in the transmissive area | region 43.

このうち、図2(a)に示す構成形態のディスク40(A)は、ピンホール領域42と透過領域43との分割を、ディスクの中心から半径方向に延びる直線状に角度分割した構成例である。このような構成によれば角度分割を単純化できる。一方、図2(b)に示す構成形態のディスク40(B)は、ピンホール領域42と透過領域43との分割を、共焦点ピンホールの形成パターンに合わせて螺旋状に角度分割した構成例である。この構成は、共焦点ピンホールの配列に沿って領域を分割するため、撮像素子35により撮影された画像データから共焦点画像を生成する際の処理を容易化することができる。なお、いずれの分割形態においても、ディスク40の回転に伴い、共焦点光学系3の光路上において、ピンホール領域42と透過領域43とが分割角度に応じた一定比率で得られ、物理的な意義は等価である。   Of these, the disc 40 (A) having the configuration shown in FIG. 2A is a configuration example in which the division of the pinhole region 42 and the transmission region 43 is angularly divided into straight lines extending in the radial direction from the center of the disc. is there. According to such a configuration, angle division can be simplified. On the other hand, the disc 40 (B) having the configuration shown in FIG. 2B is a configuration example in which the division of the pinhole region 42 and the transmission region 43 is angularly divided in a spiral manner according to the confocal pinhole formation pattern. It is. Since this configuration divides the region along the array of confocal pinholes, it is possible to facilitate processing when generating a confocal image from image data captured by the image sensor 35. In any of the division forms, as the disk 40 rotates, the pinhole region 42 and the transmission region 43 are obtained at a constant ratio according to the division angle on the optical path of the confocal optical system 3, and are physically Significance is equivalent.

ディスク40の上面には、ピンホール領域42及び透過領域43を含む全面に反射防止膜が製膜されており、ディスク上面での反射を抑制し、反射光が結像レンズ33に到達しにくい構成になっている。なお、第1ハーフミラー23に代えて偏光ビームスプリッタを用いるとともに、ディスク40と被検物8との間の光路中に1/4λ板を設け、ディスク上面での反射光が偏光ビームスプリッタで反射されるように構成しても良い。   An antireflection film is formed on the entire surface including the pinhole region 42 and the transmission region 43 on the upper surface of the disk 40 to suppress reflection on the upper surface of the disk and make it difficult for reflected light to reach the imaging lens 33. It has become. A polarizing beam splitter is used in place of the first half mirror 23, and a 1 / 4λ plate is provided in the optical path between the disk 40 and the test object 8, and the reflected light from the upper surface of the disk is reflected by the polarizing beam splitter. It may be configured as described above.

ディスク40は、モータ45により回転駆動される。モータ45の回転速度は、共焦点光学系3の光路上におけるディスク40の周速度が、接眼レンズ38を通して観察する人間の瞳の応答よりも十分に早く、撮像素子35の蓄積時間に対して共焦点ピンホールの視野スキャンムラにならない回転速度に設定される。なお、ディスク40の近傍には透過領域43と同形状の開口絞り(不図示)が固定されており、開口絞りはディスクが回転しても不動となっている。   The disk 40 is rotationally driven by a motor 45. The rotational speed of the motor 45 is such that the peripheral speed of the disk 40 on the optical path of the confocal optical system 3 is sufficiently faster than the response of the human pupil observing through the eyepiece 38, and the rotation speed of the image sensor 35 is shared. The rotation speed is set so as not to cause unevenness in the field of view of the focus pinhole. An aperture stop (not shown) having the same shape as that of the transmission region 43 is fixed in the vicinity of the disk 40, and the aperture stop does not move even when the disk rotates.

ここで、共焦点光学系3の光路上にピンホール領域42が位置するときには、照明光源21からコンデンサレンズ22及び第1ハーフミラー23を介してディスク40に照射された照明光のうち、共焦点ピンホールを通過した光が、対物レンズ32を介してステージ13に載置された被検物8に共焦点ピンホールの像として集光照射される。   Here, when the pinhole region 42 is located on the optical path of the confocal optical system 3, the confocal light out of the illumination light irradiated from the illumination light source 21 through the condenser lens 22 and the first half mirror 23 to the disk 40. The light that has passed through the pinhole is condensed and irradiated as an image of a confocal pinhole onto the test object 8 placed on the stage 13 via the objective lens 32.

被検物8に集光照射された共焦点ピンホールの像は、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32に入射し、この対物レンズ32により集光されてディスク40の下面に被検物8の像をつくる。このとき、物体面Oが対物レンズ32の焦点面の高さ位置にある場合には、反射光がディスク下面に結像して反射光のほぼ全量が共焦点ピンホールを通過するが、物体面Oが対物レンズ32の焦点面の高さ位置にない場合には、反射光がディスク下面に結像せず、ほとんど共焦点ピンホールを通過することができない。   The confocal pinhole image 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 32 again. An image of the test object 8 is formed on the lower surface of the disk 40 by being condensed by the beam 32. At this time, when the object plane O is at the height position of the focal plane of the objective lens 32, the reflected light forms an image on the lower surface of the disk and almost all of the reflected light passes through the confocal pinhole. When O is not at the height of the focal plane of the objective lens 32, the reflected light does not form an image on the lower surface of the disk, and hardly passes through the confocal pinhole.

ディスク40はモータ45により回転されているため、各共焦点ピンホールを通過した照明光がスポット光として被検物8の表面をスキャンすることになり、被検物8の表面全体について、焦点面と物体面とが一致した部位の反射光のみが共焦点ピンホールを通過して第1ハーフミラーに向かう。こうしてピンホール領域42の共焦点ピンホールを通過した反射光を、以下では便宜的に「通過光」という。   Since the disk 40 is rotated by the motor 45, the illumination light that has passed through each confocal pinhole scans the surface of the test object 8 as spot light. Only the reflected light at the part where the object plane coincides with the object plane passes through the confocal pinhole and goes to the first half mirror. The reflected light that has passed through the confocal pinhole in the pinhole region 42 is hereinafter referred to as “passed light” for convenience.

共焦点ピンホールを通過した通過光は、第1ハーフミラー23、結像レンズ33、第2ハーフミラー34を介して撮像素子35に到達し、第2ハーフミラー34から接眼レンズ38を介して瞳に到達して、それぞれ被検物8の像、すなわち共焦点像が得られる。   The passing light that has passed through the confocal pinhole reaches the image sensor 35 via the first half mirror 23, the imaging lens 33, and the second half mirror 34, and the pupil passes through the eyepiece 38 from the second half mirror 34. To obtain an image of the test object 8, that is, a confocal image.

一方、透過領域43が光路上に位置するときには、ディスク40に照射された照明光が、透過領域43を透過して対物レンズ32により集光され、ステージ13に載置された被検物8に照射される。被検物8で反射された反射光は対物レンズ32で集光され、ディスク40の下面に被検物8の像をつくる。このとき、物体面Oが対物レンズ32の焦点面の高さ位置にある場合と、そうでない場合とがあるが、透過領域43には共焦点ピンホールが形成されていないため、反射光全体が透過領域を透過して第1ハーフミラー23に向かう。このように透過領域43を透過した反射光を、上記「通過光」と対比して「透過光」という。   On the other hand, when the transmission region 43 is located on the optical path, the illumination light irradiated on the disk 40 passes through the transmission region 43 and is collected by the objective lens 32 and is applied to the test object 8 placed on the stage 13. Irradiated. The reflected light reflected by the test object 8 is collected by the objective lens 32 and forms an image of the test object 8 on the lower surface of the disk 40. At this time, the object plane O may or may not be at the height of the focal plane of the objective lens 32. However, since no confocal pinhole is formed in the transmission region 43, the entire reflected light is The light passes through the transmission region and travels toward the first half mirror 23. The reflected light transmitted through the transmission region 43 in this way is referred to as “transmitted light” in contrast to the “passed light”.

透過領域43を透過した透過光は、第1ハーフミラー23、結像レンズ33、第2ハーフミラー34を介して撮像素子35に到達し、第2ハーフミラー34から接眼レンズ38を介して瞳に到達して、それぞれ被検物8の像が得られる。このように透過光によって得られる像を、以下便宜的に「明視野像」という。   The transmitted light that has passed through the transmission region 43 reaches the image sensor 35 via the first half mirror 23, the imaging lens 33, and the second half mirror 34, and reaches the pupil from the second half mirror 34 via the eyepiece 38. The images of the test object 8 are obtained respectively. The image obtained by the transmitted light in this way is hereinafter referred to as a “bright field image” for convenience.

制御装置5に設けられた切換制御装置50は、共焦点光学系3において得られる像を、モードセレクタ16において選択された観測モードに応じて、明視野像を得る透過モード(BF)と、共焦点像を得る共焦点モード(CF)とに切り換える制御装置である。   The switching control device 50 provided in the control device 5 combines the image obtained in the confocal optical system 3 with a transmission mode (BF) for obtaining a bright field image according to the observation mode selected in the mode selector 16. This is a control device for switching to a confocal mode (CF) for obtaining a focus image.

図3は、切換制御装置50の構成を示すブロック図であり、共焦点光学系3の光路上に位置するディスク40の領域を判定する領域判定部52と、照明光学系2の作動を制御する照明制御部55とから構成される。切換制御装置50には、エンコーダ46からディスク40の回転角度位置の信号が入力されており、領域判定部52は、入力される回転角度位置信号から、共焦点光学系3の光路上に位置する領域がピンホール領域42であるか透過領域43であるかを判定する。   FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the switching control device 50, and controls the operation of the area determination unit 52 that determines the area of the disk 40 located on the optical path of the confocal optical system 3 and the illumination optical system 2. It is comprised from the illumination control part 55. FIG. A signal of the rotational angle position of the disk 40 is input from the encoder 46 to the switching control device 50, and the region determination unit 52 is positioned on the optical path of the confocal optical system 3 from the input rotational angle position signal. It is determined whether the area is the pinhole area 42 or the transmission area 43.

切換制御装置50には、観測モードを切り換えるモードセレクタ16から観測モードの選択信号が入力されおり、切換制御装置50は、モードセレクタ16から入力される選択信号に基づいて、共焦点光学系3において得られる像が、選択された観測モードの像になるように照明光源21の作動を制御する。   The switching control device 50 receives an observation mode selection signal from the mode selector 16 that switches the observation mode. The switching control device 50 receives the selection signal input from the mode selector 16 in the confocal optical system 3. The operation of the illumination light source 21 is controlled so that the obtained image becomes an image of the selected observation mode.

例えば、モードセレクタ16において透過モードBFが選択され、その選択信号が入力されるている場合に、領域判定部52は、エンコーダ46から入力される回転角度位置の信号から、透過領域43が共焦点光学系3の光路上にある角度範囲の間だけ、照明制御部55に照明指令信号を出力する。照明制御部55は照明指令信号が入力されているときに照明光源21に電力を供給して照明光を出射させる。すなわち、共焦点光学系3の光路上に透過領域43がある間だけ照明光源21から照明光が出射されディスク40に照射される。ディスク40はモータ45により回転されており、共焦点光学系3の光路上を透過領域43が通過するタイミングに合わせて照明光源21の発光が同期制御される。従って、透過モードBFでは共焦点光学系3において明視野像のみが間欠的に得られる。   For example, when the transmission mode BF is selected in the mode selector 16 and the selection signal is input, the region determination unit 52 determines that the transmission region 43 is confocal from the rotation angle position signal input from the encoder 46. An illumination command signal is output to the illumination control unit 55 only during an angle range on the optical path of the optical system 3. The illumination controller 55 supplies power to the illumination light source 21 to emit illumination light when an illumination command signal is input. That is, the illumination light is emitted from the illumination light source 21 and applied to the disk 40 only while the transmission region 43 is on the optical path of the confocal optical system 3. The disk 40 is rotated by a motor 45, and the light emission of the illumination light source 21 is synchronously controlled in accordance with the timing when the transmission region 43 passes on the optical path of the confocal optical system 3. Therefore, in the transmission mode BF, only the bright field image is intermittently obtained in the confocal optical system 3.

一方、モードセレクタ16において共焦点モードCFが選択され、その選択信号が入力されるている場合には、領域判定部52は、エンコーダ46から入力される回転角度位置の信号から、ピンホール領域42が共焦点光学系3の光路上にある角度範囲の間だけ、照明制御部55に照明指令信号を出力し、照明制御部55は照明指令信号が入力されているときに照明光源21に電力を供給して照明光を出射させる。すなわち、共焦点光学系3の光路上にピンホール領域43がある間だけ照明光源21から照明光が出射されてディスク40に照射され、ディスク40の回転により共焦点光学系3の光路上をピンホール領域43が通過するタイミングに合わせて照明光源21の発光が同期制御される。従って、共焦点モードCFでは共焦点光学系3において共焦点像のみが間欠的に得られる。   On the other hand, when the confocal mode CF is selected in the mode selector 16 and the selection signal is input, the area determination unit 52 determines the pinhole area 42 from the rotation angle position signal input from the encoder 46. Outputs an illumination command signal to the illumination controller 55 only during an angular range on the optical path of the confocal optical system 3, and the illumination controller 55 supplies power to the illumination light source 21 when the illumination command signal is input. Supply and emit illumination light. That is, illumination light is emitted from the illumination light source 21 and irradiated onto the disk 40 only while the pinhole region 43 is on the optical path of the confocal optical system 3, and the optical path of the confocal optical system 3 is pinned by the rotation of the disk 40. The light emission of the illumination light source 21 is synchronously controlled in accordance with the timing when the hole area 43 passes. Therefore, only the confocal image is intermittently obtained in the confocal optical system 3 in the confocal mode CF.

ここで、前述したように、モータ45の回転速度は、光路上におけるディスク40の周速度が、撮像素子35の蓄積時間や人間の瞳の応答速度よりも速く、照明光源21の明滅速度も同様に高速である。このため、撮像素子35や人間の瞳が認識する像は、明滅を繰り返す間欠像ではなく一定量照明された像となり、モードセレクタ16において選択したモードに対応した明視野像若しくは共焦点像である。   Here, as described above, the rotational speed of the motor 45 is such that the peripheral speed of the disk 40 on the optical path is faster than the accumulation time of the image sensor 35 and the response speed of the human pupil, and the blinking speed of the illumination light source 21 is the same. Is fast. For this reason, the image recognized by the image sensor 35 or the human pupil is not an intermittent image that repeatedly blinks but an image illuminated by a certain amount, and is a bright field image or a confocal image corresponding to the mode selected by the mode selector 16. .

従って、目的に応じて観察モードを切り換えることにより、共焦点光学系3で明視野像または共焦点像を得ることができる。そして、共焦点モードCFにおいて、ベース部11に対して鏡筒部12を昇降移動して被検物8に対する共焦点光学系3の焦点位置を移動させ、各高さ位置で取得した画像データ(高さ情報)を処理することにより、被検物8の各部の高さや三次元形状の測定を行うことができる。なお、このような共焦点モードにおける処理及び測定については、既に公知の種々の方法を適用することができるため、本明細書においては説明を省略する。   Therefore, a bright field image or a confocal image can be obtained by the confocal optical system 3 by switching the observation mode according to the purpose. In the confocal mode CF, the lens barrel portion 12 is moved up and down relative to the base portion 11 to move the focal position of the confocal optical system 3 with respect to the test object 8, and image data ( By processing the height information, the height and three-dimensional shape of each part of the test object 8 can be measured. In addition, about the process and measurement in such a confocal mode, since a well-known various method can be applied, description is abbreviate | omitted in this specification.

このように、検査装置1によれば、共焦点光学系3において得られる像を、明視野像と共焦点像とに切り換えて得ることができる。そして、この明視野像または共焦点像の選択設定が、照明光源21の発光タイミングを制御する構成のため瞬時に切り換えることができ、迅速な観測モードの切り換えを実現することができる。   Thus, according to the inspection apparatus 1, the image obtained in the confocal optical system 3 can be obtained by switching between the bright field image and the confocal image. Then, the selection setting of the bright field image or the confocal image can be switched instantaneously because of the configuration for controlling the light emission timing of the illumination light source 21, and the rapid switching of the observation mode can be realized.

また、ピンホール領域42と透過領域43とが形成されたディスク40において、明視野像を得るために共焦点光学系3の光路中に透過領域43を停止させることなく、回転させながら時分割により取得する構成により、観測モード切り換えの迅速性を確保することができる。また透過領域43が光路を横切って移動するため透過領域43の角度幅を視野領域よりも狭くすることができ、ピンホール領域の面積を拡大して共焦点像の取得感度を向上させることができる。さらに、透過領域43が移動することから、透過領域43の一部に傷や異物の付着等が生じた場合でも、その影響を緩和することができ、観測不能になるようなことがない。   Further, in the disk 40 in which the pinhole region 42 and the transmission region 43 are formed, time division is performed while rotating the transmission region 43 without stopping the transmission region 43 in the optical path of the confocal optical system 3 in order to obtain a bright field image. The speed of observation mode switching can be ensured by the acquired configuration. Further, since the transmissive region 43 moves across the optical path, the angular width of the transmissive region 43 can be made narrower than that of the visual field region, and the area of the pinhole region can be enlarged to improve the confocal image acquisition sensitivity. . In addition, since the transmissive region 43 moves, even if a flaw or a foreign substance adheres to a part of the transmissive region 43, the influence can be mitigated and the observation is not disabled.

なお、以上では照明光源21として、発光ダイオードやレーザダイオードのような、高速でON/OFF制御が可能な発光素子を用い、切換制御装置50(照明制御部55)において、ディスク40の回転角度位置に合わせて照明光源21の発光タイミングを制御するように構成した実施形態を例示した。しかし、本発明は、ディスク40に照射される照明光の照射タイミングを制御可能であれば良く、例えば、光源21と第1ハーフミラー23との間の照明光学系2に光路を開閉するシャッタ、例えば液晶シャッタや、音響光学変調器(AOM)若しくは電気工学変調器(EOM)等を利用した光路切換によるシャッタを設け、このシャッタをディスク40の回転角度位置に合わせて照明制御部55で制御するように構成しても良い。このような構成によれば、ハロゲンランプやメタルハライドランプ等の高輝度の連続発光光源を用いることができ、高速に高鮮明な像を得る検査装置を得ることができる。   In the above, a light emitting element capable of ON / OFF control at high speed, such as a light emitting diode or a laser diode, is used as the illumination light source 21, and the rotation angle position of the disk 40 in the switching control device 50 (illumination control unit 55). The embodiment configured to control the light emission timing of the illumination light source 21 according to the above is illustrated. However, the present invention only needs to be able to control the irradiation timing of the illumination light applied to the disk 40. For example, a shutter that opens and closes an optical path in the illumination optical system 2 between the light source 21 and the first half mirror 23, For example, a liquid crystal shutter, an optical path switching shutter using an acousto-optic modulator (AOM), an electrical engineering modulator (EOM), or the like is provided, and this shutter is controlled by the illumination control unit 55 according to the rotational angle position of the disk 40. You may comprise as follows. According to such a configuration, a continuous light source with high brightness such as a halogen lamp or a metal halide lamp can be used, and an inspection apparatus that obtains a clear image at high speed can be obtained.

本発明の光学装置の一例として示す検査装置の概要構成図である。It is a schematic block diagram of the test | inspection apparatus shown as an example of the optical apparatus of this invention. 上記検査装置に用いられるディスクの構成形態を例示する説明図である。It is explanatory drawing which illustrates the structure form of the disk used for the said test | inspection apparatus. 上記検査装置における切換制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the switching control device in the inspection device.

符号の説明Explanation of symbols

1 検査装置(光学装置) 3 共焦点光学系(光学系)
8 被検物 40 ディスク
42 ピンホール領域 43 透過領域
50 切換制御装置
1 Inspection device (optical device) 3 Confocal optical system (optical system)
8 Test object 40 Disc 42 Pinhole area 43 Transmission area 50 Switching control device

Claims (3)

照明光を出射する照明光源と、
前記照明光を被検物に照射し前記被検物からの反射光により像を得る光学系と、
前記光学系の光路に設けられ光軸と直交する面内で回転されるディスクとを備え、
前記ディスクは、前記照明光を共焦点用微小開口を介して透過させる微小開口領域と前記照明光を均一に透過させる透過領域とが角度方向に分割して形成されており、
前記反射光を前記透過領域を透過させて明視野像を得る透過モードと、前記反射光を前記微小開口領域に形成された前記共焦点用微小開口を介して透過させて共焦点像を得る共焦点モードとに切り換える切換制御装置を備えたことを特徴とする光学装置。
An illumination light source that emits illumination light;
An optical system that irradiates the object with the illumination light and obtains an image by reflected light from the object;
A disk provided in the optical path of the optical system and rotated in a plane perpendicular to the optical axis,
The disk is formed by dividing a minute aperture region that transmits the illumination light through the confocal minute aperture and a transmission region that uniformly transmits the illumination light in the angular direction,
A transmission mode in which the reflected light is transmitted through the transmission region to obtain a bright-field image, and a confocal image in which the reflected light is transmitted through the confocal micro aperture formed in the micro aperture region. An optical apparatus comprising a switching control device for switching to a focus mode.
前記切換制御装置は、前記ディスクに照射される前記照明光の照射タイミングを制御するように構成されることを特徴とする請求項1に記載の光学装置。   The optical device according to claim 1, wherein the switching control device is configured to control an irradiation timing of the illumination light applied to the disk. 前記照明光源は固体発光素子であり、前記切換制御装置は、前記発光ダイオードの発光タイミングを制御するように構成されることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の光学装置。   The optical apparatus according to claim 1, wherein the illumination light source is a solid light emitting element, and the switching control device is configured to control a light emission timing of the light emitting diode.
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