JP3379928B2 - measuring device - Google Patents

measuring device

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JP3379928B2
JP3379928B2 JP33841199A JP33841199A JP3379928B2 JP 3379928 B2 JP3379928 B2 JP 3379928B2 JP 33841199 A JP33841199 A JP 33841199A JP 33841199 A JP33841199 A JP 33841199A JP 3379928 B2 JP3379928 B2 JP 3379928B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の高さや位
置などの測定を行う測定装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a measuring device for measuring the height and position of a subject.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体部品は、益々高集積化およ
び大型化する傾向があり、これに伴いベアチップなどを
実装する電気部品実装としてBGAパッケージなどが考
えられている。このようなBGAパッケージについて
も、最近は、ベアチップ自身についてFCボンディング
によるバンプを採用したものがあり、このような実装に
ついては、さらに精度の高い微小物体の位置測定や高さ
測定などが要求されている。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor parts have tended to become more highly integrated and larger in size, and accordingly, BGA packages and the like have been considered as electric part mounting for mounting bare chips and the like. As for such BGA packages as well, recently, there are some that have adopted bumps by FC bonding on the bare chip itself, and for such mounting, more accurate position measurement and height measurement of minute objects are required. There is.

【0003】そこで、従来では、このようなバンプを採
用した電気部品実装については、作業者が1個ずつ実態
顕微鏡を用いて観察しながら位置測定とともに、高さ測
定などを行うようにしている。
Therefore, conventionally, when mounting an electric component using such a bump, an operator performs position measurement, height measurement, etc. while observing each one using a real-life microscope.

【0004】また、被検体から良質の画像を取り込むに
は、光源であるレーザダイオードの光量を最適に調整す
る必要がある。
Further, in order to capture a high quality image from the subject, it is necessary to optimally adjust the light quantity of the laser diode which is the light source.

【0005】そこで、従来、レーザダイオードのレーザ
光の光量を制御する方法として、レーザダイオードの電
源電圧を可変することによりレーザ光の光量を制御する
方法や透過量を順次変化させたNDフィルタをレーザダ
イオードの前面に配置し、この状態からNDフィルタを
移動してレーザ光に対する透過量を変化させることで、
光量を制御する方法などが用いられている。
Therefore, conventionally, as a method of controlling the light quantity of the laser light of the laser diode, a method of controlling the light quantity of the laser light by changing the power supply voltage of the laser diode or an ND filter in which the transmission quantity is sequentially changed By arranging it in front of the diode and moving the ND filter from this state to change the amount of transmission for laser light,
A method of controlling the amount of light is used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従来のように、バンプ
を採用した電気部品実装について、作業者が1個ずつ実
態顕微鏡を用いて観察しながら位置測定とともに、高さ
測定などを行う手法では、1個の電気部品実装の外観検
査を行うのに多大な時間がかかってしまい、作業能率が
低下するだけでなく、作業者に多大の負担をかけるとい
う問題がある。
In the conventional method for mounting electrical components using bumps, the operator performs position measurement and height measurement while observing each one using a microscope. It takes a lot of time to perform a visual inspection for mounting one electric component, which not only lowers the work efficiency but also puts a heavy burden on the operator.

【0007】一方、レーザダイオードのレーザ光の光量
を制御する方法として、レーザダイオードの電源電圧を
可変すると、レーザ光の波長が安定しなくなり、良質な
画像の取り込みが難しく、また、NDフィルタは、レー
ザ光に対する透過量が順次変化するもので、これに対す
るレーザ光は、所定の大きさの断面を有するため、ND
フィルタを通ったレーザ光は、その断面の各所において
光量にバラツキを生じ、均一な光量が得られないという
問題がある。
On the other hand, as a method of controlling the light quantity of the laser light of the laser diode, if the power supply voltage of the laser diode is changed, the wavelength of the laser light becomes unstable and it is difficult to capture a high quality image. Since the amount of transmitted laser light changes in sequence, the laser light corresponding thereto has a cross section of a predetermined size, so ND
The laser light that has passed through the filter has a problem in that the amount of light varies at various points in its cross section, and a uniform amount of light cannot be obtained.

【0008】また、光ビームの光路中に偏光板を設け、
これを回転させることにより、偏光板を通過する光ビー
ムの強度を変化させる技術もあるが、被検体の測定箇所
や測定条件が変わると最適な明るさも変化するため、常
に良質な画像を安定して取り込めるようにすることは困
難であるという問題がある。
A polarizing plate is provided in the optical path of the light beam,
There is also a technology that changes the intensity of the light beam that passes through the polarizing plate by rotating this, but the optimal brightness also changes when the measurement location or measurement conditions of the subject change, so a high-quality image is always stable. However, there is a problem that it is difficult to capture it.

【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、精度の高い各種の測定を短時間で行うことができる
とともに、作業者にかかる負担を軽減できる測定装置を
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 of the present invention is to provide a measuring apparatus capable of performing various highly accurate measurements in a short time and reducing the burden on the operator. To do.

【0010】また、被検体の測定箇所や測定条件が変わ
っても常に最適な明るさの画像を安定して取り込むこと
のできる測定装置を提供することを目的とする。
It is another object of the present invention to provide a measuring device which can always stably capture an image having an optimum brightness even if the measurement location or measurement condition of the subject is changed.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、測定光を発する測定光源と、被検体に対して対向配
置され前記被検体に測定光を収束させる対物レンズと、
前記対物レンズを通して前記被検体に照射される測定光
を被検体上で二次元的に走査する走査手段と、前記被検
体で反射される光束の中心部から一定距離離れた位置に
配置され、当該光束の一部を通す絞りと、前記対物レン
ズの瞳面と共役な位置に配置され、前記絞りを通った光
束を集光させる結像レンズと、前記結像レンズの収束面
に配置され、前記被検体の高さに応じて位置が変化する
光スポットの変動量を検出する光位置検出手段と、前記
光位置検出手段で検出された変動量から被検体の高さを
求める高さ演算手段とを有する第1の測定手段と、照明
光源から照明光を被検体上に照射して該被検体からの反
射光または散乱光を前記対物レンズを通じて受光し二次
元情報を得る第2の測定手段とを具備し、前記対物レン
ズは、前記第1の測定手段における光軸と前記第2の測
定手段における光軸とが重なる位置に設けられることを
特徴とする測定装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, a measurement light source that emits measurement light, and an objective lens that is arranged so as to face a subject and focuses the measurement light on the subject are provided.
Wherein through the objective lens and the scanning means for scanning the measurement light irradiated to the subject two-dimensionally on a subject, said subject
At a position away from the center of the light flux reflected by the body
The objective lens is provided with an aperture for passing a part of the light flux.
The light that is placed at a position conjugate with the pupil plane of
An image forming lens for condensing a bundle; a light position detecting means arranged on a convergent surface of the image forming lens for detecting a variation amount of a light spot whose position changes according to the height of the subject; First measurement means having height calculation means for obtaining the height of the subject from the amount of fluctuation detected by the position detection means, and illuminating light from the illumination light source onto the subject and reflecting from the subject. Second measuring means for receiving two-dimensional information by receiving light or scattered light through the objective lens, wherein the objective lens has an optical axis in the first measuring means and an optical axis in the second measuring means. There is provided a measuring device characterized in that and are provided at positions overlapping with each other.

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【0014】[0014]

【0015】[0015]

【0016】[0016]

【0017】[0017]

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明する。図1は、本発明が適用される検出装
置の概略構成を示している。図において、101は被検
体(試料)で、この被検体101は、ステージ102上
に載置される。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a detection device to which the present invention is applied. In the figure, 101 is a subject (sample), and this subject 101 is placed on a stage 102.

【0019】このステージ102は、ステージ駆動部2
05により移動できるようになっており、必要に応じて
図に示したZ方向、X方向及びY方向(図の奥行き方
向)にそれぞれ移動することができるようになってい
る。
The stage 102 includes a stage driving section 2
05, it is possible to move in the Z direction, the X direction, and the Y direction (depth direction in the drawing) shown in the drawing as necessary.

【0020】ステージ102上の被検体101に対して
対物レンズ103を配置している。この対物レンズ10
3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。
An objective lens 103 is arranged for the subject 101 on the stage 102. This objective lens 10
3 uses an object-side telecentric lens of infinity design.

【0021】対物レンズ103とステージ102との間
に、リング状照明131を配置している。このリング状
照明131は、光ファイバ132を介して光源133を
接続していて、この光源133からの光により対物レン
ズ103周囲から被検体101に向けて照明光を発し、
被検体101の暗視野像を取得するようにしている。
A ring-shaped illumination 131 is arranged between the objective lens 103 and the stage 102. The ring-shaped illumination 131 is connected to a light source 133 via an optical fiber 132, and light from the light source 133 emits illumination light from around the objective lens 103 toward the subject 101.
A dark field image of the subject 101 is acquired.

【0022】対物レンズ103と後述するガルバノミラ
ー104との間にダイクロイックミラー134を配置
し、このダイクロイックミラー134の反射光路にハー
フミラー136を配置している。
A dichroic mirror 134 is arranged between the objective lens 103 and a galvanometer mirror 104, which will be described later, and a half mirror 136 is arranged in the reflection optical path of this dichroic mirror 134.

【0023】また、ハーフミラー136の透過光路に、
落射照明用の光源137を配置している。この光源13
7は、ハーフミラー136、ダイクロイックミラー13
4および対物レンズ103を通って被検体101に向け
て落射照明光を発し、被検体101の明視野像を取得す
るようにしている。
Further, in the transmission optical path of the half mirror 136,
A light source 137 for epi-illumination is arranged. This light source 13
7 is a half mirror 136 and a dichroic mirror 13
Epi-illumination light is emitted toward the subject 101 through the lens 4 and the objective lens 103, and a bright-field image of the subject 101 is acquired.

【0024】ここで、ダイクロイックミラー134は、
図2に示すように、上述したリング状照明131による
暗視野像および光源(落射照明用)137による明視野
像のそれぞれの観察系の波長領域に対して低い透過量
(高反射)を呈し、また、後述するレーザダイオード1
05からの測定光の波長域に対して高い透過量を呈する
ような特性を有するものが用いられる。
Here, the dichroic mirror 134 is
As shown in FIG. 2, the dark field image by the ring-shaped illumination 131 and the bright field image by the light source (for epi-illumination) 137 exhibit a low transmission amount (high reflection) with respect to the wavelength region of each observation system, In addition, a laser diode 1 described later
A material having a characteristic of exhibiting a high transmission amount in the wavelength range of the measurement light from 05 is used.

【0025】そして、これら被検体101の暗視野像ま
たは明視野像は、対物レンズ103を通ってダイクロイ
ックミラー134で反射し、さらにハーフミラー136
で反射し、結像レンズ135を透過して、この結像レン
ズ135の集光位置に配置したラインセンサカメラ13
8に取り込まれるようになっている。
The dark-field image or bright-field image of the subject 101 passes through the objective lens 103, is reflected by the dichroic mirror 134, and is further reflected by the half mirror 136.
Line sensor camera 13 arranged at the condensing position of this imaging lens 135.
It is designed to be taken in by 8.

【0026】ここで、ラインセンサカメラ138は、ダ
イクロイックミラー134の反射光路より結像レンズ1
35を介して取り込まれる被検体101の暗視野像また
は明視野像を撮像するものである。また、ラインセンサ
カメラ138は、各ライン毎の撮像位置を後述するガル
バノミラー104の走査位置とずらして、レーザ光の影
響を無くし、暗視野像または明視野像を良好に得られる
ようにしている。
Here, the line sensor camera 138 uses the imaging lens 1 from the reflection optical path of the dichroic mirror 134.
A dark-field image or a bright-field image of the subject 101 captured via the image pickup device 35 is captured. Further, the line sensor camera 138 shifts the imaging position for each line from the scanning position of the galvano mirror 104 described later to eliminate the influence of the laser light and to obtain a good dark field image or bright field image. .

【0027】そして、ラインセンサカメラ138により
撮像された暗視野画像は、輝度画像情報として制御装置
121の位置演算部139に入力される。この位置演算
部139は、ラインセンサカメラ138で取り込まれた
二次元画像情報から被検体101の位置を算出するとと
もに、照明や欠陥に対応した最適な画像処理のアルゴリ
ズムが実行され、異物、欠け、シミ、大きさなどの欠陥
検査を可能にしている。
Then, the dark field image picked up by the line sensor camera 138 is input to the position calculation section 139 of the control device 121 as luminance image information. The position calculation unit 139 calculates the position of the subject 101 from the two-dimensional image information captured by the line sensor camera 138, and the optimum image processing algorithm corresponding to illumination and defects is executed to detect foreign matters, chips, It enables defect inspection such as stains and size.

【0028】また、ラインセンサカメラ138により撮
像された明視野画像も、輝度画像情報として制御装置1
21に入力される。この場合、制御装置121は、ライ
ンセンサカメラ138の輝度画像情報から照明や欠陥に
対応した最適な画像処理アルゴリズムを実行し、被検体
101の異物、欠け、シミ、大きさなどのを検出する機
能も有している。
The bright field image taken by the line sensor camera 138 is also used as luminance image information in the control device 1.
21 is input. In this case, the control device 121 executes the optimum image processing algorithm corresponding to the illumination and the defect based on the brightness image information of the line sensor camera 138, and detects the foreign matter, chip, stain, size, etc. of the subject 101. I also have.

【0029】ところで、ダイクロイックミラー134と
ハーフミラー136との間の光路中に、ハーフミラー2
01が設けられている。このミラー201は、被検体1
01からの暗視野像または明視野像の光を反射し、結像
レンズ202を介して受光素子203に導く。受光素子
203の出力は、制御装置121に入力される。なお、
図ではハーフミラー201をイクロイックミラー134
とハーフミラー136との間の光路中に設ける場合を示
しているが、代わりに、ハーフミラー136と結像レン
ズ135との間の光路中に設けるようにしても構わな
い。
By the way, the half mirror 2 is placed in the optical path between the dichroic mirror 134 and the half mirror 136.
01 is provided. This mirror 201 is the subject 1
The light of the dark field image or the bright field image from 01 is reflected and guided to the light receiving element 203 via the imaging lens 202. The output of the light receiving element 203 is input to the control device 121. In addition,
In the figure, the half mirror 201 is shown as an achromatic mirror 134.
Although the case where it is provided in the optical path between the half mirror 136 and the half mirror 136 is shown, it may be provided in the optical path between the half mirror 136 and the imaging lens 135 instead.

【0030】制御装置121は、受光素子203の出力
に基づき、二次元測定が可能な明るさが得られるように
(光量が予め設定された範囲内(上限値と下限値との
間)に収まるように)、光源133又は137の光量を
フィードバック制御する。
Based on the output of the light receiving element 203, the control device 121 keeps the light quantity within a preset range (between the upper limit value and the lower limit value) so that a brightness that allows two-dimensional measurement can be obtained. As described above), the light amount of the light source 133 or 137 is feedback-controlled.

【0031】また、リング状照明131の光源133の
前面には、フィルタ140を配置している。このフィル
タ140は、光源133からの光を単波長に変換して、
被検体101の暗視野像を効率よくダイクロイックミラ
ー134で反射させ、ラインセンサカメラ138に取り
込みできるようにしている。また、ラインセンサカメラ
138の撮像面には、フィルタ141を配置している。
このフィルタ141は、後述するレーザダイオード10
5からのレーザ光が被検体101面で反射された際の一
部が、さらにダイクロイックミラー134で反射され、
ラインセンサカメラ138に侵入するのを防止するため
のものである。
Further, a filter 140 is arranged in front of the light source 133 of the ring-shaped illumination 131. This filter 140 converts the light from the light source 133 into a single wavelength,
The dark field image of the subject 101 is efficiently reflected by the dichroic mirror 134 so that it can be captured by the line sensor camera 138. A filter 141 is arranged on the image pickup surface of the line sensor camera 138.
This filter 141 is used for the laser diode 10 described later.
A part of the laser light from the laser beam 5 reflected by the surface of the subject 101 is further reflected by the dichroic mirror 134,
This is for preventing the line sensor camera 138 from entering.

【0032】一方、対物レンズ103の瞳面103’に
ダイクロイックミラー134を介して走査手段としての
ガルバノミラー104が配置されている。このガルバノ
ミラー104は、ミラー駆動部120により瞳面10
3’の瞳中心付近を軸として揺動駆動されるものであ
り、測定光を反射し、被検体101面を図に示したX方
向及びY方向(図の奥行き方向)に、それぞれ走査する
ことができるようになっている。
On the other hand, a galvano mirror 104 as a scanning means is arranged on the pupil plane 103 'of the objective lens 103 via a dichroic mirror 134. The galvano mirror 104 is driven by the mirror driving unit 120 so that the pupil plane 10
3'is oscillated about the center of the pupil, reflects the measurement light, and scans the surface of the subject 101 in the X and Y directions (depth direction in the drawing) shown in the drawing. You can do it.

【0033】なお、ここではX方向及びY方向の両方の
走査をガルバノミラー104の揺動により実現している
が、代わりに、X方向の走査をガルバノミラー104の
揺動により実現し、Y方向の走査をステージの移動によ
り実現するようにしてもよい。また、X方向の走査をス
テージの移動により実現し、Y方向の走査をガルバノミ
ラー104の揺動により実現するようにしてもよい。
Although scanning in both the X and Y directions is realized by swinging the galvano mirror 104 here, instead, scanning in the X direction is realized by swinging the galvano mirror 104 and then in the Y direction. The scanning may be realized by moving the stage. Further, scanning in the X direction may be realized by moving the stage, and scanning in the Y direction may be realized by swinging the galvanometer mirror 104.

【0034】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10
6、1/2波長板3、偏光ビームスプリッタ107、1
/4波長板108を介して上述したガルバノミラー10
4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、1/2波長板
3、偏光ビームスプリッタ107、1/4波長板108
を透過してガルバノミラー104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ダイクロイ
ックミラー134、対物レンズ103を通して被検体1
01面に集光するようにしている。
Reference numeral 105 denotes a laser diode, and the collimating lens 10 is provided in front of the laser diode 105.
6, 1/2 wavelength plate 3, polarization beam splitter 107, 1
Galvano mirror 10 described above via the quarter wave plate 108.
4 is arranged, the laser light from the laser diode 105 is collimated by the collimator lens 106, and the 1/2 wavelength plate 3, the polarization beam splitter 107, and the 1/4 wavelength plate 108 are arranged.
To the subject 1 through the dichroic mirror 134 and the objective lens 103 as the measurement light.
The light is focused on the 01 plane.

【0035】1/2波長板3は、レーザダイオード10
5からのレーザ光の光軸に対し、ほぼ直交して配置され
ている。この場合、1/2波長板3は、レーザ光の光軸
に対し、直角(90度)ではなく、これより0〜10度
の範囲で傾斜させた状態にしておくことが望ましい。こ
れは、1/2波長板3により反射された分のレーザ光が
レーザダイオード105の発光部に照射されてしまうと
いう弊害を防止するためである。1/2波長板3は、円
形をなしていて、その周縁部に沿ってギア3aを形成
し、このギア3aをモータ13の回転軸のギア13aに
噛合され、このモータ13を駆動源として回転可能にな
っている。モータ13は、制御装置121に接続されて
おり、制御装置12からの制御信号により1/2波長板
3の回転角度を設定し、この回転角度に応じてレーザ光
の透過量を可変可能にしている。
The half-wave plate 3 is a laser diode 10
It is arranged substantially orthogonal to the optical axis of the laser light from the laser beam 5. In this case, it is desirable that the half-wave plate 3 is not orthogonal (90 degrees) to the optical axis of the laser light, but is tilted in the range of 0 to 10 degrees from this. This is to prevent the adverse effect that the light emitting portion of the laser diode 105 is irradiated with the laser light reflected by the half-wave plate 3. The half-wave plate 3 has a circular shape and forms a gear 3a along its peripheral edge. The gear 3a is meshed with the gear 13a of the rotation shaft of the motor 13, and is rotated by using this motor 13 as a drive source. It is possible. The motor 13 is connected to the control device 121, and sets the rotation angle of the half-wave plate 3 by a control signal from the control device 12, and makes the amount of laser light transmission variable according to this rotation angle. There is.

【0036】ダイクロイックミラー134は、図3に示
すようにガルバノミラー104で反射され被検体101
面に測定光を導光する対物レンズ103の光軸に直交す
る面に対して、45°より小さな角度に設定することが
好ましく、ここでは、実線で示す35°に設定してい
る。つまり、測定光に対して入射角度を45°より小さ
く設定することにより、ダイクロイックミラー134で
の測定光の損失を最小限にしている。
The dichroic mirror 134 is reflected by the galvanometer mirror 104 as shown in FIG.
It is preferable to set an angle smaller than 45 ° with respect to the surface orthogonal to the optical axis of the objective lens 103 that guides the measurement light to the surface, and here, it is set to 35 ° shown by the solid line. That is, by setting the incident angle to the measurement light smaller than 45 °, the loss of the measurement light at the dichroic mirror 134 is minimized.

【0037】被検体101上の測定光は、対物レンズ1
03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。
The measuring light on the object 101 is the objective lens 1
The convergent light of NA determined by the pupil diameter of 03 and the focal length is converged telecentrically at an arbitrary position on the subject 101.

【0038】また、被検体101面で反射された測定光
を、対物レンズ103およびダイクロイックミラー13
4を通過させ、ガルバノミラー104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10
7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1
09によって一次像面110に集光される。
The measuring light reflected by the surface of the subject 101 is converted into the objective lens 103 and the dichroic mirror 13.
4 and after being reflected by the galvanometer mirror 104,
Polarization beam splitter 10 through quarter-wave plate 108
The light beam is incident on the polarization beam splitter 7 and reflected by the polarization beam splitter 107. Then, the luminous flux of the measurement light reflected by the polarization beam splitter 107 is the first imaging lens 1
The light is focused on the primary image plane 110 by 09.

【0039】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。
The light flux passing through the primary image plane 110 passes through a pupil relay lens 112 as a second objective lens designed to an infinite system, enters a prism 113 having a half mirror surface 113a, and is reflected. Is split into a light beam L2 that transmits.

【0040】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(以下、PSD(Position
Sensing Device)と称する)116上に集光される。
Half mirror surface 113a of the prism 113
The light flux L1 reflected by the mirror 113 and the first diaphragm 11
2 through 4, the separator lens 1 which is the second imaging lens
15, an optical position detecting element (hereinafter, PSD (Position
(Referred to as Sensing Device) 116.

【0041】このPSD116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。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
る三角測量の原理に基づくものである。
The PSD 116 outputs a current signal that changes depending on the photometric position (spot position) S. The spot position S moves left and right by an amount proportional to the height change of the subject 101. This is based on the principle of triangulation which will be described in detail later.

【0042】そして、PSD116からの出力は、被検
体101の明視野画像の輝度画像情報として制御装置1
21に入力されるとともに、高さ演算部122に入力さ
れる。高さ演算部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
(X方向、Y方向の位置座標)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を演算するものである。
The output from the PSD 116 is used as the brightness image information of the bright field image of the subject 101 in the control device 1.
21 and the height calculation unit 122. The height calculation unit 122 measures the measurement position coordinates x, y on the surface of the subject 101 according to the swing angle of the galvanometer mirror 104.
The height z on the surface of the subject 101 is calculated based on the (position coordinates in the X and Y directions) and the spot position signal obtained from the PSD 116.

【0043】ところで、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。
By the way, when the surface of the object 101 is uneven, the spot on the PSD 116 has a certain spread, which may prevent accurate detection. In this case, the PSD 116 can detect only the peripheral portion of the light spot, which causes a considerable detection error.

【0044】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。
Therefore, in such a case, it is appropriate to discard the detection result because the height of the subject 101 cannot be detected. In this embodiment, in order to determine whether or not the measurement is possible, the light flux L2 that has passed through the half mirror surface 113a of the prism 113 is mirror surface 113b provided on the rear end side of the prism 113, and the second diaphragm 124.
Through the divided light receiving element 125.

【0045】そして、この分割受光素子125の出力
(光量)は、測定可否判断部126に入力される。測定
可否判断部126は、分割受光素子125の出力に基づ
き、高さ測定が可能な明るさになっているか否かを判断
する。具体的には、測定可能な範囲(下限値、上限値)
を設定しておき、光量がその範囲内に収まっているか否
かを判断する。
The output (light quantity) of the divided light receiving element 125 is input to the measurement propriety judging section 126. The measurement propriety determination unit 126 determines, based on the output of the divided light receiving element 125, whether or not the brightness is such that the height can be measured. Specifically, measurable range (lower limit value, upper limit value)
Is set, and it is determined whether or not the light amount is within the range.

【0046】また、制御装置121は、分割受光素子1
25の出力に基づき、高さ測定が可能な明るさが得られ
るように(光量が予め設定された範囲内(上限値と下限
値との間)に収まるように)、レーザダイオード105
のレーザ光の光量をフィードバック制御する。
Further, the control device 121 controls the divided light receiving element 1
Based on the output of 25, the laser diode 105 is provided so that the brightness capable of measuring the height is obtained (the light amount is within the preset range (between the upper limit value and the lower limit value)).
Feedback control is performed on the light amount of the laser light.

【0047】具体的には、制御装置121は、制御信号
を送ることによりモータ13を起動し、1/2波長板3
を回転させる。すると、レーザ光に対しほぼ直交して配
置される1/2波長板3は、制御装置121からの制御
信号により設定される回転角度だけ回転され、この時の
回転角度に応じてレーザ光の透過量が設定される。これ
により、1/2波長板3を透過した後、ステージ102
上の被検体101上にスポット光として照射されるレー
ザ光は、所望する最適な光量に設定されることになる。
これにより、制御装置121の側では、最適な明るさで
測定された被検体101の画像が得られることになる。
Specifically, the control device 121 activates the motor 13 by sending a control signal, and the half-wave plate 3 is activated.
To rotate. Then, the half-wave plate 3 arranged substantially orthogonal to the laser light is rotated by the rotation angle set by the control signal from the control device 121, and the laser light is transmitted according to the rotation angle at this time. The amount is set. As a result, after passing through the half-wave plate 3, the stage 102
The laser light with which the upper object 101 is irradiated as the spot light is set to a desired optimum light amount.
As a result, on the control device 121 side, an image of the subject 101 measured with optimum brightness is obtained.

【0048】ところで、第1の結像レンズ109の前側
焦点面は第1の対物レンズ103の瞳面又はその共役面
103’に置かれている。一方、セパレータレンズ11
5は、第2の対物レンズである瞳リレーレンズ112の
後側焦点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。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103’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。
The front focal plane of the first imaging lens 109 is placed on the pupil plane of the first objective lens 103 or its conjugate plane 103 '. On the other hand, the separator lens 11
Reference numeral 5 is arranged on the rear focal plane of the pupil relay lens 112 which is the second objective lens. Therefore, the separator lens 115 serves as the pupil plane 103 ′ of the first objective lens 103.
It means that it is in the conjugate position with. Therefore, the separator lens 115 forms the measurement spot on the PSD 116 by the light flux that has passed through the same portion of the objective pupil plane 103 ′ among the measurement light reflected from all the measurement points.

【0049】また、前記第1の絞り114は、図5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。
Further, the first diaphragm 114 is arranged at the edge of the pupil (a position separated from the center by a certain distance h) as shown in FIG. In this way, the subject 10
Due to the unevenness of 1, the position of the spot incident on the PSD 116 moves in a desired direction based on the principle of triangulation.

【0050】そして、この第1の絞り114と、分割受
光素子125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、分
割受光素子125上に投影される光束は、PSD116
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。
The first diaphragm 114 and the second diaphragm 124 facing the divided light receiving element 125 are provided at conjugate positions. By doing so, the light beam projected on the divided light receiving element 125 is not reflected by the PSD 116.
It becomes a light beam projected above and a light beam that has passed through the same portion of the objective pupil plane 103 '.

【0051】次に、このように構成した実施形態の動作
を説明する。
Next, the operation of the embodiment thus constructed will be described.

【0052】まず、リング状照明131より対物レンズ
103周囲から被検体101に向けて照明光が発せられ
る場合、被検体101で反射した光は、暗視野像として
対物レンズ103を通ってダイクロイックミラー134
で反射し、さらにハーフミラー136で反射し、結像レ
ンズ135を透過して、この結像レンズ135の集光位
置に配置したラインセンサカメラ138で撮像される。
そして、このラインセンサカメラ138で撮像された暗
視野画像は、輝度画像情報として制御装置121の位置
演算部139に入力され、位置演算部139により被検
体101の位置が算出されるなどして位置測定が行われ
る。
First, when illumination light is emitted from the periphery of the objective lens 103 toward the subject 101 by the ring-shaped illumination 131, the light reflected by the subject 101 passes through the objective lens 103 as a dark field image and passes through the dichroic mirror 134.
Is reflected by the half mirror 136, transmitted through the imaging lens 135, and imaged by the line sensor camera 138 arranged at the condensing position of the imaging lens 135.
Then, the dark field image captured by the line sensor camera 138 is input to the position calculation unit 139 of the control device 121 as brightness image information, and the position calculation unit 139 calculates the position of the subject 101, etc. The measurement is taken.

【0053】次に、光源137より照明光が発せられる
場合、この光は、ハーフミラー136、結像レンズ13
5、ダイクロイックミラー134および対物レンズ10
3を通って被検体101に向けて照射される。すると、
今度は、被検体101で反射した光は、明視野像として
対物レンズ103を通ってダイクロイックミラー134
で反射し、さらにハーフミラー136で反射し、結像レ
ンズ135を透過して、この結像レンズ135の集光位
置に配置したラインセンサカメラ138で撮像される。
そして、このラインセンサカメラ138で撮像された明
視野画像は、輝度画像情報として制御装置121に入力
され、被検体101の各種欠陥に対応した最適なアルゴ
リズムが選択され欠陥検出が行われる。
Next, when the illumination light is emitted from the light source 137, this light is emitted from the half mirror 136 and the imaging lens 13.
5, dichroic mirror 134 and objective lens 10
It is irradiated toward the subject 101 through the beam path 3. Then,
This time, the light reflected by the subject 101 passes through the objective lens 103 as a bright-field image, and is dichroic mirror 134.
Is reflected by the half mirror 136, transmitted through the imaging lens 135, and imaged by the line sensor camera 138 arranged at the condensing position of the imaging lens 135.
Then, the bright-field image captured by the line sensor camera 138 is input to the control device 121 as brightness image information, and an optimum algorithm corresponding to various defects of the subject 101 is selected and defect detection is performed.

【0054】このようにすれば、これらリング状照明1
31および光源137を選択的に点灯し、被検体101
の暗視野画像または明視野画像の輝度画像情報を制御装
置121に入力することにより、被検体101の位置測
定や各種欠陥の検査精度を高め、誤検出を低減できる。
また、これらリング状照明131および光源137を同
時に点灯し、被検体101の暗視野画像および明視野画
像を重ね合わせた輝度画像情報を制御装置121に入力
することによっても、この時の輝度画像情報の様々なア
ルゴリズム処理により被検体101の各種測定を行うこ
とができる。
By doing so, these ring-shaped illuminations 1
31 and the light source 137 are selectively turned on, and the subject 101
By inputting the brightness image information of the dark-field image or the bright-field image to the control device 121, it is possible to improve the position measurement of the subject 101 and the inspection accuracy of various defects, and reduce the false detection.
In addition, the ring-shaped illumination 131 and the light source 137 are turned on at the same time, and the brightness image information obtained by superimposing the dark-field image and the bright-field image of the subject 101 is input to the control device 121. Various measurements of the subject 101 can be performed by various algorithm processes described above.

【0055】次に、レーザダイオード105からレーザ
光が発せられると、レーザ光は、コリメートレンズ10
6、偏光ビームスプリッタ107、1/4波長板108
を介してガルバノミラー104に入射され、ガルバノミ
ラー104での反射光が測定光としてダイクロイックミ
ラー134、対物レンズ103を通して被検体101面
に集光される。また、被検体101面で反射された測定
光は、対物レンズ103およびダイクロイックミラー1
34を通過し、ガルバノミラー104で反射され、1/
4波長板108を通して偏光ビームスプリッタ107で
反射され、第1の結像レンズ109によって一次像面1
10に集光される。また、一次像面110を通過した光
束は、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に入射され、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114を経て、セパレータレンズ115を介
してPSD116上に集光される。
Next, when laser light is emitted from the laser diode 105, the laser light is emitted from the collimator lens 10.
6, polarization beam splitter 107, quarter-wave plate 108
The light reflected by the galvanometer mirror 104 is incident on the surface of the subject 101 through the dichroic mirror 134 and the objective lens 103 as measurement light. Further, the measurement light reflected on the surface of the subject 101 is the objective lens 103 and the dichroic mirror 1.
34, is reflected by the galvanometer mirror 104, and
The light is reflected by the polarization beam splitter 107 through the four-wave plate 108, and the primary image plane 1 is reflected by the first imaging lens 109.
It is focused on 10. The light flux that has passed through the primary image plane 110 passes through the pupil relay lens 112, is incident on the prism 113 having the half mirror surface 113a, and is reflected by the half mirror surface 113a.
The light is focused on the PSD 116 via the first diaphragm 114 and the separator lens 115.

【0056】そして、このPSD116からの出力は、
被検体101の明視野画像の輝度情報として制御装置1
21に入力されるとともに、高さ演算部122に入力さ
れる。
The output from this PSD 116 is
The control device 1 is used as the brightness information of the bright-field image of the subject 101.
21 and the height calculation unit 122.

【0057】制御装置121では、被検体101の明視
野画像の輝度情報に基づいて被検体101にかかる各種
検査を実行し、また、高さ演算部122によりガルバノ
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
を演算する。
The control device 121 executes various inspections on the subject 101 on the basis of the brightness information of the bright field image of the subject 101, and the height calculator 122 responds to the swing angle of the galvanometer mirror 104. Based on the measurement position coordinates x and y on the surface of the subject 101 and the spot position signal obtained from the PSD 116, the height z on the surface of the subject 101.
Is calculated.

【0058】なお、このような高さ測定は、単独に行っ
ても、上述した被検体101の暗視野画像や明視野画像
の輝度画像情報の取得と同時に行うようにしてもよい。
Note that such height measurement may be performed independently or simultaneously with the acquisition of the brightness image information of the dark field image or the bright field image of the subject 101 described above.

【0059】次に、高さ演算部122での動作を詳しく
説明する。
Next, the operation of the height calculator 122 will be described in detail.

【0060】まず、高さ演算部122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。
First, the principle of height calculation by the height calculator 122 and its specific method will be described in detail.

【0061】図4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。
FIG. 4 shows only the portion after the primary image plane 110 in FIG. 1, and the subject image on the primary image plane 110 is newly considered as the subject plane 101 '.

【0062】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。
As system parameters, the focal length of the pupil relay lens (second objective lens) 112 is fp, the focal length of the separator lens 115 is fs, the imaging magnification of the primary image is M, and the center of the separator lens 115 from the optical axis. Up to h, pupil relay lens 112 and separator lens 1
The distance of 15 is D, and the NA of the first imaging lens 109 is NA.
OB

【0063】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ZM2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。
The defocus amount (height) Z ′ of the primary image is ZM 2 where Z is the height of the subject, and a light spot is formed on the PSD 116 at a position δ from the center. At this time, δ is as follows from the figure: δ = fs · tan α (1) tan α = h / (b−D) (2)

【0064】したがって、次式が導かれる。Therefore, the following equation is derived.

【0065】 δ=fs・h/(b−D) …(3) h=fp・NAOB/MP …(4) ここで、Pは、図5に示すように、瞳リレーレンズ11
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。
Δ = fs · h / (b−D) (3) h = fp · NA OB / MP (4) Here, P is the pupil relay lens 11 as shown in FIG.
Ratio of the center of the diaphragm calculated on the pupil of 2 and the radius of the pupil P = Φ / h
Is.

【0066】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、Next, when b is calculated, since 1 / b = (1 / fp)-(1 / (fp + M 2 Z)) (5), b = fp (fp + M 2 Z) / M 2 Z … (6) Putting these expressions together,

【数1】 [Equation 1]

【0067】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、
It becomes Further, as described above, the distance D between the separator lens 115 and the pupil relay lens 112 is f
p, so

【数2】 [Equation 2]

【0068】となり、δとZは完全に線形の関係とな
る。
Therefore, δ and Z have a completely linear relationship.

【0069】実際の測定量はδである。したがって、式
(8)を変形し、
The actual measured quantity is δ. Therefore, by transforming equation (8),

【数3】 [Equation 3]

【0070】となる。It becomes

【0071】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。
Next, based on such a principle, the subject 1
In order to specifically calculate the height Z of 01, the height calculation unit 122 provided in the control device 121 has the PSD 1
The spot position signal δ is received from 16. Then, the height calculator 122 calculates the spot position signal δ, the system parameters f, β, θ, and the mirror driver 12.
Using the measurement position information x and y sequentially input from 0, the height Z of each measurement position is continuously output.

【0072】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。
According to this, height measurement having a wide measurement area and a wide dynamic range can be performed at an extremely high speed without moving up and down each optical system or the subject 101.

【0073】従って、このようにすれば、レーザダイオ
ード105から測定光による三角測量の原理に基づいた
被検体101表面の高さ測定を高速に行うことができる
とともに、リング状照明131および光源137によ
り、被検体101の暗視野画像または明視野画像をライ
ンセンサカメラ138で撮像し、それぞれの輝度画像情
報を取得することにより、欠陥に対応した最適な条件で
被検体101の位置測定や欠陥検査などを行うこともで
きるので、これら高さ測定や位置測定などの各種の測定
を精度よく、しかも短時間で効率よく行うことができ
る。また、暗視野画像または明視野画像などの二次元画
像情報を得る二次元測定手段と三角測量などによる三次
元測定手段(少なくとも高さを測定する測定手段)を同
一対物レンズ103により取り込むことにより、被検体
101を動かすことなく複数の測定手段を実行すること
ができるため、測定手段の切換えには被検体101の位
置ずれが生じることがなく、作業者にかかる負担を大幅
に軽減することができるとともに、面倒な調整機構も無
くすことができる。
Therefore, in this way, the height of the surface of the subject 101 can be measured at high speed based on the principle of triangulation using the measuring light from the laser diode 105, and the ring-shaped illumination 131 and the light source 137 are used. By measuring the dark field image or the bright field image of the subject 101 with the line sensor camera 138 and acquiring the respective luminance image information, the position measurement of the subject 101 and the defect inspection are performed under the optimum conditions corresponding to the defect. Since it is also possible to perform the above, it is possible to perform various measurements such as height measurement and position measurement with high accuracy and efficiently in a short time. Further, by incorporating into the same objective lens 103, two-dimensional measuring means for obtaining two-dimensional image information such as dark-field image or bright-field image and three-dimensional measuring means by triangulation (at least measuring means for measuring height) are provided. Since a plurality of measuring means can be executed without moving the subject 101, the displacement of the subject 101 does not occur when switching the measuring means, and the burden on the operator can be greatly reduced. At the same time, the troublesome adjusting mechanism can be eliminated.

【0074】また、上記実施形態では、レーザ光を発生
するレーザダイオード105の前面にレーザ光に対しほ
ぼ直交に、且つ回転可能に1/2波長板3を配置し、制
御装置121の制御信号により設定される回転角度だけ
モータ13により1/2波長板3を回転させ、この時の
回転角度に応じてレーザ光の透過量を設定するようにし
たので、従来のレーザダイオードの電源電圧を可変する
ものと比べ、レーザ光の波長に変動を生じるようなこと
がなく、良質な画像の取り込みが可能となり、また、従
来の従来のNDフィルタを用いたものと比べても、レー
ザ光の断面の各所において光量にバラツキを生じるよう
なことがなく、均一な光量のレーザ光を連続的に得るこ
とができ、安定したレーザ光の調光制御を実現できる。
Further, in the above embodiment, the ½ wavelength plate 3 is rotatably and substantially orthogonal to the laser beam in front of the laser diode 105 for generating the laser beam, and the control signal from the controller 121 is used. Since the half-wave plate 3 is rotated by the motor 13 by the set rotation angle and the transmission amount of the laser light is set according to the rotation angle at this time, the power supply voltage of the conventional laser diode is changed. Compared with the conventional one, it is possible to capture a high-quality image without causing a change in the wavelength of the laser light, and in comparison with the one using the conventional ND filter of the related art, the laser light has various cross sections. In (1), there is no variation in the amount of light, a uniform amount of laser light can be continuously obtained, and stable dimming control of laser light can be realized.

【0075】[0075]

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、精度
の高い各種の測定を短時間で行うことができるととも
に、作業者にかかる負担を軽減することができる。ま
た、被検体の測定箇所や測定条件が変わっても常に最適
な明るさの画像を安定して取り込むことができる。
As described above, according to the present invention, various highly accurate measurements can be performed in a short time and the burden on the operator can be reduced. Further, even if the measurement location or the measurement condition of the subject is changed, it is possible to always stably capture the image with the optimum brightness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of the present invention.

【図2】一実施の形態に用いられるダイクロイックミラ
ーの特性を説明するための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining characteristics of a dichroic mirror used in one embodiment.

【図3】一実施の形態に用いられるダイクロイックミラ
ーの配置状態を説明するための図。
FIG. 3 is a diagram for explaining an arrangement state of dichroic mirrors used in one embodiment.

【図4】一実施の形態での三角測量の原理を説明するた
めの模式図。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the principle of triangulation in one embodiment.

【図5】一実施の形態の受光素子用の絞りを示す平面
図。
FIG. 5 is a plan view showing a diaphragm for a light receiving element according to an embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

3…1/2波長板 3a…ギア 13…モータ 13a…ギア 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 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 110…一次像面 112…瞳リレーレンズ 113…プリズム 113a…ハーフミラー面 113b…ミラー面 114…第1の絞り 115…セパレータレンズ 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 126…測定可否判断部 131…リング状照明 132…光ファイバ 133…光源 134…ダイクロイックミラー 135…結像レンズ 136…ハーフミラー 137…光源 138…ラインセンサカメラ 139…位置演算部 140、141…フィルタ 201…ハーフミラー 202…結像レンズ 203…受光素子 205…ステージ駆動部
3 ... 1/2 wave plate 3a ... Gear 13 ... Motor 13a ... Gear 101 ... Subject 103 ... Objective lens 104 ... Galvano mirror 105 ... Laser diode 106 ... Collimating lens 107 ... Polarization beam splitter 108 ... Quarter wave plate 109 ... Imaging lens 110 ... Primary image surface 112 ... Pupil relay lens 113 ... Prism 113a ... Half mirror surface 113b ... Mirror surface 114 ... First diaphragm 115 ... Separator lens 116 ... Optical position detecting element (PSD: Positioning sensor) 120 ... Mirror Drive unit 121 ... Control device 122 ... Height calculation unit 124 ... Second diaphragm 125 ... Divided light receiving element 126 ... Measureability determination unit 131 ... Ring-shaped illumination 132 ... Optical fiber 133 ... Light source 134 ... Dichroic mirror 135 ... Imaging lens 136 ... Half mirror 137 ... Light source 138 ... Sensor camera 139 ... position calculating unit 140, 141 ... filter 201 ... half mirror 202 ... imaging lens 203 ... light receiving element 205 ... stage driver

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 測定光を発する測定光源と、 被検体に対して対向配置され前記被検体に測定光を収束
させる対物レンズと、 前記対物レンズを通して前記被検体に照射される測定光
を被検体上で二次元的に走査する走査手段と、前記被検体で反射される光束の中心部から一定距離離れ
た位置に配置され、当該光束の一部を通す絞りと、 前記対物レンズの瞳面と共役な位置に配置され、前記絞
りを通った光束を集光させる結像レンズと、 前記結像レンズの収束面に配置され、前記被検体の高さ
に応じて位置が変化する光スポットの変動量を検出する
光位置検出手段と、 前記光位置検出手段で検出された変動量から被検体の高
さを求める高さ演算手段と、 を有する第1の測定手段と、 照明光源から照明光を被検体上に照射して該被検体から
の反射光または散乱光を前記対物レンズを通じて受光し
二次元情報を得る第2の測定手段と、 を具備し、前記対物レンズは、前記第1の測定手段にお
ける光軸と前記第2の測定手段における光軸とが重なる
位置に設けられることを特徴とする測定装置。
1. A measurement light source that emits measurement light, an objective lens that is arranged so as to face the subject and converges the measurement light on the subject, and the measurement light that illuminates the subject through the objective lens. Scanning means for two-dimensionally scanning above and a certain distance from the center of the light beam reflected by the subject.
Is placed at a position where the diaphragm passes through a part of the light flux and a position conjugate with the pupil plane of the objective lens.
An imaging lens for condensing a light beam that has passed therethrough, and a light position detection means arranged on the converging surface of the imaging lens for detecting a variation amount of a light spot whose position changes according to the height of the subject. A first measuring means having a height calculating means for obtaining the height of the subject from the amount of fluctuation detected by the light position detecting means; and illuminating the subject with illumination light from an illumination light source, Second measuring means for receiving two-dimensional information by receiving reflected light or scattered light from the subject through the objective lens, wherein the objective lens has an optical axis in the first measuring means and the second measuring means. The measuring device, wherein the measuring device is provided at a position where the optical axis of the measuring means overlaps.
【請求項2】 前記第2の測定手段により得られる二次
元情報は、前記被検体の暗視野画像および明視野画像の
少なくとも一方の輝度画像情報を含むことを特徴とする
請求項1記載の測定装置。
2. The measurement according to claim 1, wherein the two-dimensional information obtained by the second measuring means includes luminance image information of at least one of a dark field image and a bright field image of the subject. apparatus.
【請求項3】 前記第2の測定手段により得られる二次
元情報は、前記被検体の暗視野画像の輝度画像情報及び
明視野画像の輝度画像情報の両方を含むことを特徴とす
る請求項1記載の測定装置。
3. The two-dimensional information obtained by the second measuring means includes both luminance image information of a dark field image and luminance image information of a bright field image of the subject. The measuring device described.
【請求項4】 前記被検体からの反射光または散乱光を
前記第1の測定手段側と前記第2の測定手段側とに分離
するダイクロイックミラーを更に具備し、前記ダイクロ
イックミラーの面を、前記対物レンズの光軸に直交する
面に対して、45°より小さな角度に設定することを特
徴とする請求項1記載の測定装置。
4. A dichroic mirror for separating reflected light or scattered light from the subject into the first measuring means side and the second measuring means side, the surface of the dichroic mirror being The measuring apparatus according to claim 1, wherein the angle is set to be smaller than 45 ° with respect to a plane orthogonal to the optical axis of the objective lens.
【請求項5】 前記第2の測定手段は、前記被検体上に
おける前記走査手段の長手方向の各走査ラインごとに、
前記走査手段の走査ラインから外れた一次元像を撮像す
るラインセンサカメラを有することを特徴とする請求項
1記載の測定装置。
5. The second measuring means, for each scanning line in the longitudinal direction of the scanning means on the subject,
The measuring device according to claim 1, further comprising a line sensor camera that captures a one-dimensional image deviated from a scanning line of the scanning unit.
【請求項6】 前記照明光源は、落射照明光源を有する
ことを特徴とする請求項1記載の測定装置。
6. The measuring device according to claim 1, wherein the illumination light source includes an epi-illumination light source.
【請求項7】 前記照明光源は、暗視野画像用の照明光
を発する光源と、この光源からの照明光を単波長に変換
するフィルタとを有することを特徴とする請求項1記載
の測定装置。
7. The measuring device according to claim 1, wherein the illumination light source includes a light source that emits illumination light for dark-field images and a filter that converts the illumination light from the light source into a single wavelength. .
【請求項8】 前記第1の測定手段は、前記被検体の二
次元情報をも得ることを特徴とする請求項1記載の測定
装置。
8. The measuring apparatus according to claim 1, wherein the first measuring means also obtains two-dimensional information of the subject.
【請求項9】 前記照明光の反射光の光量を検出する手
段と、検出された光量に応じて前記照明光を制御する手
段とを更に具備したことを特徴とする請求項1記載の測
定装置。
9. The measuring apparatus according to claim 1, further comprising: a unit that detects a light amount of the reflected light of the illumination light; and a unit that controls the illumination light according to the detected light amount. .
【請求項10】 前記測定光の光路中に設けられ回転可
能に配置された波長板を更に具備し、 前記波長板は、前記測定光源からの測定光を反射した分
の光が該測定光源に当たらないような角度に設定されて
いることを特徴とする請求項1記載の測定装置。
10. The wavelength plate is further provided rotatably arranged in the optical path of the measurement light, and the wavelength plate has a portion corresponding to the reflection of the measurement light from the measurement light source. The measuring device according to claim 1, wherein the angle is set so as not to hit.
【請求項11】 前記第2の測定手段は前記被検体の暗
視野像または明視野像を撮像し、 前記第1の測定手段による前記被検体の高さ測定と、前
記第2の測定手段による前記被検体の暗視野像または
視野像の撮像とを同時に行うことを特徴とする請求項5
記載の測定装置。
11. The second measuring means captures a dark field image or a bright field image of the subject, and the height measurement of the subject by the first measuring means and the second measuring means are performed. Dark field image or bright image of the subject
6. The field image is picked up at the same time.
The measuring device described.
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