JP3814015B2 - 基板観測用照明装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、照明装置に関し、特に、半導体ウェーハ、ガラス、セラミックなど絶縁体基板の表面または表面付近に形成された回路や文字などのパターンを観測するための照明装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体集積回路等の製造工程において、半導体ウェーハ、液晶基板、ガラス、セラミック、または樹脂などの対象物の表面に付された数字、文字や回路等のパターンを、目視やカメラ、顕微鏡等で観測することが行われている。たとえば、製造工程の中で、半導体ウェーハに付された識別符号を読み取り、この識別符号に応じて予め決められた加工が施される。
【０００３】
照明装置は、上記観測や読み取りに際して基板等を照明するもので、従来より、蛍光灯やファイバー照明などの光源またはレンズ等を利用した平行光源を観察対象に照射するものが知られている。
【０００４】
従来の照明装置には白色光や固定された領域の波長を有する光源が用いられていた。そして、基板上の文字等のパターンを読み取る際、パターンとその周辺とのコントラストが十分に大きければそのパターンははっきりと見え、コントラストが小さければそのパターンは周辺と区別し難くなり見え難くなる。そこで、従来の照明装置においては、観察部分に対してコントラストが大きくとれるように、光源、光学素子、対象物の位置および観測者を含む観測系の配置を決定するようにしている。そして、そのように決定した観測系の位置関係を固定し、すなわち対象物に対する光の照射角および照射角分布を固定して使用していた。この対象物に対する光の照射角および照射角分布を細かく調整するには相応の経験と時間が必要であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の照明装置にあっては、観測すべき対象物を製造した工場や製造装置または製造工程が異なると、同じ照明で観測しても、対象物の光学特性のバラツキ（すなわち対象物の反り、パターンおよびその周辺の材料の厚さのムラに起因する反射率や透過率のバラツキ等）に伴ってコントラストのバラツキが大きくなり、場合によってはコントラストが低いため、パターンの観測ができなくなることがあった。
【０００６】
このような場合、従来の照明装置においては、その都度熟練を要する光軸調整を行って高コントラストの像が得られるように調整し直していた。その調整のためには時間も要することもあって、場合によっては、観測不能として処理する場合も多かった。
【０００７】
本発明は上記の点にかんがみて成されたもので、コントラストの高い像が簡単に得られる照明装置を提供することを課題とする。
【０００８】
さらに、対象物がシリコンウェハである場合、観察部分の周囲あるいは観察部分の上にレジストなどの薄膜が１層あるいは多層形成されていることがある。白色光を光源とすれば前記薄膜のために、ある波長の光については干渉、屈折、反射等の影響により、観察の障害になるような光成分が発生することがある。これをカメラなどで観察すると、いわゆる画像ノイズとなるわけである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明者は、研究、実験を重ねたところ、対象物に照射する光の色を変えることにより、対象物の像のコントラストが変化することを確認した。そこで、本発明においては、対象物に照射する光の色を可変にし、対象物に応じて照射光の色を変えて照明することにより、コントラストの高い像が得られるようにした。
【００１０】
また、ノイズ源となる特定波長の光を光源から除去することにより、高いコントラストの像が得られるようにした。
【００１１】
照射光の色を可変にする手段としては様々あるが、例えば、発光部から光学素子を介して対象物に光を照射する照明装置において、発光部と光学素子との間に、色フィルタと、光シャッタとを配置するようにする。
【００１２】
また、発光部からの光を複数の色光に分解し、各色光を選択的に対象物に照射する。この場合、各色光を選択するのに光シャッタを用いることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の照明装置を、半導体基板上の識別符号を読み取るための読取装置に適用したものである。照明装置１からの光は対象物３（半導体ウェーハ等）上の識別符号等が付された観察部分３ａに照射され、その反射光は、カメラレンズ４を通ってカメラ５に入射される。カメラ５からの画像情報は、画像処理装置７に入力され、画像処理された信号（または未処理の信号）はＣＲＴ等の表示装置９に出力され画像表示される。光学素子である薄凸レンズ１１は、レンズホルダ１３に取り付けられ、レンズホルダ１３はベース１５に固定されている。ベース１５には、さらに光シャッタ１７、色フィルタ１９、拡散板２１、ランプホルダ２３が取り付けられている。
【００１４】
光シャッタ１７は、たとえばＬＣＤやＰＬＺＴなどから成り、透明電極に少なくとも１つ以上の所定の位置に配向された電極間に電圧などの電気エネルギーを供給または停止することによって電極間に挟まれた物質の特性が透光性になったり遮光性になったりする性質を応用した光学素子である。光シャッタドライバ２７は、光シャッタ１７の所定の電極間に電気エネルギーを供給して透明部または遮光部を発現させる。また光シャッタ制御部２９は、光シャッタドライバ２７に対して透明部または遮光部を発現すべき位置を指定する。
【００１５】
ホルダ２３には複数の発光部２５が固定されている。発光部２５としては、例えば白色光源を使用する。発光ドライバ３１は発光部２５を駆動するもので、発光制御部３３の指令に基づいて発光部２５のＯＮ／ＯＦＦまたは発光強度を制御する。
【００１６】
色フィルタ１９は、図２に示すように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青紫）の部分から成り、各部分は光シャッタ１７の各素子１７ａに対応して配置されている。したがって、上記フィルタ１９の各色の位置に合せて光シャッタの素子１７ａを駆動すれば色のついた光を照射することができる。例えば、赤い光を照射したいときはフィルタ１９のＲ部分の対応する素子のみ透明性にすればよい。上記例では色フィルタ１９は光シャッタ１７の拡散板２１側に重ねてあるが、その反対側（レンズ１１側）に配置してもよい。
【００１７】
さて、以上のような構成で、照明装置１を、レンズ１１からの光が観察部分に照射されるように配置し、観察部分３ａによって反射される側の光軸上に肉眼やカメラ５を配置することにより、光シャッタ１７の透明部に対応する色フィルタによる色調の照明が観察部分３ａに対して照射され、その結果を観察することができる。
【００１８】
光シャッタ１７の透明部の位置はドライバ２７によって制御され、例えば、光シャッタ１７の中心部に透明部が１つまたは複数形成され、その透明部を通った色光がレンズ１１を通過する。上記実施例においては、光シャッタ１７をレンズ１３の焦点位置に配置してあるのでレンズ１１からの光は平行光になるが、本発明においては、それに限定されず、光シャッタ１７を移動可能にして、レンズ１１からの光を拡散光や集束光にしてもよい。
【００１９】
コントラストの高い像が得られない場合は、光シャッタの透明部を変えて、色フィルタ１９のうち色の異なるフィルタ部分（１つまたは複数の組み合わせ）を使用する。また、光シャッタ１７の中心部ではなくて、中心から離れた位置に透明部を形成してもよい。そうすると、レンズ１１からは照射角や照射角分布が異なる光が観察部分３ａに照射され、観察部分３ａによってはそのような光のほうがコントラストの高い像が得られる。
【００２０】
さらに、光シャッタ制御部２９によって光シャッタ１７の透明部を２ケ所以上になるように制御し、適切な照射角または照射角分布と、適切な色調との組み合わせによって、観察部分３ａを照明することも可能である。透明部の位置、数、形状を任意に形成しこれらをパターン化して光シャッタ制御部２９に記憶させておくことも可能である。
【００２１】
なお、拡散板２１は、光源２５からの光を拡散する目的と、レンズ１１に対する光源の位置を決める役割がある。図１の装置において、拡散板２１と光シャッタ１７との間隔ｄは小さいほうが望ましい。すなわち、光シャッタ１７の透過領域がピンホールのように小さい場合は、ピンホールの位置すなわち光シャッタ１７の透過領域そのものがレンズ１１に対する光源の位置となるが、透過領域が大きくなると投射レンズに対する光源位置が拡散板２１の位置になる。つまり、レンズ１１にとっては光シャッタ１７の透過部分を通して拡散板２１が光源として見えてしまうのである。このようにレンズ１１に対する光源位置が変化すると対象物３に対する照射角が変化してしまい、照射角の調整がしにくいので、拡散板２１と光シャッタ１７との間隔は小さいほうが望ましい。
【００２２】
さらに、上記のようなレンズ１１に対する光源位置の変位を解消するためには、拡散板を光シャッタ１７とレンズ１１との間に配置してもよい。その場合はレンズ１１に対する光源位置は常に拡散板上になり、光シャッタ１１の光透過領域の大きさによって光源位置が変化するということはなくなる。そこで、拡散板２１を光源２５と光シャッタ１７との間および光シャッタ１７とレンズ１１との間に着脱可能に配置し、観測すべき対象物や観測系の条件よって、一方あるいは両方に拡散板を配置して観測してもよい。
【００２３】
ところで、対象物を異なる波長の光によって観察したい場合、波長の異なる光源を用意して交換するか、透過波長の異なるカラーフィルタを用意して交換する等が考えられるが、そのような方法では煩瑣で時間もかかる。これに対して、上記実施例のような色フィルタ付き光シャッタを用いれば、切替えは電子的にできるためきわめて容易かつ迅速に色調の切替えができるようになる。この効果は次に述べる実施例においても同様である。
【００２４】
また、対象物を観察する際、カラー照明の効果は単純な黒／白おコントラスト観察よりも多くの情報が得られる点で優れている。例えば、半導体基板に形成したレジストの厚さが緩やかに変化している場合などは、その変化は、黒／白のコントラスト映像では観察しにくいが、カラー照明の場合は色調の変化として観察しやすくなる。この効果は次に述べる実施例においても同様である。
【００２５】
次に本発明の第２の実施例を図３を用いて説明する。
本実施例の照明装置も、先の実施例の装置と同様、半導体基板上の識別符号を読み取るための読取装置に使用するものであり、照明装置１０からの光は、対象物３（半導体ウェーハ等）上の識別符号等が付された観察部分３ａに照射され、その反射光は、カメラレンズ４を通ってカメラ５に入射される。
【００２６】
照明装置１０のケース１２内には、発光部としてのメタルハライドランプ（またはハロゲンランプ）３９を有し、ランプ３９はダイクロイックリフレクタ４０を備えている。ランプ３９からの光は、投射レンズ３５へ導かれるが、その途中において、ダイクロイックミラー（またはハーフミラー）ＤＭ１〜４およびミラーＭ１，Ｍ２によってＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青紫）の各色光に分解される。投射レンズ３５の前焦点位置には、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青紫）の各色光に対応して、１枚ずつ計３枚の光シャッタ３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂが配置されている。各光シャッタ３７は液晶パネルによって構成され、その前後には偏光フィルタ４１が取り付けられている。各光シャッタ３７の前方（光源側）には拡散板４３、コンデンサレンズ４５が順に取り付けられている。コンデンサレンズ４５は特に必須の構成要素ではないが、入射光を集めて光シャッタ３７に、より多くの光を照射するためのものである。拡散板４３は投射レンズ３５に対する実質上の光源となるので拡散板４３と光シャッタ３７との間隔は小さいほうがよい。その理由は上述したとおりである。
【００２７】
ランプ３９は、発光ドライバ４９によって駆動され、発光ドライバ４９は発光制御部５１の指令に基づいて発光部３９のＯＮ／ＯＦＦまたは発光強度を制御する。なお、ランプ３９をケース１０外に配置して光ファイバで導光してもよい。その場合はリフレクタ４１は不要となる。
【００２８】
また、光シャッタドライバ５３は、光シャッタ３７Ｒ，３７Ｇ，３７Ｂの所定の電極間に電気エネルギーを供給して透明部または遮光部を発現させる。光シャッタ制御部５５は、光シャッタドライバ５３に対して透明部または遮光部を発現すべき位置を指定する。
【００２９】
スライダ４７は投射レンズ３５を光軸方向に移動させるもので、投射レンズ３５と光シャッタ３７（または拡散板４３）との距離を調整するものである。このスライダ４７によって、投射レンズ３５は、光軸上を投射レンズ３５の前焦点位置が光シャッタ３７の位置または拡散板４３の位置のいずれか一方を含む範囲で可動にすることが望ましい。これは、平行光による観察が顕微鏡等では一般的であり、スライダ４７の調整によって平行光も照射できるようにすることにより顕微鏡観察に近い結果が得られ、顕微鏡観察と比較するのに便利だからである。
【００３０】
スライダ４７は投射レンズ３５と光シャッタ３７（または拡散板４３）との距離が調整できればよいから、機構としては前後の可動性と停止機構があればよい。例えば、市販のカメラレンズのフォーカス機構や摺動式の移動機構の摺動部に摩擦性をもたせて構成してもよい。もちろん、投射レンズ３５が固定位置で十分であれば、スライダ４７はなくてもよい。
【００３１】
さて、以上のような構成で、照明装置１０を、レンズ３５からの光が観察部分に照射されるように配置し、観察部分３ａによって反射される側の光軸上に肉眼やカメラ５を配置することにより光シャッタ３７によって選択された色光が観察部分３ａに対して照射され、その結果を観察することができる。
【００３２】
例えば、光シャッタドライバ５３によって、光シャッタ３７Ｒだけが開状態であれば赤色光が照射され、光シャッタ３７Ｇまたは３７Ｂだけが開状態であれば、それぞれ緑色光または青色光だけが照射される。また、それぞれの色光の組み合わせも可能である。
【００３３】
コントラストの高い像が得られない場合は、駆動する光シャッタを変えて照射光の色調を変化させる。また、光シャッタ３７の中心部ではなくて、中心から離れた位置に透明部を形成してもよい。そうすると、レンズ３５からは照射角や照射角分布が異なる光が観察部分３ａに照射され、観察部分３ａによってはそのような光のほうがコントラストの高い像が得られる。
【００３４】
さらに、光シャッタ制御部５５によって光シャッタ３７の透明部を２ケ所以上になるように制御し、より適切な照射角の組合わせや色調で観察部分３ａを照明することも可能である。透明部の位置、数、形状を任意に形成し、光シャッタ制御部５５に記憶しておくこと可能である。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成によってコントラストの高い像が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による照明装置の一実施例の概略図である。
【図２】図１の照明装置における色フィルタおよび光シャッタ部分の拡大図である。
【図３】本発明による照明装置の別の実施例の概略図である。
【符号の説明】
１，１０ 照明装置
３ａ 観察部分
５ カメラ
１１ レンズ
１７ 光シャッタ
１９ 色フィルタ
２１ 拡散板
２５ 発光部

Claims (11)

1. 発光部からレンズを介して対象物に光を照射し、基板に付されたパターンを観測するための照明装置であって、
   前記発光部と前記レンズとの間に、複数の色フィルタと、光シャッタとを配置し、
   前記光シャッタが、前記複数の色フィルタの各色に対応する位置の透光性、遮光性を選択的に制御することにより、前記対象物に照射される光の色を可変にし、
   前記光シャッタの光透過領域の位置を変化させて、照射光の照射角を可変にした
   ことを特徴とする基板観測用照明装置。
2. 前記光シャッタが前記レンズの焦点位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の基板観測用照明装置。
3. 前記光シャッタが前記レンズに対し移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の基板観測用照明装置。
4. 前記光透過領域が複数の位置となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の基板観測用照明装置。
5. 前記光透過領域とする複数の位置をパターン化して記憶していることを特徴とする請求項４に記載の基板観測用照明装置。
6. 前記発光部と前記光シャッタとの間に拡散板が配置され、前記拡散板と前記光シャッタとの距離が、前記光シャッタの光透過領域を通した光が前記レンズに対して前記拡散板の位置が光源とならない範囲で配置されることを特徴とする請求項１に記載の基板観測用照明装置。
7. 前記光シャッタと前記レンズとの間に拡散板が配置されることを特徴とする請求項１に記載の基板観測用照明装置。
8. 発光部からレンズを介して対象物に光を照射し、基板に付されたパターンを観測するための照明装置であって、
   前記発光部からの光を複数の色光に分解した後、前記各色光を選択的に合成して前記レンズを介して対象物に照射し、前記各色光の選択が分解された前記各色光の光路に各々配置された光シャッタにより制御され、
   前記光シャッタの光透過領域の位置を変化させて、照射光の照射角を可変にした
   ことを特徴とする基板観測用照明装置。
9. 前記光シャッタの各々が前記レンズの焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の基板観測用照明装置。
10. 前記レンズの焦点位置が、前記光シャッタの各々の位置、または前記光シャッタの光源側に隣接して各々設けられた拡散板の各々の位置の何れか一方を含む範囲で移動可能であることを特徴とする請求項８に記載の基板観測用照明装置。
11. 前記光シャッタと前記発光部との間に各々拡散板が配置されていることを特徴とする請求項８に記載の基板観測用照明装置。

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