JP4155764B2

JP4155764B2 - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JP4155764B2
Application number: JP2002183125A
Authority: JP
Inventors: 章茂白澤; 太郎剱持; 孝士吉野
Original assignee: 株式会社トプコンテクノハウス
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: JP2004029231A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は被測定物の６面を測定可能な顕微鏡装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡装置は試料置き台と該試料置き台に対して垂直な光軸を有する光学系を有し、被測定物を測定する場合、前記試料置き台に前記被測定物を設置し、前記光学系を介して前記被測定物を上方から観察測定していた。
【０００３】
前記被測定物が微少な部品等、例えば半導体チップ、光学素子等である場合、一面のみならず、他の５面についても観察、測定を必要とする場合がある。
【０００４】
従来の顕微鏡装置で被測定物の複数面について測定する場合は、１面を観察測定する度に、被測定物の向きを変え前記試料置き台に設置し、測定を繰返し行っていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の顕微鏡装置では、被測定物の各面を測定する度に該被測定物の向きを変えて試料置き台に設置しなければならないので、作業が極めて煩雑になり、測定に要する時間も長くなる。又、再設置することで、試料置き台に対する試料の位置、角度が変るので、面毎に測定された結果の関連性が不明瞭となり、複数の面について測定した結果の関連付けが困難であり、全体として正確な測定データが得られ難いという問題があった。
【０００６】
本発明は斯かる実情に鑑み、被測定物の６面について該被測定物を再設置することなく、観察測定が可能であり、又各面について得られた測定データの関連付けが可能である顕微鏡装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、観測測定光学系に対向して被測定物が設置される試料載置板が設けられ、前記被測定物の像を前記観測測定光学系の光軸と平行に反射する反射鏡を矩形形状の４辺に位置する様に前記試料載置板に取付け、前記観測測定光学系、前記試料載置板の一方を移動可能とし、前記反射鏡を介して前記観測測定光学系により前記被測定物の観察を可能とした顕微鏡装置に係り、又前記試料載置板が透明であり、該試料載置板の下面に設けられた下面反射鏡と、該下面反射鏡に対向する反射鏡を有し、前記観測測定光学系は前記反射鏡、下面反射鏡を介して前記被測定物の底面を観察可能とした顕微鏡装置に係るものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
【０００９】
図中、１は内部にレンズ群が設けられた観測測定光学系を示し、該観測測定光学系１は自動焦点機構２、及び所要の撮像素子、例えばＣＣＤ等の撮像素子３を具備している。
【００１０】
前記観測測定光学系１に対向してテーブル４が設けられ、該テーブル４は水平２方向、例えば直交するＸ方向、Ｙ方向に移動可能であり、該テーブル４をＸ方向、Ｙ方向に移動させる為のＸ軸モータ５、Ｙ軸モータ６が設けられている。該Ｘ軸モータ５、Ｙ軸モータ６はＸ軸駆動部７、Ｙ軸駆動部８により駆動され、該Ｘ軸駆動部７、該Ｙ軸駆動部８は演算制御部９によって制御される。
【００１１】
前記Ｘ軸モータ５、Ｙ軸モータ６にはエンコーダ等の位置検出器１１，１２が設けられ、該位置検出器１１，１２の検出信号は前記Ｘ軸駆動部７、Ｙ軸駆動部８にフィードバックされると共に前記演算制御部９に入力される。
【００１２】
前記観測測定光学系１を通して得られる画像は、前記撮像素子３により撮像され、電気信号として画像処理部１３に入力される。該画像処理部１３はフレームメモリ１４に前記撮像素子３で得られる画像を記憶させ、又前記フレームメモリ１４より画像データを随時取込むことができる様になっている。前記画像処理部１３は前記フレームメモリ１４で記憶された画像について各画素の出力、及び該出力に関連付けた画素の位置情報を前記演算制御部９に入力する様になっている。
【００１３】
該演算制御部９には演算結果を記憶する記憶部１５、演算結果を表示する表示部１６が接続されている。又、前記記憶部１５には顕微鏡装置の測定作動に必要なシーケンスプログラム、或は測定を行うのに必要な設定値等が格納記録されている。
【００１４】
前記テーブル４には試料置き台１７が取付けられる。
【００１５】
該試料置き台１７は図２に示される様に、上面が開放され、４側板１８，１９，２１，２２と試料載置板２３がそれぞれ正確に直交する様、透明な板材で形成された升状をしており、平面形状は好ましくは正方形となっている。尚、図２中では分り易くする為、前記試料載置板２３を下方にずらして示している。
【００１６】
該試料載置板２３には前記側板１８，２１と平行な溝２４、及び前記側板１９，２２と平行な溝２５が刻設され、前記溝２４と溝２５の交点Ｏは前記試料置き台１７の図形中心と合致している。尚、前記溝２４、溝２５は単に線を刻印するだけでもよい。
【００１７】
前記側板１８の外面には該側板１８と平行で４５゜の角度を成す反射面を有する反射鏡２６を取付け、前記側板１９，２１，２２についても同様に反射鏡２７，２８，２９を取付ける。前記試料載置板２３の下面に前記溝２５と平行で前記試料載置板２３と４５゜の角度を成す反射面を有する反射鏡３１を取付ける。又、該反射鏡３１の反射面の中心は前記溝２４と溝２５の交点Ｏに対応している。前記反射鏡３１に対向する様に反射鏡３２が前記テーブル４に設けられる。
【００１８】
前記反射鏡２６，２７，２８，２９は前記試料載置板２３上で矩形形状の４辺に位置する様に配置され、前記交点Ｏと前記反射鏡２６，２７，２８，２９，３２の反射面の中心との水平距離は、前記試料置き台１７の形状、製作寸法から既知の値となっている。又、前記反射鏡２６，２７，２８，２９，３２の反射光軸は、前記試料載置板２３と垂直、即ち前記観測測定光学系１の光軸と平行となっている。
【００１９】
以下、作動について説明する。
【００２０】
先ず、前記観測測定光学系１の光軸が前記交点Ｏを通過する状態でのテーブル４の位置を０点、例えばＸ軸、Ｙ軸の交点と設定する。即ち、前記位置検出器１１，１２の検出位置を０セットする。
【００２１】
前記テーブル４を被測定物３３を設置し易い位置迄移動させ、該被測定物３３を前記試料置き台１７の交点Ｏの位置に設置する。前記テーブル４を０点に移動させ、測定を開始する。前記記憶部１５に格納されていたシーケンスプログラムが起動する。
【００２２】
前記撮像素子３により前記被測定物３３を撮像し、画像を前記フレームメモリ１４に記録する。前記テーブル４が０点位置で撮像された前記被測定物３３の画像は平面画像となる。
【００２３】
シーケンスプログラムに従って、前記テーブル４が図１、図２中右方向に移動される。前記テーブル４の移動は前記演算制御部９からの駆動指令が前記Ｘ軸駆動部７に入力されることで行われる。又、駆動指令と共に前記テーブル４の移動量についても前記Ｘ軸駆動部７に指令される。上記した様に、前記テーブル４の移動量は既知の値であり、予め前記記憶部１５に設定入力されている。
【００２４】
前記Ｘ軸駆動部７は指令された移動量と前記位置検出器１１からフィードバックされる前記テーブル４の移動量が合致する迄、該テーブル４を移動させる。該テーブル４が移動された位置では、前記観測測定光学系１の光軸が前記反射鏡２７の反射面の中央、即ちｘ１位置を通過する。
【００２５】
前記観測測定光学系１は前記反射鏡２７の反射面を介して前記被測定物３３の像を前記撮像素子３に投影する。前記反射鏡２７を介して撮像することで、０点位置で撮像する場合と光路長が異なるが、前記自動焦点機構２によって焦点合せが成される。前記ｘ１位置で撮像された被測定物３３の画像は左側面画像となる。
【００２６】
前記ｘ１位置での撮像が完了すると、同様な作動で前記テーブル４が図中左に移動され、前記観測測定光学系１の光軸が前記反射鏡２９の反射面の中央、即ちｘ２位置を通過する様前記テーブル４の位置が設定される。前記自動焦点機構２によって焦点合せが成され、前記ｘ２位置で撮像された被測定物３３の画像は右側面画像となる。右側面画像が前記撮像素子３、画像処理部１３を介して前記フレームメモリ１４に記録される。
【００２７】
更に、所定量前記テーブル４が移動され、前記観測測定光学系１の光軸の位置が前記反射鏡３２の反射面の中央、即ちｘ３位置を通過する様に、前記テーブル４の位置が設定される。前記自動焦点機構２によって焦点合せが成され、前記被測定物３３の画像が前記反射鏡３１，３２で反射され、前記観測測定光学系１に入射する。前記ｘ３位置で撮像された被測定物３３の画像は底面画像となる。該底面画像が前記フレームメモリ１４に記録される。
【００２８】
同様にして、前記Ｙ軸モータ６が駆動され、前記観測測定光学系１の光軸が前記反射鏡２６，２８の反射面の中央、即ちｙ１位置、ｙ２位置となる様に前記テーブル４の位置が設定され、ｙ１位置、ｙ２位置での前記被測定物３３の画像が撮像される。ｙ１位置では背面画像、ｙ２位置では正面画像となる。
【００２９】
前記フレームメモリ１４に記録された各面の画像は、前記画像処理部１３を介して前記演算制御部９に取込まれ、前記表示部１６に表示される。又、各画像の各画素毎の信号が位置信号と共に前記記憶部１５に記録される。
【００３０】
尚、上記説明はシーケンスプログラムに従って、画像を自動的に撮像する場合を説明したが、手動により前記テーブル４を移動させ、測定者が前記観測測定光学系１により直接前記被測定物３３を観察、測定できることは言う迄もない。
【００３１】
尚、該被測定物３３が正確に交点Ｏに設置されていない場合も、撮像された平面画内での被測定物３３の位置により交点Ｏに対するずれ量も演算により算出でき、画像処理で前記被測定物３３を交点Ｏに修正することができる。
【００３２】
次に、前記被測定物３３の特定点について測定する場合、画像上で特定点を指定することで、各画素の出力と各画素の位置情報が関連付けされて前記記憶部１５に記録されているので、特定点の位置データが直ちに算出される。又、各撮像画面間の位置関係も前記試料置き台１７の形状が既知であること、前記ｘ１，ｘ２，ｘ３、前記ｙ１，ｙ２の位置関係が既知であること等から容易に演算でき、特定点の３次元座標での位置を容易に特定できる。
【００３３】
而して、前記被測定物３３の傾きについても、各画像間の比較により測定できる。又、前記反射鏡２６，２７，２８，２９の取付け位置を前記交点Ｏに関して正確に設定することで、画像に傾き、位置ずれがあった場合も、画像処理により撮像した画像の傾き、位置を修正することもできる。
【００３４】
又、前記被測定物３３に対する撮像位置、撮像方向が特定されているので、前記フレームメモリ１４に記録されている画像から、前記被測定物３３の立体画像を合成することもできる。
【００３５】
而して、該被測定物３３の６面画像を取得できるだけでなく、画像処理により、前記被測定物３３に関する種々のデータを取得することができる。
【００３６】
又、画像処理から該被測定物３３の位置を修正できることから、該被測定物３３を前記交点Ｏに正確に設置しなくても、大体の位置に設置すればよい。更に、前記観測測定光学系１で投影される被測定物３３の画像が撮像素子３の中心となる様に前記テーブル４を移動し、この場合の該テーブル４の移動量を前記位置検出器１１，１２により検出し、移動量を基に前記被測定物３３の設置位置を演算により補正する様にすれば、該被測定物３３を前記試料載置板２３の任意の位置に設置可能となり、前記溝２４、溝２５を省略することもできる。
【００３７】
図４は本実施の形態の応用例を示している。
【００３８】
該応用例では、前記反射鏡３２を省略し、前記反射鏡２９を移動可能に設け、前記被測定物３３の底面を測定する場合は、前記反射鏡２９をｘ２、又はｘ３の位置に移動する様にしたものである。
【００３９】
尚、上記実施の形態では前記テーブル４を移動させたが、前記観測測定光学系１を移動する様にしてもよい。更に、上記実施の形態では前記反射鏡２６，２７，２８，２９を前記側板１８，１９，２１，２２を介して前記試料載置板２３に取付けたが、図３に示す様な反射鏡を前記試料載置板２３に直接取付けてもよい。
【００４０】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、観測測定光学系に対向して被測定物が設置される試料載置板が設けられ、前記被測定物の像を前記観測測定光学系の光軸と平行に反射する反射鏡を矩形形状の４辺に位置する様に前記試料載置板に取付け、前記観測測定光学系、前記試料載置板の一方を移動可能とし、前記反射鏡を介して前記観測測定光学系により前記被測定物の観察を可能としたので、該被測定物を設置し直すことなく、少なくとも５面について観察が可能であり、又４組の反射鏡の位置が固定され、位置関係も既知であるので、画像処理により被測定物の測定が可能となり、又反射鏡の設置状態に誤差があっても画像処理により修正が可能であり、作業性が著しく向上する等の優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】同前本発明の実施の形態に於ける試料置き台の斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に於ける光路概略図である。
【図４】本発明の実施の形態の応用例に於ける光路概略図である。
【符号の説明】
１観測測定光学系
２自動焦点機構
３撮像素子
４テーブル
１７試料置き台
２３試料載置板
２６反射鏡
２７反射鏡
２８反射鏡
２９反射鏡
３１反射鏡
３２反射鏡
３３被測定物

Claims

撮像素子を有する観測測定光学系に対向して被測定物が設置される試料載置板が設けられ、前記被測定物の像を前記観測測定光学系の光軸と平行に反射する反射鏡を矩形形状の４辺に位置する様に前記試料載置板に取付け、前記観測測定光学系、前記試料載置板の一方を駆動部により前記矩形形状の直交する２辺と平行な２方向に移動可能とすると共に前記観測測定光学系の光軸と前記反射鏡による前記被測定物の像の反射方向とを合致可能とし、前記反射鏡を介して前記観測測定光学系により前記被測定物の観察及び撮像を可能とした顕微鏡装置であって、前記駆動部により移動した位置を検出する位置検出器と、前記撮像素子により撮像された画像と前記位置検出器により検出した位置とを関連付けて記憶する記憶部とを具備することを特徴とする顕微鏡装置。
前記試料載置板が透明であり、該試料載置板の下面に設けられた下面反射鏡と、該下面反射鏡に対向する反射鏡を有し、該２つの反射鏡により前記被測定物の像を前記観測測定光学系の光軸と平行に反射し、前記観測測定光学系は前記反射鏡、下面反射鏡を介して前記被測定物の底面を観察及び撮像可能とした請求項１の顕微鏡装置。
前記撮像素子で撮像した画像間の比較により前記被測定物の傾きを測定する請求項１又は、請求項２の顕微鏡装置。
前記画像間の位置ずれ、傾きを画像処理により修正する請求項１又は、請求項２の顕微鏡装置。