JP4406873B2 - Scan measurement inspection equipment - Google Patents
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Description
本発明は、高精度広視野を有して物体の高さ情報を測定するスキャン測定検査装置に関し、特に詳細には、光路切り替えミラーにより高さ情報と2次元情報とを測定することができるスキャン測定検査装置に関する。 The present invention relates to a scan measurement inspection apparatus that measures the height information of an object with a high-precision wide field of view, and more particularly, a scan that can measure height information and two-dimensional information by an optical path switching mirror. The present invention relates to a measurement inspection apparatus.
半導体デバイスの高集積化に伴い、その回路パターンは微細化しており、高性能な検査装置が求められている。例えば、バンプ電極の形状及び高さを正確に測定する必要があり、このような測定に対しては共焦点方式の高さ測定装置が用いられている。この共焦点方式の高さ測定装置とは、照明光を共焦点ピンホールによりスポット光にして被検物(例えば、バンプ電極)に照射し、このスポット光の反射像を共焦点ピンホールを通過させて撮像素子で検出するものであり、セクショニング効果により被検物の高さを高精度に得ることができる(例えば、特許文献1参照)。 Along with the high integration of semiconductor devices, the circuit pattern is miniaturized, and a high-performance inspection apparatus is required. For example, it is necessary to accurately measure the shape and height of the bump electrode, and a confocal height measuring device is used for such measurement. This confocal height measuring device uses illumination light as spot light through a confocal pinhole and irradiates a test object (for example, a bump electrode). The reflected image of this spot light passes through the confocal pinhole. Thus, the height of the test object can be obtained with high accuracy by the sectioning effect (see, for example, Patent Document 1).
ところで、半導体デバイスの製造等においては、被検物の高さ情報だけでなく2次元情報の取得(例えば、2次元長さ測定等)も必要であり、このような2次元情報を測定する場合は、横画素分解能を上げる必要がある。しかしながら、高さ情報測定においては、スループットを上げるために開口数を大きくして広視野で観察することが必要であり、同じ光学系を用いて2次元情報を測定するために横画素分解能を上げることと、高さ情報を測定するために開口数を大きくすることとを同時に満足させることは難しいという課題があった。 By the way, in the manufacture of semiconductor devices, it is necessary to acquire not only the height information of the test object but also two-dimensional information (for example, two-dimensional length measurement), and when measuring such two-dimensional information. Needs to increase the horizontal pixel resolution. However, in height information measurement, it is necessary to increase the numerical aperture and observe with a wide field of view in order to increase the throughput, and to increase the horizontal pixel resolution in order to measure two-dimensional information using the same optical system. In addition, there is a problem that it is difficult to simultaneously satisfy this and increasing the numerical aperture in order to measure height information.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光路上に光路切り替えミラーを挿抜することにより、高さ測定光学系と2次元測定光学系とを切り替えて被検物の高さ情報及び2次元情報を取得することができるスキャン測定検査装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem. By inserting and removing an optical path switching mirror on the optical path, the height measuring optical system and the two-dimensional measuring optical system are switched to change the height of the test object. An object of the present invention is to provide a scan measurement inspection apparatus capable of acquiring information and two-dimensional information.
前記課題を解決するために、第1の本発明に係るスキャン測定検査装置は、光源(例えば、実施形態における第1照明用光源16)、共焦点ピンホールを有する共焦点ディスク、前記光源からの光線を前記共焦点ディスクに照射して前記共焦点ピンホールを通過した光線を被検物に集光照射して前記共焦点ピンホールの像を結像する対物レンズ(例えば、実施形態における第1対物レンズ7)、及び、前記被検物で反射した前記共焦点ピンホールの反射像を前記対物レンズ及び前記共焦点ピンホールを通過させて検出する高さ情報検出手段(例えば、実施形態における高感度CFカメラ14及び低感度CFカメラ15)を有する高さ測定光学系と、前記対物レンズと前記共焦点ディスクとの間の光路上に挿抜される光路切り替えミラー(例えば、実施形態における第1ミラー20)と、前記光路切り替えミラーが前記高さ測定光学系の光路上に挿入されたときに、前記切り替えミラーの光路上に延びるズームレンズ系、及び、前記ズームレンズ系で変倍された前記被検物の像を検出する2次元情報検出手段(例えば、実施形態における明視野カメラ25)を有する2次元測定光学系とを備え、前記光路切り替えミラーが前記高さ測定光学系の光路上から抜き出されたときは、前記高さ情報検出手段で前記被検物の高さ情報を取得し、前記光路切り替えミラーが前記高さ測定光学系の光路上に挿入されたときは、前記2次元情報検出手段で前記被検物の2次元情報を取得するように構成される。
In order to solve the above problems, a scan measurement inspection apparatus according to a first aspect of the present invention includes a light source (for example, the first
なお、上記構成のスキャン測定検査装置において、前記光路切り替えミラーが、前記高さ測定光学系の光路上に挿抜される第1ミラーと、前記第1ミラーと対向して配設された第2ミラーとを有して構成され、前記2次元測定光学系の光路が前記高さ測定光学系の光路と略平行に延びるように構成することが好ましい。さらにこのとき、前記第1ミラーと前記第2ミラーとが一体に移動して前記第1ミラーが前記高さ測定光学系の光路上から挿抜されるように構成することが好ましい。また、前記光路切り替えミラーが挿入される位置のテレセントリシティが0.04ラジアン以下であることが好ましい。In the scan measurement inspection apparatus having the above-described configuration, the optical path switching mirror includes a first mirror that is inserted into and removed from the optical path of the height measurement optical system, and a second mirror that is disposed to face the first mirror. It is preferable that the optical path of the two-dimensional measurement optical system extends substantially parallel to the optical path of the height measurement optical system. Further, at this time, it is preferable that the first mirror and the second mirror move together so that the first mirror is inserted and removed from the optical path of the height measuring optical system. Moreover, it is preferable that the telecentricity of the position where the said optical path switching mirror is inserted is 0.04 radians or less.
また、第2の本発明に係るスキャン測定検査装置は、被検物で反射した光線を集光する対物レンズ、前記被検物で反射して前記対物レンズを通過した前記被検物の像を変倍するズームレンズ系、及び、前記ズームレンズ系で変倍された前記被検物の像を検出する2次元情報検出手段を有する2次元測定光学系と、前記対物レンズと前記ズームレンズ系との間の光路上に挿抜される光路切り替えミラーと、光源、共焦点ピンホールを有する共焦点ディスク、及び、前記光源からの光線を前記共焦点ディスクに照射して前記共焦点ピンホールを通過した光線を、前記2次元測定光学系の光路上に挿入された前記光路切り替えミラーで反射して前記対物レンズにより前記被検物に集光照射し、前記被検物で反射した前記共焦点ピンホールの反射像を前記対物レンズ及び前記共焦点ピンホールを通過させて検出する高さ情報検出手段を有する高さ測定光学系とを備え、前記光路切り替えミラーが前記2次元測定光学系の光路上から抜き出されたときは、前記2次元情報検出手段で前記被検物の2次元情報を取得し、前記光路切り替えミラーが前記2次元測定光学系の光路上に挿入されたときは、前記高さ情報検出手段で前記被検物の高さ情報を取得するように構成される。 Further, the scan measurement inspection apparatus according to the second aspect of the present invention includes an objective lens that collects the light beam reflected by the test object, and an image of the test object that is reflected by the test object and passes through the objective lens. A zoom lens system for zooming, a two-dimensional measurement optical system having a two-dimensional information detecting means for detecting an image of the test object scaled by the zoom lens system, the objective lens, and the zoom lens system An optical path switching mirror inserted into and extracted from the optical path between the light source, a confocal disc having a confocal pinhole, and a light beam from the light source irradiated to the confocal disc and passed through the confocal pinhole The confocal pinhole reflected by the test object after being reflected by the objective lens and reflected by the optical path switching mirror inserted on the optical path of the two-dimensional measurement optical system. Reflection image of Serial and a height measuring optical system having an objective lens and the height information detection means for detecting by passing the confocal pinhole, the optical path switching mirror is withdrawn from the optical path of the two-dimensional measurement optical system When the two-dimensional information detecting means acquires the two-dimensional information of the test object, and the optical path switching mirror is inserted into the optical path of the two-dimensional measuring optical system, the height information detecting means It is comprised so that the height information of the said test object may be acquired.
なお、上記構成のスキャン測定検査装置において、前記光路切り替えミラーが、前記2次元測定光学系の光路上に挿抜される第1ミラーと、前記第1ミラーと対向して配設された第2ミラーとを有して構成され、前記高さ測定光学系の光路が前記2次元測定光学系の光路と略平行に延びるように構成することが好ましい。さらにこのとき、前記第1ミラーと前記第2ミラーとが一体に移動して前記第1ミラーが前記2次元測定光学系の光路上から挿抜されるように構成することが好ましい。また、前記光路切り替えミラーが挿入される位置のテレセントリシティが0.04ラジアン以下であることが好ましい。In the scan measurement inspection apparatus having the above-described configuration, the optical path switching mirror includes a first mirror that is inserted into and extracted from the optical path of the two-dimensional measurement optical system, and a second mirror that is disposed to face the first mirror. It is preferable that the optical path of the height measuring optical system extends substantially parallel to the optical path of the two-dimensional measuring optical system. Further, at this time, it is preferable that the first mirror and the second mirror move together so that the first mirror is inserted and removed from the optical path of the two-dimensional measurement optical system. Moreover, it is preferable that the telecentricity of the position where the said optical path switching mirror is inserted is 0.04 radians or less.
第1及び第2の本発明に係るスキャン測定検査装置を以上のように構成すると、1台の装置で広視野を有する高さ測定光学系と、横画素分解能の高い2次元測定光学系とを高精度に実現することができるため、被検物の測定・検査を効率よく行うことができる。 When the scan measurement inspection apparatus according to the first and second aspects of the present invention is configured as described above, the height measurement optical system having a wide field of view with one apparatus and the two-dimensional measurement optical system having a high lateral pixel resolution are provided. Since it can implement | achieve with high precision, the measurement and test | inspection of a test object can be performed efficiently.
また、第1の本発明に係るスキャン測定検査装置では光路切り替えミラーを対物レンズと共焦点ディスクとの間の光路上に挿抜するように構成することにより、第2の本発明に係るスキャン測定検査装置では光路切り替えミラーを対物レンズとズームレンズ系との間の光路上に挿抜されるように構成することにより、他の光学部材に大きな影響を与えずに高さ測定光学系と2次元測定光学系とを切り替えることができる。このとき、光路切り替えミラーが挿入される位置のテレセントリシティを0.04ラジアン以下とすることにより、2次元測定光学系が必要以上に大型化することがない。 Further, by forming the first optical path switching mirror the scanning measurement and inspection apparatus according to the present invention so that insertion into the optical path between the objective lens and the confocal disk scanning measurement and inspection according to the second aspect of the present invention In the apparatus, the optical path switching mirror is configured to be inserted into and extracted from the optical path between the objective lens and the zoom lens system, so that the height measuring optical system and the two-dimensional measuring optics are not greatly affected by other optical members. The system can be switched. At this time, by setting the telecentricity at the position where the optical path switching mirror is inserted to 0.04 radians or less, the two-dimensional measurement optical system does not become larger than necessary.
なお、光路切り替えミラーを第1ミラーと第2ミラーとから構成することにより、高さ測定光学系と2次元測定光学系の光路を略平行にすることができるため、本発明に係るスキャン測定検査装置を小型化することができる。さらに、第1ミラーと第2ミラーとを一体に移動させるように構成することにより、2次元測定光学系において被検物の2次元情報を精度良く測定することができる。 Since the optical path switching mirror is composed of the first mirror and the second mirror, the optical path of the height measurement optical system and the two-dimensional measurement optical system can be made substantially parallel, so the scan measurement inspection according to the present invention. The apparatus can be miniaturized. Furthermore, by configuring the first mirror and the second mirror so as to move together, the two-dimensional measurement optical system can measure the two-dimensional information of the test object with high accuracy.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図1は本発明に係るスキャン測定検査装置1を示しており、一度のスキャンで広視野の高さ測定を行う高さ測定光学系2と、ズーミングにより求めたい位置の2次元測定を高精度で行う2次元測定光学系3とから構成される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a scan measurement inspection apparatus 1 according to the present invention, which is a height measurement
高さ測定光学系2は、被検物5から光軸上に並んで、1/4λ板6、第1対物レンズ7、第2対物レンズ8、共焦点ディスク9、第1偏光ビームスプリッタ11、第1リレーレンズ12、ハーフプリズム13及び高感度CFカメラ14を有しており、また、ハーフプリズム13の側方に低感度CFカメラ15を有し、第1偏光ビームスプリッタ11の側方に、第1コンデンサレンズ17と第1照明用光源16を有している。
The height measuring
この高さ測定光学系2において、第1照明用光源16から出射された光線は第1コンデンサレンズ17で平行光に変換され、第1偏光ビームスプリッタ11に入射する。この第1偏光ビームスプリッタ11は、入射した光線のうちP偏光を透過し、S偏光を反射する性質を有しており、反射した光線(S偏光)が共焦点ディスク9の上面に照射される。
In the height measuring
共焦点ディスク9は、薄い円板状に形成されており、板厚方向に貫通する共焦点ピンホール9aが螺旋状に多数形成され(このような構成の共焦点ディスクはニッポウディスクとも呼ばれる)、第1偏光ビームスプリッタ11で反射された光線(照明光)を遮るように、高さ測定光学系2の光軸に対して直交するように配置されている。この共焦点ディスク9は、モータ10により所定の回転速度で回転されており、共焦点ピンホール9aを通過した照明光は、第2対物レンズ8及び第1対物レンズ7でステージ上に載置されている被検物5に共焦点ピンホール9aの像として集光されて照射される。なお、図1においては2つの共焦点ピンホール9aを図示している。
The confocal disc 9 is formed in a thin disc shape, and a large number of
被検物5に集光照射された共焦点ピンホール9aの像は、被検物5の表面(以下、「物体面O」と呼ぶ)で反射されて、再び第1対物レンズ7に入射し、この第1対物レンズ7及び第2対物レンズ8で集光されて共焦点ディスク9の下面に被検物5の表面の像を結像し、さらに、共焦点ピンホール9aを通過する。このとき、第1照明用光源16から出射されて共焦点ピンホール9aを通過した照明光(S偏光)は、第1対物レンズ7と被検物5との間に配設された1/4λ板6を2回通過するため、P偏光に変換される。そのため、第1偏光ビームスプリッタ11を透過することができ、この第1偏光ビームスプリッタ11を通過した後、第1リレーレンズ12で集光されてハーフプリズム13を一部の光線が透過して高感度CFカメラ14の撮像面に共焦点ピンホール9aの反射像として結像する。また、ハーフプリズム13で残りの光線が反射し低感度CFカメラ15の撮像面に共焦点ピンホール9aの反射像として結像する。なお、ハーフプリズム13は約70%の光線を反射し、約30%の光線を透過するように構成されている。
The image of the
本実施例に係るスキャン測定検査装置1において検査の対象とする被検物10は、材質の違いにより物体面Oでの照明光の反射率が約200倍程度の差が生じることがあるため、1台のカメラで共焦点ピンホール9aの反射像を効率良く測定することは困難である。そのため、ハーフプリズム13で透過光と反射光に分けて、被検物5の材質(反射率)に応じてそれぞれ検出感度の異なる2台のカメラ(高感度CFカメラ14及び低感度CFカメラ15)を切り替えて検出するように構成されている。このカメラ14,15で検出された反射像の信号は、処理装置18に渡される。
The
また、1/4λ板6でS偏光をP偏光に変換して第1偏光ビームスプリッタ11を透過させるように構成することにより、第1偏光ビームスプリッタ11よりも被検物側の光学部材の表面で反射するフレア光(このフレア光は、1/4λ板6を通過していないためS偏光である)を第1偏光ビームスプリッタ11で遮断して、カメラ14,15に入射しないようにすることができ、高さ測定の精度を向上させることができる。
Further, the surface of the optical member closer to the test object than the first polarizing beam splitter 11 is configured by converting the S-polarized light into P-polarized light by the ¼λ plate 6 and transmitting it through the first polarizing beam splitter 11. Is blocked by the first polarization beam splitter 11 so that it does not enter the
このように、共焦点ピンホール9aが形成された共焦点ディスク9をモータ10により所定の速度で高速回転させることにより、この共焦点ピンホール9aを通過した照明光がスポット光として被検物5の物体面Oをスキャンすることとなり、この共焦点ピンホール9a(スポット光)の反射像を高感度CFカメラ14若しくは低感度CFカメラ15で検出して処理装置18で処理することにより、被検物5の高さ情報を得ることができる。
Thus, by rotating the confocal disc 9 in which the
カメラ14,15の撮像面に結像される共焦点ピンホール9a(スポット光)の反射像は、第1対物レンズ7の焦点面が物体面Oに一致しているときだけ明るく写り、物体面Oが光軸方向に焦点面からずれているときは暗く写る。そのため、本実施例に係るスキャン測定検査装置1では、第1対物レンズ7を光軸方向に移動させて反射像の光の強度変化をカメラ14,15で取得して高さ情報を求めるように構成されている。以下、具体的な方法について説明する。
The reflected image of the
第1対物レンズ7は、駆動部19により被検物5に対して光軸に沿って上下に移動可能なように構成されている。そのため、第1対物レンズ7の焦点面付近に被検物5の物体面Oが位置するようにしてこの第1対物レンズ7を上下に移動させると、第1対物レンズ7の光軸方向位置Zとカメラ14,15で検出される反射像の光の強度Iとの関係は、図2に示すように、第1対物レンズ7の焦点面と物体面Oとが一致する位置Z0において、光の強度Iが最も大きくなるような分布を示す(以降、光の強度Iの最大値を「IZピーク値」と呼ぶ)。よって、処理装置18で駆動部19を制御して第1対物レンズ7を光軸方向に移動させて、カメラ14,15で検出された信号のIZピーク値を求めることにより、そのときの第1対物レンズ7の光軸方向位置Z(Z0)から、被検物5の高さ情報を得ることができる。このとき、第1対物レンズ7及び第2対物レンズ8からなる結像光学系を被検物5側がテレセントリックとなるように構成することにより、第1対物レンズ7が移動してデフォーカスしてもこの結像光学系における倍率変動がないため、同一倍率で反射像を測定することができ、測定精度に影響を与えることがない。
The first objective lens 7 is configured to be movable up and down along the optical axis with respect to the
なお、上述のように、共焦点ディスク9を所定の速度で高速に回転させて被検物5をスキャンしているため、被検物5(物体面O)上の多数のポイントに対する高さ情報を同時に測定することができる。このとき、物体面O上の測定範囲は、カメラ14,15の撮像面の撮像視野に対応し、被検物5の高さ情報の測定範囲は、第1対物レンズ7の光軸方向の移動範囲に対応する。また、物体面Oが高さ測定光学系2の光軸に対して傾きがあると、この物体面Oで反射した反射光(共焦点ピンホール9aの反射像)が第1対物レンズ7に入射せず測定できない。そのため、高さ情報の測定可能な物体面Oの傾きの範囲は、第1対物レンズ7の開口数により決定される。
As described above, since the
次に、2次元測定光学系3について説明する。この2次元測定光学系3は、高さ測定光学系2の光軸上で第2対物レンズ8と共焦点ディスク9との間に第1ミラー20を挿抜することにより、2次元測定光学系3で被検物5の測定が可能なように構成されている。そのため、2次元測定光学系3は、被検物5から順に、第1対物レンズ7、第2対物レンズ8、第1ミラー20、この第1ミラー20の側方に配設されて第1ミラー20と対向する第2ミラー21、第2ミラー21の上方に配設された第2偏光ビームスプリッタ22、第2リレーレンズ23、第2リレーレンズ23を構成する2枚のレンズの間に配設されたズーム光学系24及び明視野カメラ25とから構成される。また、第2偏光ビームスプリッタ22の側方には、第2コンデンサレンズ27及び第2照明用光源26を有している。なお、第1対物レンズ7と第2対物レンズ8は、高さ測定光学系2と共用されている。
Next, the two-dimensional measurement
この2次元測定光学系3において、第2照明用光源26から出射された光線は第2コンデンサレンズ27で平行光に変換され第2偏光ビームスプリッタ22に入射する。この第2偏光ビームスプリッタ22も、入射した光線のうちP偏光を透過し、S偏光を反射する性質を有しており、反射した光線(S偏光)が第2ミラー21に入射する。そして、第2ミラー21で側方に反射された光線はさらに第1ミラー20で下方に反射されて第2対物レンズ8及び第1対物レンズ7で集光されて被検物5に照射される。被検物5で反射した光線は、第1対物レンズ7及び第2対物レンズ8により集光され第1ミラー20及び第2ミラー21で反射されて上方に出射して第2偏光ビームスプリッタ22に入射する。
In the two-dimensional measurement
この2次元測定光学系3においても、第2偏光ビームスプリッタ22で反射されたS偏光の光線は、1/4λ板6を2回透過してP偏光の光線に変換されているため、被検物5で反射された照明光は第2偏光ビームスプリッタ22を透過することができる。そのため、第2偏光ビームスプリッタ22よりも被検面側の光学部材の表面で発生したフレア光は第2偏光ビームスプリッタ22で遮断されるため、被検物5のクリアな画像を取得することができる。この第2偏光ビームスプリッタ22を透過した光線は、第2リレーレンズ23及びズーム光学系24により変倍されて明視野カメラ25の撮像面に被検物5の反射像として結像される。明視野カメラ25で検出された信号は処理装置18に渡される。
Also in the two-dimensional measurement
なお、2次元測定光学系3においても、焦点合わせは処理装置18から駆動部19を制御することにより第1対物レンズ7を光軸に沿って上下に移動させることにより行われる。この第1対物レンズ7を移動させて焦点を合わせるために、2次元測定光学系3はフォーカス光学系4を有している。フォーカス光学系4は、フォーカス用光源28、フォーカス用コンデンサレンズ29、フォーカス用リレーレンズ30、第1対物レンズ7と第2対物レンズ8の間のアフォーカル系に配置されたダイクロイックミラー31、フォーカス用コンデンサレンズ29とフォーカス用リレーレンズ30の間の光軸上に配置されたフォーカス用ミラー32、フォーカス用対物レンズ33及びフォーカス用CCDカメラ34とから構成される。
In the two-dimensional measurement
フォーカス用光源28は、焦点合わせのための光線を出射するものであり、例えば、赤外線を出射する。このフォーカス光学系4において、フォーカス用光源28から出射した光線はフォーカス用コンデンサレンズ29で平行光に変換される。平行光に変換された光線の瞳の半分は図示しない遮光板等により遮光され、残りの半分がリレーレンズ30に入射してリレーされダイクロイックミラー31に入射する。ダイクロイックミラー31は、所定の波長帯域の光線を反射し、それ以外の光線を透過するように構成されている(例えば、赤外光を反射し可視光を透過するように構成されている)。そのため、ダイクロイックミラー31に入射したフォーカス用の照明光(赤外線)は下方に反射され、第1対物レンズ7で被検物5に集光照射される。なお、上述のように、このダイクロイックミラー31は赤外線だけを反射するため、高さ測定光学系2や2次元測定光学系3の照明光(可視光)は透過されて高さ測定や2次元測定を妨げることはない。
The
被検物5に照射されたフォーカス用の光線は、被検物5で反射して第1結像レンズ7でコリメートされて、ダイクロイックミラー31で側方に反射される。そして、リレーレンズ30を経てフォーカス用ミラー32で上方に反射される。なお、フォーカス用ミラー32は、上述の遮光板で遮光される側に配置することにより、フォーカス用照明光源28から出射した光線と干渉することがない。フォーカス用ミラー32で反射した光線はフォーカス用対物レンズ33で結像されてフォーカス用CCDカメラ34の撮像面に結像され、検出された信号が処理装置18に渡される。
The focusing light beam applied to the
そのため、第1対物レンズ7を上下に移動させてその焦点が被検物5の上面に一致したときに、フォーカス用CCDカメラ34で検出される信号の強度(光の強度)が最大になるようにフォーカス用光学系4を構成するとともに、フォーカス用CCDカメラ34で検出された信号の強度が最大となったときに、2次元測定光学系3により被検物5に焦点が合った明瞭な画像を取得できるように構成することにより、フォーカス用CCDカメラ34の検出信号を用いて処理装置18で駆動部19を制御してオートフォーカスを行うことができる。
Therefore, when the first objective lens 7 is moved up and down and its focal point coincides with the upper surface of the
この2次元測定光学系3においては、ズーム光学系24を構成するレンズ等を光軸方向に移動させて明視野カメラ25で取得される被検物5の画像を変倍(拡大・縮小)するように構成されている。そのため、ズーミングにより求めたい位置の2次元測定を精度良く行うことができる。このようなズーム光学系24の特性上、最も拡大したときに第1対物レンズ7の開口数が最大となり、それよりも縮小すると開口数は小さくなる。しかしながら、高さ測定光学系2においては、広い範囲を精度良く高さ測定する必要があり、また、上述のように開口数は大きい方が良い。そのため、高さ測定光学系2と2次元測定光学系3とを一体に構成することは困難であるが、本実施例のように第1ミラー20で被検物5に対する光路を切り替えることにより、それぞれの用途に応じた測定を効率よく行うことができる。
In the two-dimensional measurement
このとき、第1ミラー20が挿入される位置におけるテレセントリシティは0.04ラジアン以下であることが望ましい。このテレセントリシティよりも大きいと、第1ミラー20で反射した後の光線の光束が必要以上に大きくなり、それに伴って2次元測定光学系3が必要以上に大きくなってしまうからである。
At this time, the telecentricity at the position where the
この本実施例においては、2次元測定光学系3を第1ミラー20及び第2ミラー21を用いて高さ測定光学系2に対して略平行に延びるように構成することにより、スキャン測定検査装置1をコンパクトにしているが、第2ミラー21を用いずに、第1ミラー20で反射させて高さ測定光学系2に対して2次元測定光学系3が側方に延びるように構成することも可能である。
In this embodiment, the two-dimensional measurement
なお、図1に示すように、第1ミラー20と第2ミラー21を用いて実現する場合に、第1ミラー20を高さ測定光学系2に対して挿抜することにより高さ測定光学系2による測定と2次元測定光学系3による測定とを切り替えることが可能であるが、第1ミラー20を移動させると、第1ミラー20と第2ミラー21の位置を正確に一致させて被検物5の像を明視野カメラ25の撮像面に正確に結像させることが難しくなる。そのため、第1ミラー20と第2ミラー21を図示しない筐体等で固定して一体に移動させて光路上から第1ミラ20を挿抜するように構成することが望ましい。このように構成すると、第1ミラー20と第2ミラー21との位置が固定されるため、精度良く被検物5の像を明視野カメラ25の撮像面に結像させることができる。
As shown in FIG. 1, when the
また、本実施例においては、第1ミラー20を共焦点ディスク9と第2対物レンズ8との間の光路上に挿抜するように構成したが、このように構成することにより、他の光学部材の設計に与える影響を最小限にして高さ測定光学系2と2次元測定光学系3とを配設することができる。ただし、この第1ミラー20は、第2対物レンズ8とダイクロイックミラー31との間の光路上や共焦点ディスク9と第1偏光ビームスプリッタ11との間の光路上において挿抜するように構成することも可能である。この第1ミラー20を共焦点ディスク9と第1偏光ビームスプリッタ11との間に配置した場合、2次元測定光学系3における焦点深度が浅くなるが、2次元情報の取得上は特に問題はない。この場合、共焦点ディスク9は回転している必要がある。
In the present embodiment, the
さらに、本実施形態では、高さ測定光学系の光路にミラーを挿入して2次元測定を行う構成のスキャン測定装置を説明したが、図1の高さ測定光学系2の位置に、2次元測定光学系3を配置し、2次元測定光学系3の位置に高さ測定光学系2を配置することによって、2次元測定光学系の光路にミラーを挿入して高さ測定を行う様に構成することもできる。この場合には、光路切り替えミラーは、第2対物レンズ8と第2偏光ビームスプリッタ22との間、または、ダイクロックミラー31と第2対物レンズ8との間に配置される。
Further, in the present embodiment, the scan measurement apparatus configured to perform two-dimensional measurement by inserting a mirror in the optical path of the height measurement optical system has been described. However, the two-dimensional measurement is performed at the position of the height measurement
1 スキャン測定検査装置
2 高さ測定光学系
3 2次元測定光学系
5 被検物
7 第1対物レンズ
9 共焦点ディスク
9a 共焦点ピンホール
14 高感度CFカメラ
15 低感度CFカメラ
16 第1照明用光源
20 第1ミラー
21 第2ミラー
24 ズームレンズ系
25 明視野カメラ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Scan
Claims (7)
前記対物レンズと前記共焦点ディスクとの間の光路上に挿抜される光路切り替えミラーと、
前記光路切り替えミラーが前記高さ測定光学系の光路上に挿入されたときに、前記切り替えミラーの光路上に延びるズームレンズ系、及び、前記ズームレンズ系で変倍された前記被検物の像を検出する2次元情報検出手段を有する2次元測定光学系とを備え、
前記光路切り替えミラーが前記高さ測定光学系の光路上から抜き出されたときは、前記高さ情報検出手段で前記被検物の高さ情報を取得し、
前記光路切り替えミラーが前記高さ測定光学系の光路上に挿入されたときは、前記2次元情報検出手段で前記被検物の2次元情報を取得するように構成されたことを特徴とするスキャン測定検査装置。 A confocal disk having a light source, a confocal pinhole, a light beam from the light source irradiating the confocal disk, and condensing and irradiating a light beam that has passed through the confocal pinhole to the test object. And a height information detecting means for detecting a reflected image of the confocal pinhole reflected by the test object through the objective lens and the confocal pinhole. Measuring optical system,
An optical path switching mirror inserted into and extracted from an optical path between the objective lens and the confocal disk;
When the optical path switching mirror is inserted on the optical path of the height measuring optical system, a zoom lens system extending on the optical path of the switching mirror, and an image of the test object scaled by the zoom lens system A two-dimensional measurement optical system having a two-dimensional information detection means for detecting
When the optical path switching mirror is extracted from the optical path of the height measuring optical system, the height information detecting means obtains the height information of the test object,
A scan characterized in that when the optical path switching mirror is inserted on the optical path of the height measuring optical system, the two-dimensional information detecting means acquires two-dimensional information of the test object. Measurement inspection equipment.
前記2次元測定光学系の光路が前記高さ測定光学系の光路と略平行に延びるように構成されたことを特徴とする請求項1に記載のスキャン測定検査装置。 The optical path switching mirror includes a first mirror that is inserted into and extracted from the optical path of the height measurement optical system, and a second mirror that is disposed to face the first mirror;
The scan measurement inspection apparatus according to claim 1, wherein the optical path of the two-dimensional measurement optical system is configured to extend substantially parallel to the optical path of the height measurement optical system.
前記対物レンズと前記ズームレンズ系との間の光路上に挿抜される光路切り替えミラーと、
光源、共焦点ピンホールを有する共焦点ディスク、及び、前記光源からの光線を前記共焦点ディスクに照射して前記共焦点ピンホールを通過した光線を、前記2次元測定光学系の光路上に挿入された前記光路切り替えミラーで反射して前記対物レンズにより前記被検物に集光照射し、前記被検物で反射した前記共焦点ピンホールの反射像を前記対物レンズ及び前記共焦点ピンホールを通過させて検出する高さ情報検出手段を有する高さ測定光学系とを備え、
前記光路切り替えミラーが前記2次元測定光学系の光路上から抜き出されたときは、前記2次元情報検出手段で前記被検物の2次元情報を取得し、
前記光路切り替えミラーが前記2次元測定光学系の光路上に挿入されたときは、前記高さ情報検出手段で前記被検物の高さ情報を取得するように構成されたことを特徴とするスキャン測定検査装置。 An objective lens that collects the light beam reflected by the test object, a zoom lens system that changes the image of the test object that is reflected by the test object and passes through the objective lens, and a zoom lens system that changes the magnification. A two-dimensional measurement optical system having a two-dimensional information detection means for detecting a doubled image of the test object;
An optical path switching mirror inserted into and extracted from an optical path between the objective lens and the zoom lens system;
A light source, a confocal disk having a confocal pinhole, and a light beam that has passed through the confocal pinhole by irradiating the light beam from the light source to the confocal disk is inserted into the optical path of the two-dimensional measurement optical system The reflected light of the confocal pinhole reflected by the optical path switching mirror and focused on the object by the objective lens and reflected by the object is reflected by the objective lens and the confocal pinhole. A height measuring optical system having height information detecting means for detecting by passing through ,
When the optical path switching mirror is extracted from the optical path of the two-dimensional measurement optical system, the two-dimensional information detecting means acquires the two-dimensional information of the test object,
A scan configured to acquire height information of the test object by the height information detecting means when the optical path switching mirror is inserted into the optical path of the two-dimensional measurement optical system. Measurement inspection equipment.
前記高さ測定光学系の光路が前記2次元測定光学系の光路と略平行に延びるように構成されたことを特徴とする請求項4に記載のスキャン測定検査装置。 The optical path switching mirror includes a first mirror that is inserted into and extracted from the optical path of the two-dimensional measurement optical system, and a second mirror that is disposed to face the first mirror;
The scan measurement inspection apparatus according to claim 4, wherein an optical path of the height measurement optical system is configured to extend substantially parallel to an optical path of the two-dimensional measurement optical system.
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