JP6444945B2 - Optical inspection system - Google Patents
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Description
本発明は、光学システムに関し、特には、光学検査システム及び光学結像システムに関する。 The present invention relates to optical systems, and more particularly to optical inspection systems and optical imaging systems.
最近、素子の微細化により、様々な自動の高精度検査装置が、様々な微小部品又は微小部品の様々なサンプルさえも検査するために開発されている。それらの検査装置では、検査サンプルによって反射された光を検出することを通して検査サンプルの情報を取得する。その構成においては、検査装置の光路上にいかにして光源と光電素子を配列するかが極めて重大な問題である。 Recently, due to device miniaturization, various automatic high precision inspection devices have been developed to inspect various micro components or even various samples of micro components. In these inspection apparatuses, information on the inspection sample is obtained by detecting light reflected by the inspection sample. In that configuration, how to arrange the light source and the photoelectric element on the optical path of the inspection apparatus is a very serious problem.
反射光が光電素子によって効果的に受光されるように、光源から伝播する光の光路を光電素子によって受けられる光の光路と一緒にするために、検査装置のあるものには、スプリッターが配置されてよい。しかしながら、スプリッターの配置により、しばしば、光の強度が減少し、光エネルギーの消費が著しく増大し得る。加えて、複数の光の光路を一緒にする(結合する)ことにおいて、光源はしばしば光軸上に直接的に配置されるので、光源内の発光ダイオードのさいの目形状(die)が、検査プロセスにおいてゴーストスポットを形成する像を生じるかもしれない。 Some inspection devices have a splitter to align the optical path of light propagating from the light source with the optical path of light received by the photoelectric element so that the reflected light is effectively received by the photoelectric element. It's okay. However, the arrangement of the splitter can often reduce the light intensity and significantly increase the consumption of light energy. In addition, in bringing together (combining) the light paths of multiple lights, the light source is often placed directly on the optical axis, so that the dice of the light emitting diodes in the light source can be reduced in the inspection process. May produce an image that forms a ghost spot.
別の装置においては、光源は検査サンプルを近くから照射するために検査装置の前方の位置に配置されてよく、光源がサンプルの反射光をさえぎる場合には、光源は光軸からはずれて配置されてもよい。しかしながら、そのような構成は光源からの著しい斜め照明を生じ、反射光が光電素子の受光範囲外となり得り、従って、サンプルが検査できなくなる。 In another device, the light source may be placed in front of the inspection device to illuminate the test sample from close, and if the light source blocks the reflected light of the sample, the light source is placed off the optical axis. May be. However, such a configuration produces significant oblique illumination from the light source, and the reflected light can be outside the light receiving range of the photoelectric element, thus making it impossible to inspect the sample.
本発明のいくつかの実施態様では、光源モジュールが開口部を備え、かつ、光学検査装置の開口絞り(アパーチャストップ)の位置に近接して配置されるように構成されて、検査サンプルからの反射光の影響を受けずに、光源を光学検査システムの光軸にできるだけ近づけることができる光学検査システムが提供される。その構成(配置)を通して、光源モジュールはほとんど垂直な入射光を提供し、反射光が光電素子の受光範囲内に向けられる。スプリッターの配置によるエネルギー消費についての問題は解決され、光軸上に直接的に配置された光源から結果として生じるゴーストスポットは防がれる。加えて、検査サンプルの表面が十分に平坦ではない場合においては、垂直入射光と比較して、ほとんど垂直な入射光は光電素子の受光範囲内に向けられる(入る)のに役立ち、そのことは光学検査システムの検査に関して有益である。 In some embodiments of the present invention, the light source module includes an aperture and is configured to be positioned proximate to the position of the aperture stop of the optical inspection device to reflect from the inspection sample. There is provided an optical inspection system capable of bringing a light source as close as possible to the optical axis of the optical inspection system without being affected by light. Through its configuration (arrangement), the light source module provides almost vertical incident light and the reflected light is directed into the light receiving range of the photoelectric element. The problem of energy consumption due to the placement of the splitter is solved and the resulting ghost spots from the light source placed directly on the optical axis are prevented. In addition, when the surface of the test sample is not sufficiently flat, compared to normal incident light, almost normal incident light helps to be directed (entered) into the light receiving range of the photoelectric element, which means that Useful for inspection of optical inspection systems.
本発明のいくつかの実施態様では、光源が開口部を備えるように構成され、ほぼ垂直な入射光を提供する光学結像システムが提供される。光源は、レンズを通して物体上に結像されることができる。物体サンプルの表面が十分に平坦でない場合には、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは、垂直入射光によって形成された認識パターンよりもより良い認識(識別)において有用である。 In some embodiments of the present invention, an optical imaging system is provided in which the light source is configured with an aperture to provide substantially normal incident light. The light source can be imaged onto the object through the lens. If the surface of the object sample is not sufficiently flat, the recognition pattern formed by the almost normal incident light is useful for better recognition (identification) than the recognition pattern formed by the normal incident light.
本発明のいくつかの実施態様によれば、光学検査システムはレンズモジュール、光源モジュール、及び光電素子を有する。レンズモジュールは第1のレンズ構成部分と第2のレンズ構成部分を含む。第1のレンズ構成部分は、第2のレンズ構成部分と物体側の間に配置され、第1のレンズ構成部分と第2のレンズ構成部分が共通の光軸を有する。光源モジュールは、第1のレンズ構成部分と第2のレンズ構成部分との間に配置され、光軸が貫通する開口部を有する。光源モジュールは、光を第1のレンズ構成部分を通って物体側に向かって放出するように構成される。光電素子は、レンズモジュールの物体側とは反対の側に配置される。光電素子は、レンズモジュールと光源モジュールの開口部を通して物体側から来る物体光を受光するように構成される。 According to some embodiments of the invention, the optical inspection system comprises a lens module, a light source module, and a photoelectric element. The lens module includes a first lens component and a second lens component. The first lens component is disposed between the second lens component and the object side, and the first lens component and the second lens component have a common optical axis. The light source module is disposed between the first lens component and the second lens component and has an opening through which the optical axis passes. The light source module is configured to emit light through the first lens component toward the object side. The photoelectric element is disposed on the side opposite to the object side of the lens module. The photoelectric element is configured to receive object light coming from the object side through the openings of the lens module and the light source module.
本発明のいくつかの実施態様によれば、光学結像システムがレンズモジュールと光源モジュールを有する。レンズモジュールは、物体と光検出側との間に配置され、光軸を有する。光源モジュールは、レンズモジュールと光検出側との間に配置される。光源モジュールは開口部を備え、レンズモジュールの光軸はその開口部を貫通し、光源モジュールは、物体が光検出側へ像を反射するように、レンズモジュールを通して物体上に像を形成する。 According to some embodiments of the invention, the optical imaging system includes a lens module and a light source module. The lens module is disposed between the object and the light detection side and has an optical axis. The light source module is disposed between the lens module and the light detection side. The light source module includes an opening, the optical axis of the lens module passes through the opening, and the light source module forms an image on the object through the lens module so that the object reflects the image to the light detection side.
前述の一般的な記載と後述する詳細な記載は、例によるものであり、特許請求の範囲に記載の発明をより詳細に説明するために意図されたものであることが理解されるべきである。 It should be understood that the foregoing general description and the following detailed description are by way of example and are intended to explain the invention as claimed in greater detail. .
本発明は、以下の図面を参照して、実施態様の以下の詳細な記載によって、より十分に理解されることができる。
以下では本発明の実施態様への参照が詳細になされ、複数の例が以下の図面を用いて説明される。可能な限り、同じ符号が、同一又は同様な部分を参照するために図面と明細書において使用される。 Reference will now be made in detail to embodiments of the invention, examples of which are illustrated in the following figures. Wherever possible, the same reference numbers will be used in the drawings and the description to refer to the same or like parts.
図1Aは、本発明の一実施態様による光学検査システム100の模式図である。光学検査システム100は、レンズモジュール110、光源モジュール120、及び光電素子130を有する。レンズモジュール110は、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114を備える。第1のレンズ構成部分112は、第2のレンズ構成部分114と物体側200の間に配置され、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114が共通の光軸O1を有する。光源モジュール120は第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114との間に配置され、光軸O1が貫通する開口部122を有している。光源モジュール120は、第1のレンズ構成部分112を通って物体側200に向かって光SLを放出するように構成されている。光電性素子130は、レンズモジュール110の物体側200とは反対の側に配置される。光電素子130は、レンズモジュール110と光源モジュール120の開口部122を通して物体側200から物体光OLを受光するように構成される。
FIG. 1A is a schematic diagram of an
光学検査システム100は、レンズモジュール110を通るビームの直径を制限する開口絞り(アパーチャストップ)を含み、開口絞りは光学検査システム100内のビームが最小の直径になる位置に近接して配置される。本実施態様においては、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114は共焦点(コンフォーカル)系であり、従って、共焦点システムを形成する。開口絞りは、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114の共焦点位置に近接して配置される。本発明の1つ以上の実施態様においては、光源モジュール120は、光学検査システム100の開口絞りの位置に隣接して配置される。
The
本発明の様々な実施態様において、光源モジュール120は開口絞りの位置に距離公差(許容範囲)をもって配置されてよく、その距離公差とは、配置誤差が応用(アプリケーション)に対して受け入れられる範囲の距離である。距離公差は、数ミリメーターでよいが、それには限定されない。いくつかの実施態様において、もし光源モジュール120が開口絞りと第1のレンズ構成部分112との間に配置されるならば、開口絞りと第1のレンズ構成部分112の前側面の間の距離LAの25%未満の距離までに光源モジュール120を開口絞りから離して設置するのが良好である。いくつかの他の実施態様において、もし光源モジュール120が、開口絞りと第2のレンズ構成部分114の間に配置されるならば、開口絞りと第2のレンズ構成部分114の後側面の間の距離LBの25%未満の距離までに光源モジュール120を開口絞りから離して設置するのが良好である。すなわち、光源モジュール120は、光学検査システム100の開口絞りに対して距離LAの+25%、及び距離LBの−25%の公差をもって配置されてよい(前側を+、後側を−で表す)。
In various embodiments of the present invention, the
いくつかの実施態様においては、光源モジュール120の開口部122の最も狭い部分が開口絞りになる。換言すると、光源モジュール120の穴(ホール)が、光学検査システム100の口径(アパーチャ)でよい。ここで、例として、望遠鏡システムが挙げられるが、それは本発明の範囲を限定するべきではない。光源モジュール120は他のシステムの開口絞りの位置に近接して配置されてよく、光源モジュール120は光路の大きさの制限と照明の両方の機能を提供する。
In some embodiments, the narrowest portion of the
物体側200にある検査サンプルを検査するとき、光源モジュールが物体側200に光SLを放出し、光SLが第1のレンズ構成部分112を通り、物体側200の検査サンプルに到達し、検査サンプルは光SLを反射し、光SLは以降は物体光OLと言う。物体光OLは、第1のレンズ構成部分112、光源モジュール120の開口部122、及び、第2のレンズ構成部分114を通って光電素子130へ送られる(伝播される)。検査サンプルの表面のトポグラフィー(微細構成)の情報は、レンズモジュール110によって光電素子130上に結像されてよく、それにより、光電素子130は検査サンプルの情報を取得する。
When inspecting an inspection sample on the
具体的には、本発明の実施態様においては、(物体側200に配置された)検査サンプル、レンズモジュール110、光電素子130、及びレンズモジュール110の内部素子の位置は、結像の公式を満たすことができる。ここでは、例えば、薄いレンズを仮定する。レンズモジュール110を、fの焦点距離を持つ薄いレンズとする。像を結ぶために、検査サンプルと光電素子130の配置は、以下の薄いレンズの公式を満たす。
u−1+v−1=f−1
ここで、uは検査サンプルと薄いレンズの間の距離であり、vは光電素子130と薄いレンズの間の距離である。レンズのある厚さとレンズ群の厚さの考慮を伴う実際のアプリケーションにおいて、この薄いレンズの公式が本発明の様々な実施態様を限定するものではない。
Specifically, in an embodiment of the present invention, the positions of the inspection sample (located on the object side 200), the
u −1 + v −1 = f −1
Here, u is the distance between the test sample and the thin lens, and v is the distance between the
一方で、開口部122を備える光源モジュール120を配置する本発明の実施態様において、光源モジュール120から放出される光SLの光路は、光電素子130によって受光される物体光OLの光路に結合される(一緒にされる)ことができ、それはそれぞれのビームの中央部が実質的に互いに一致することを意味している。光学検査システム100では、スプリッターの使用によって生じる重大なエネルギー消費をこうむることがなく、光軸O1上に直接的に配置された光源によって生じる複数のゴーストスポットも防がれ得る。他方で、光学検査システム100の開口絞りの位置に近接して光源モジュール120を配置することによって、光源モジュール120は物体光OLに影響を与えること、又は、物体光OLを妨げることなしに、光学検査システム100の光軸O1にできるだけ近づけることができ、それにより、光源モジュール120は物体側200にほぼ垂直な入射光を提供し得る(例えば、第1のレンズ構成部分112を通る光SLの伝播方向と光軸O1の間の角度は、±0.1°から±10°の範囲、±0.1°から±5°の範囲、±0.1°から±3°の範囲内等である)。いくつかの実施態様において、第1のレンズ構成部分112を通る光は、垂直入射光(すなわち、光の光伝播方向と光軸O1の間の角度が0)が除外されてもよい。ここで、F/8の光学検査システム(カメラ)については、角度は±3°未満でよい。
On the other hand, in the embodiment of the present invention in which the
本発明のいくつかの実施態様においては、光源モジュール120は環状であり、環状光源モジュール120として参照されてよいが、それは本発明の様々な実施態様を限定するものではない。光源モジュール120は、例えば、正方形、楕円、又は三角形のような、内部に開口部122を備える他の形状でもよい。択一的に、光源モジュール120は、複数の分離した、又は、分断された光源部品(部分)から構成されてよい。
In some embodiments of the present invention, the
図1Bは、図1Aの光学検査システム100の光源モジュール120の上面図である。図1Cは、図1Bの光学検査システム100の光源モジュール120の断面図である。図1Bと図1Cの両方がここで参照される。1つ以上の実施態様において、光源モジュール120は、複数の光源124とキャリア126を含む。複数の光源124は、物体側200に向かって光を放出し(図1A参照)、キャリア126はキャリア内に複数の光源124を保持するように構成され、キャリア126は、光源モジュール120の開口部122を形成し、光軸O1(図1A参照)が貫通する開口126aを有する。
FIG. 1B is a top view of the
本実施態様においては、光源モジュール120のキャリア126は、キャリア126の開口126aの少なくとも一方の側(面)に配置された凹部(リセス)126bを含む。凹部126bの開口は、物体側200(図1A参照)に対向し、複数の光源124は物体側200(図1A参照)に向かって光を放出するように、少なくとも一部は凹部126b内に配置される。ここで、複数の光源124は、キャリア126の底面126c及び側壁126d上に形成されてよい。別の実施態様においては、製作の難しさのために、複数の光源124はキャリア126の底面126c上に配置され、側壁126d上には配置されなくてよい。本実施態様においては、凹部126bはキャリア126の開口126aを取り囲み、それにより、複数の光源124も同様に開口126aを取り囲む。
In the present embodiment, the
いくつかの実施態様において、光源モジュール120はキャリア126と複数の光源124の間に配置された反射層127を含んでよい。ここで、反射層127は凹部126b内に配置されてよく、光の出力を増加させるための反射カップ(cup)を構成する。いくつかの実施態様において、凹部126bは傾斜した側壁を備える。傾斜した側壁は、反射層127が光を反射するのに役立ち、他方で、傾斜した側壁により、光学検査システム100の開口絞りの位置を確定するために、開口126aの最も狭い部分を形成する。例えば、最も狭い部分は、図1Aの物体側200に隣接する。
In some embodiments, the
加えて、光源モジュール120はさらに、例えば、散光(diffuser)フィルム又はフレネルレンズフィルムのような光学フィルム128を含んでよい。光学フィルムは、複数の光源124から放出された光の分布均一性を改善するために、複数の光源124と物体側200の間にある。
In addition, the
ここで、複数の光源124は、複数のハロゲンランプ、複数の発光ダイオード、複数の有機発光ダイード、又は他の複数の照明素子でよい。キャリア126は、複数の光源124とその回路を保持するために良好な堅さ(剛性)を有しており、キャリア126はガラス、プラスティック、金属等でよい。いくつかの実施態様において、キャリア126は、物体側200(図1A参照)から来る光を妨げても(ふさいでも)よく、キャリア126は光学検査システムが用いるスペクトル波長において低い透過率を有する。反射層127の材料は、例えば、銀、アルミニウム、銅、硫酸バリウム、酸化チタニウム、又は、他の高い反射率を有する材料のようなものであり、光学検査システムで用いられる光のスペクトル波長において80%を超える反射率を有している。光学フィルム128の材料は、ポリエステルアクリレイトでよい。光電素子は、電荷結合素子(CCD)又は他の感光性素子でよい。
Here, the plurality of
本発明のいくつか実施態様においては、光源124は可視光線源又は不可視光線源でよい。光源のスペクトルに従って、反射層127、光学フィルム128、第1のレンズ構成部分112、及び第2のレンズ構成部分114の材料が対応して調整される。例えば、可視光線から赤外線までの領域においては、銀は高い反射率を有するが、340ナノメーター未満の波長の範囲については、銀は低い反射率を有する。アルミニウムは、紫外線から赤外線までの範囲において高い反射率を有する。複数の光源124が可視光線源であるときは、反射層127の材質は可視光線を反射するようにより多くの銀を含んでよい。それに反して、複数の光源124が紫外光線源であるときは、反射層127の材質は紫外光線を反射するようにより多くのアルミニウムを含んでよい。
In some embodiments of the present invention, the
加えて、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114は、複数の光源124から放出された光を実質的に吸収しないことが求められ、また、複数の光源124から放出された光によって、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114の物質特性を容易に損なわないことが求められる(例えば、接着部の赤外線放射による分離又はUV劣化)。
In addition, the
図1Dは、本発明の別の実施態様による光学検査システム100の光源モジュール120の断面図である。本実施態様は図1Cの実施態様に類似しているが、本実施態様においては、光源モジュール120のキャリア126が凹部126bを含まずに、複数の光源124が物体側200に対向する平坦なキャリア126の側(面)に直接的に配置されている点において相違している。
FIG. 1D is a cross-sectional view of a
前述したのと同様に、光源モジュール120は、出力光を改善するために、キャリア126と複数の光源124の間に配置された反射層127を含んでよい。
As described above, the
本実施態様の他の詳細については、図1Cの実施態様に示されたものと実質的に同じであるため、ここでは、繰り返して説明はしない。実際の応用においては、光源モジュール120の構造は、光学検査システム100の空間的な要求(必要)に基づいて設計されてよく、図に示された構造は本発明の範囲を限定するものではない。
Other details of this embodiment are substantially the same as those shown in the embodiment of FIG. 1C and will not be described again here. In actual application, the structure of the
図2Aは、本発明の別の実施態様による光学検査システム100の光源モジュール120の上面図である。本発明の1つ以上の実施態様において、複数の光源124は、キャリア126の開口126aを露出するように、キャリア126上に環状に配置される。いくつかの実施態様において、複数の光源124は、単一の制御システムによって点灯(オン)又は消灯(オフ)されてよい。いくつかの実施態様において、複数の光源124の複数の異なる部分は、複数の制御システムによってそれぞれ点灯又は消灯されてよく、複数の光源124の異なる部分は、異なる放出角度を有してよい。以下で、複数の制御システムによって光源モジュール120の複数の光源124を制御する方法が説明される。
FIG. 2A is a top view of the
具体的には、本実施態様において、複数の光源124aによる第1の部分P1は、キャリア126の開口126aに近接して環状に配置されており、複数の光源124bによる第2の部分P2は、キャリア126の開口126aから離れて環状に配置される。複数の光源124aによる第1の部分P1と複数の光源124bによる第2の部分P2は、それぞれ異なる放出角度を有する。例えば、物体側200について(図1A参照)、複数の光源124aによる第1の部分P1によって提供された光は、複数の光源124bによる第2の部分P2によって提供された光よりも、より垂直に入射する。
Specifically, in the present embodiment, the first portion P1 due to the plurality of
図2Bは、図2Aの光学検査システムの光源モジュール120の作動を示す模式図である。ここで、明瞭に表示するために、光電素子130と物体側にある物体だけが描かれ、光学検査システムの光源モジュールと関係するレンズモジュールは省略されている。ここで、図2Aと図2Bを参照する。物体が検査されるとき、最初に、複数の光源124aによる第1の部分P1が物体に光SL1を提供し、次に、複数の光源124bによる第2の部分P2が物体へ光SL2を提供し、物体は順番に異なる放出角度を有する光SL1とSL2を受光する。
FIG. 2B is a schematic diagram illustrating the operation of the
いくつかの実施態様において、複数の光源124aによる第1の部分P1と複数の光源124bによる第2の部分P2は、同時に、光SL1とSL2を提供してもよい。この構成により、より滑らかな表面領域RAは、光電素子130へ光SL1とSL2を反射してよく、それに比べ滑らかでない表面領域RBは、光電素子130へ光SL2だけを反射してもよい。このとき、複数の光源124aと複数の光源124bは、認識(識別)を改善するために、異なる波長を有する光を提供するように構成されてよい。例えば、複数の光源124aは青色の光源であり、複数の光源124bは赤色の光源であり、表面領域RAは紫色(青色と赤色の混合)を示し、表面領域RBは赤色を示す。異なる放出角度を有する複数の光源124aと複数の光源124bにより、物体の表面は、物体の表面トポグラフィーについての詳細な情報を取得するように、層ごとに検査されてよい。
In some embodiments, the first portion P1 due to the plurality of
ここで、光SL1が光SL2よりも光軸に対してより平行であることを示すために、光SL1は実質的に鉛直に描かれている。しかしながら、実際の構成においては、光SL1は完全には鉛直でない。図2Bは、本発明の複数の実施態様の概念と設計を例示するためだけに描かれており、光の角度、物体の表面、又は図に示された他の詳細は、本発明の範囲を限定するものではない。 Here, the light SL1 is drawn substantially vertically to show that the light SL1 is more parallel to the optical axis than the light SL2. However, in an actual configuration, the light SL1 is not completely vertical. FIG. 2B is drawn only to illustrate the concept and design of embodiments of the present invention, and the angle of light, the surface of the object, or other details shown in the figures are within the scope of the present invention. It is not limited.
図2Cは、本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュール120の上面図である。本実施態様は、図2Aの実施態様に類似であるが、本実施態様においては、複数の光源124が第1の部分P1、第2の部分P2、第3の部分P3、及び第4の部分P4を含む点において異なっている。物体が検査されるとき、複数の光源124の照明パターンが完全には対称ではないように、第1の部分P1と第4の部分P4が同時に照射するように制御されてよく、又は、第2の部分P2と第3の部分P3が同時に照射するように制御されてよい。
FIG. 2C is a top view of the
上述したのと同様に、複数の光源124の各部分は、異なる放出角度と光の色を有してよく、層ごとの検査が達成され得る。
As described above, each portion of the plurality of
ここで、図2A及び図2Cに描かれた構成は、本発明の範囲を限定するものではなく、実際の応用において、複数の光源124の配列に関して、複数の様式の設計があり得る。例えば、複数の光源124は、環状形状を除く複数の形状で配列されてよいが、それでも、層ごとの検査のために複数の部分を含む。
Here, the configurations depicted in FIGS. 2A and 2C do not limit the scope of the present invention, and there may be multiple style designs for the array of multiple
図3Aは、本発明の別の実施態様による光学検査システム100の模式図である。本実施態様は、図1Aの実施態様に類似するが、本実施態様においては、光源モジュール120が少なくとも1つの光源124と反射鏡(ミラー)129を含む点において異なっている。光源124は光を放出するように構成される。反射鏡129は、光源124から来る光を物体側200へ反射するように構成され、反射鏡129は光源モジュール120の開口を形成するように、光軸O1が通る(貫通する)開口129aを備える。
FIG. 3A is a schematic diagram of an
本実施態様において、反射鏡129は平面反射鏡である。平面反射鏡は、高い反射率を有する複数の反射層を含み、平面反射鏡の材質は、銀、アルミニウム、銅、硫化バリウム、酸化チタニウム、又は、光を反射するために、高い反射率を備える他の物質でよい。複数の反射層は平坦な表面を有してよい。さらに、反射鏡129の表面の粗さ(算術的平均偏差;Ra)が、ある粗さ未満であるように構成され、そのような粗さを有する反射鏡129は、完全な反射鏡又は光の散乱を実現することができる平面反射鏡と見なされてよい。いくつかの実施態様において、ある粗さが、光学検査システム100に基づいて設定されてよい。例えば、ある粗さとは約1.6マイクロメーター(μm)未満でよい。もちろん、ある粗さの数値は本発明の範囲を限定するものではない。他の実施態様において、ある粗さは1μmと1.6μmの間のどのような値でもよい。
In this embodiment, the reflecting
本実施態様において、光源124からの光の光伝播方向と平面反射鏡(反射鏡129)に垂直な方向はその間に角度を成し、その角度は平面反射鏡(反射鏡129)に垂直な方向と光軸O1との間の角度に実質的に等しい。例えば、その角度は約45°であるが、それは本発明の範囲を限定するものではなく、実際の応用においては、その角度は光学検査システム100の空間的な配置(構成)に基づいて決定されてよい。
In this embodiment, the light propagation direction of the light from the
物体側200にある検査サンプルが検査されるとき、複数の光源124は反射鏡129での反射を通して光SLを物体側200へ提供する。光SLは、第1のレンズ構成部分112を通して物体側200にある検査サンプルへ伝播される(送られる)。検査サンプルによって反射された後で、物体光OLは第1のレンズ構成部分112、光源モジュール120の反射鏡129の開口129a、及び第2のレンズ構成部分114を通って、光電素子130へ送られ、さらに、光電素子130は検査サンプルの情報を取得する。本実施態様の他の詳細については、図1Aの実施態様のものと同様であり、従って、ここでは説明を繰り返さない。
When the inspection sample on the
図3Bは、本発明の別の実施態様による光学検査システム100の模式図である。本実施態様は、図3Aの実施態様と類似であるが、本実施態様は、反射鏡129が2つの平面反射鏡を含み、複数の光源124の数が2であり、2つの平面反射鏡は光軸O1の互いに反対側にそれぞれ配置されて、全体として開口129aを成す。
FIG. 3B is a schematic diagram of an
前述したのと同様に、本実施態様においては、複数(2つ)の光源の各々からの光の光伝播方向と複数(2つ)の平面反射鏡(反射鏡129)の各々とは、その間に角度を成し、その角度は該平面反射鏡(反射鏡129)に垂直な方向と光軸O1との間の角度に実質的に等しい。本実施態様の他の詳細はこれまでの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。 As described above, in the present embodiment, the light propagation direction of light from each of the plurality (two) of light sources and each of the plurality (two) of planar reflecting mirrors (reflecting mirrors 129) The angle is substantially equal to the angle between the direction perpendicular to the planar reflecting mirror (reflecting mirror 129) and the optical axis O1. Other details of this embodiment are similar to those of the previous embodiments and will not be repeated here.
図3Aと図3Bに示された配置(構成)に加えて、反射鏡129と光源124は他の方法(やり方)で設計されてもよいことが理解されるべきである。図3Cは、本発明の別の実施態様による光学検査システムの光源モジュール120の模式図である。光源モジュール120の構造的な配置において、反射鏡129は、物体側に対向する反射鏡129の側に粗い反射面129bを有する。換言すると、反射鏡129は、これまで説明した平面反射鏡でなくともよい。光源124から来る光が表面129bへ送られ、表面129bは、光のより均一な強度分布を形成するように、物体側へ光を放散的に(拡散的に)反射する。これまで例示した平面反射鏡と比べて、本実施態様の反射鏡129は光を放散させるより高い能力を有する。具体的には、本実施態様において、反射鏡129の表面129bの算術的平均偏差(Ra)は、例えば、1.6μmのような以前例示した、ある粗さより大きくてよい。
In addition to the arrangement (configuration) shown in FIGS. 3A and 3B, it should be understood that the
反射鏡129の様々な構成がこれまでの記載の中でもたらされてきた。反射鏡129の上面図をこれまで示していないけれども、当業者は、反射鏡129は例えば内部に開口を備えた円、正方形、楕円、又は三角形のような他の形状でもよいということを理解し得ることに注意すべきである。反射鏡は完全に連続的な構造でよい。択一的に、反射鏡129は複数の分離した、又は、分断された反射部品(部分)から構成されてよい。図に示された反射鏡129の詳細は、本発明の範囲を限定するものではない。
Various configurations of the
図4Aは本発明の別の実施態様による光学検査システム100の模式図である。本実施態様は図1Aの実施態様に類似しているが、本実施態様は、第1のレンズ構成部分と第2のレンズ構成部分が全体としてダブルガウスレンズを構成する点において異なっている。ここで、光源モジュール120は、ダブルガウスレンズの開口絞りの位置に近接して配置される。具体的には、光源モジュール120の開口部122の最も狭い部分が開口絞りである。ダブルガウスレンズは、開口絞りに関して実質的に対称であるレンズ群のタイプ(様式)であり、負のレンズ(発散レンズ)が開口絞りを囲み、正のレンズ(収斂レンズ)とメニスカスレンズがその周囲(外側)に配置され、正のレンズとメニスカスレンズは適切な距離で並べられる。
FIG. 4A is a schematic diagram of an
換言すると、本実施態様においては、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114は、相互に実質的に同様であり、それぞれ負のレンズ、正のレンズ、及びメニスカスレンズを含み、第1のレンズ構成部分112と第2のレンズ構成部分114は、光源モジュール120の開口部122の最も狭い部分に関して中心的に対称に配置される。
In other words, in this embodiment, the
本実施態様の他の詳細は図1Aの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。 Other details of this embodiment are similar to those of the embodiment of FIG. 1A and will not be repeated here.
図4Bは、本発明の別の実施態様による光学検査システム100の模式図である。本実施態様は図1Aの実施態様と類似であるが、本実施態様においては、第1のレンズ構成部分と第2のレンズ構成部分が全体としてクックトリプレットを構成する点において異なっている。ここで、光源モジュール120は、クックトリプレットの開口絞りである。
FIG. 4B is a schematic diagram of an
具体的には、第1のレンズ構成部分112は凸レンズと凹レンズを含み、第2のレンズ構成部分114は凸レンズを含む。第1のレンズ構成部分112の凸レンズと第2のレンズ構成部分114の凸レンズは、第1のレンズ構成部分112の凹レンズの前後にそれぞれ配置され、第1のレンズ構成部分112の凹レンズから所定の距離に保持され、そして、実質的に対称な設計を形成する。光源モジュール120は、開口絞りの位置に隣接して配置され、従って、第1のレンズ構成部分112の凹レンズと第2のレンズ構成部分114の凸レンズの間に配置される。
Specifically, the
本実施態様の他の詳細は図1Aの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。 Other details of this embodiment are similar to those of the embodiment of FIG. 1A and will not be repeated here.
図4Cは、本発明の別の実施態様による光学検査システム100の模式図である。本実施態様は図1Aの実施態様と類似であるが、本実施態様においては、第1のレンズ構成部分と第2のレンズ構成部分が全体としてテッサーを構成する点において異なっている。光源モジュール120は、テッサーの開口絞りの位置に隣接して配置される。
FIG. 4C is a schematic diagram of an
具体的には、第1のレンズ構成部分112は凸レンズと凹レンズを含み、第2のレンズ構成部分114は複合レンズを含む。第1のレンズ構成部分112の凸レンズと第2のレンズ構成部分114の複合レンズは、第1のレンズ構成部分112の凹レンズの前後に配置され、第1のレンズ構成部分112の凹レンズから所定の距離に保持される。光源モジュール120は、第1のレンズ構成部分112の凹レンズと第2のレンズ構成部分114の複合レンズの間に配置された開口絞りとして働く。
Specifically, the
本実施態様の他の詳細は図1Aの実施態様のものと同様であるので、ここでは繰り返して説明はしない。 Other details of this embodiment are similar to those of the embodiment of FIG. 1A and will not be repeated here.
図5Aは、本発明の別の実施態様による光学結像システム300の模式図である。光学結像システム300は、レンズモジュール310と光源モジュール320を有している。レンズモジュール310は、物体400と光検出側500の間に配置され、光軸O2を有する。光源モジュール320は、レンズモジュール310と光検出側500の間に配置される。光源モジュール320は、開口部322を含み、レンズモジュール310の光軸O2が開口部322を貫通する。光源モジュール320は、物体400が光検出側500へ像を反射するように、レンズモジュール310を通って物体400上に像を形成するように構成される。
FIG. 5A is a schematic diagram of an
本実施態様においては、光源モジュール320は、少なくとも1つの光源324、少なくとも1つの反射鏡、少なくとも1つの光源レンズ構成部分328を備えている。反射鏡326は、光源324から放出された光を反射するように構成され、その光PLが物体400へ向かって伝播し、反射鏡326は、光源モジュール320の開口部322を形成するように、光軸O2が通る開口326aを有している。ここで、前の実施態様において示された反射鏡(図3A参照)のように、反射鏡326は平面反射鏡であり、光源324からの光の光伝播方向と平面反射鏡に垂直な方向はその間に角度を成し、その角度は該平面反射鏡に垂直な方向と光軸O2との間の角度に実質的に等しい。光源レンズ構成部分328は、光源324と反射鏡326の間に配置され、光源レンズ構成部分328は、光源324から放出された光が物体400に像を形成するのを助けるように構成される。
In this embodiment, the
本実施態様においては、光源324から放出された光は、あるパターンを備えてよい。択一的に、(例えばスリット又は正方形の穴のような)特別なパターンが形成された複数の開口を備えるいくつかの遮蔽シートが、該遮蔽シートを通過した後で、光源324から放出された光があるパターンを備えるように、一様な光源324の前に配置されてよい。1つ以上の実施態様において、光源324、光源レンズ構成部分328、レンズモジュール310、及び物体400の配置を結像の公式を満たすように調整することによって、光源324のパターンが物体400上に結像されてよい。より明瞭な例示のために、ここで例として薄いレンズを取りあげる。光源レンズ構成部分328とレンズモジュール310を、焦点距離fを有する薄いレンズであるとみなす(考える)。結像させるために、(複数の)光源324、光源レンズ構成部分328、レンズモジュール310、及び物体400の配置は薄いレンズについての以下の公式を満たす。
u−1+v−1=f−1
ここで、uは光源324と薄いレンズの間の距離であり、vは物体400と薄いレンズの間の距離である。実際の応用では、レンズのある厚さとレンズ群の厚さが考慮され、薄いレンズの公式は本発明の様々な実施態様を制限するものではない。
In this embodiment, the light emitted from the
u −1 + v −1 = f −1
Here, u is the distance between the
その配置を通して、光源モジュール320は物体400上に像を形成してよい。開口326aを備える光源モジュール320の反射鏡326の構成によって、光源モジュール320はほとんど垂直な入射光PLを提供し得る。いくつかの実施態様において、光源モジュール320によって提供された光PLは、垂直入射光を除外している。物体400の表面が十分にフラットではないいくつかの場合において、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは、垂直な入射光によって形成された認識パターンよりも、より垂直に反射されることができ、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは続いて起こる認識(識別)のためにより有用である。
Through that arrangement, the
ここで、物体400は開口部322を通して光検出側500へ像を反射する。具体的には、以前の実施態様で例示された光電素子が光検出側500に配置されてよい。光電素子は物体400から像を受光するために、光軸O2上に配置される。図1Aの実施態様に示した通り、物体400、光電素子、他のレンズ、及びレンズモジュール310の配置が結像の公式を満たすように、及び、物体400によって反射された像が光電素子上に結像され得るように、光電素子とレンズモジュール310の間に他のレンズがあってもよい。しかしながら、光電素子は光軸上に配置されることに限定されずに、光電素子が開口部322を通して像を検出する代わりに、側面の側から物体400上の像を検出してもよいことが理解されるべきである。実際の応用においては、光学結像システム300は光電素子を含まなくともよく、ユーザーは裸眼で側面方向から物体400上の像を直接的に観察してもよい。
Here, the
1つの平面反射鏡だけが図に示されているが、実際の応用ではそれに限定されない。いくつかの実施態様においては、これまでに示したように、反射鏡326は2つの平面反射鏡を備え、複数の光源324の数が2であり、(2つの)平面反射鏡は光軸O2の互いに反対側にそれぞれ配置されて、全体として(反射鏡の)開口を成す。複数の光源324の各々からの光の光伝播方向と複数の平面反射鏡の各々に垂直な方向はその間に角度を成し、その角度は前述の平面反射鏡に垂直な方向と光軸O2との間の角度に実質的に等しい。択一的に、反射鏡326は、光が物体400へ放散的に反射されるように、粗い表面を備えてもよい(すなわち、算術的平均偏差が1.6μmより大きい)。
Although only one planar reflector is shown in the figure, it is not so limited in practical applications. In some embodiments, as previously shown, the
本実施態様において、光源レンズ構成部分328は、図に示されたように、ダブレットレンズでもよく、光源レンズ構成部分328は凹レンズと凸レンズから構成されるが、図に示された構成は本発明の範囲を制限するものではない。加えて、本実施態様の光源モジュール320は、様々な設計を含んでよく、関係する設計のあるものは、これまでの実施態様の光源モジュール120への参照がなされてよく、関係する詳細はここでは繰り返さない。
In this embodiment, the light
図5Bは、本発明の別の実施態様による光学結像システム300の模式図である。本実施態様は、図5Aの実施態様に類似しているが、光源モジュール320が複数の光源とキャリアを含んでいる点において異なっている。
FIG. 5B is a schematic diagram of an
本実施態様においては、光源モジュール320から放出された光が、像情報を伝えるように設計されてよく、レンズモジュール310はその光を物体400上の像となるように変換する。ここで、レンズモジュール310の構成は単に模式的に示しただけであり、図に示された構成が本発明の範囲を制限するものではない。
In this embodiment, the light emitted from the
光源モジュール320の構造については、図1Bから図1Dの以前の実施態様において示された光源モジュール120を参照してよい。同様に、複数の光源は物体に向かって光を放射し、キャリアは複数の光源を保持するように構成され、キャリアは光源モジュールの開口部を形成するように、光軸が貫通する1つの開口を有する。いくつかの実施態様において、複数の光源はキャリアの開口を露出するように、キャリア上に環状に配列される。光源モジュールの前に、例えば、散光フィルム又はフレネルレンズフィルムのような、開口を備えるいくつかの光学フィルムがあってもよい。複数の光学フィルムは光源からの光の分布の均一性を改善してよいし、又は、結像システムの実用の複数のレンズとして、レンズモジュール310と協働してよい。
For the structure of the
本発明の他の詳細は、図5Aの実施態様のものと同様であり、ここで繰り返して説明はしない。 Other details of the invention are similar to those of the embodiment of FIG. 5A and will not be described again here.
本発明の実施態様では、光源モジュールが開口部を備えるように構成され、かつ、光学検査装置の開口絞りの位置に近接して配置されて、検査サンプルからの反射光の影響を受けずに、光源を光学検査システムの光軸に近づけることができる光学検査システムが提供される。そのような構成を通して、光源モジュールは、反射光が光電素子の受光範囲内にあるように、ほぼ垂直な入射光を提供する。スプリッターの配置によるエネルギー消費についての問題は解決され、光軸上に直接的に配置された光源から結果として生じるゴーストスポットは防がれる。加えて、検査サンプルの表面が十分に平坦でない、いくつかの場合においては、垂直入射光に比べ、ほとんど垂直な入射光は光電素子の受光範囲内に向けられるのに役立ち、そのことは光学検査システムによる検査に有用である。 In an embodiment of the present invention, the light source module is configured to include an opening, and is disposed in the vicinity of the position of the aperture stop of the optical inspection apparatus, without being affected by the reflected light from the inspection sample, An optical inspection system is provided that can bring the light source closer to the optical axis of the optical inspection system. Through such a configuration, the light source module provides substantially vertical incident light so that the reflected light is within the light receiving range of the photoelectric element. The problem of energy consumption due to the placement of the splitter is solved and the resulting ghost spots from the light source placed directly on the optical axis are prevented. In addition, in some cases where the surface of the test sample is not sufficiently flat, compared to normal incident light, almost normal incident light helps to be directed into the light receiving range of the photoelectric element, which means that optical inspection Useful for system inspection.
本発明の実施態様では、光源が開口部を備えるように構成され、ほとんど垂直な光を提供する光学結像システムが提供される。光源はレンズを通して物体上に結像されることができる。物体サンプルの表面が十分に平坦でないいくつかの場合には、ほとんど垂直な入射光によって形成された認識パターンは、垂直入射光によって形成された認識パターンよりも、より認識において有用である。 In an embodiment of the invention, an optical imaging system is provided in which the light source is configured with an aperture and provides nearly vertical light. The light source can be imaged onto the object through the lens. In some cases where the surface of the object sample is not sufficiently flat, recognition patterns formed by near normal incident light are more useful in recognition than recognition patterns formed by normal incident light.
本発明を、それについてのある複数の実施態様を参照してかなり詳細に記述してきたが、他の実施態様も可能である。従って、添付の特許請求の範囲の精神と範囲は、本明細書に含まれる実施態様の記載に限定されるものではない。 Although the present invention has been described in considerable detail with reference to certain embodiments thereof, other embodiments are possible. Accordingly, the spirit and scope of the appended claims should not be limited to the description of the embodiments contained herein.
本発明の範囲と精神からはずれることなく、様々な修正や変形を本発明の構成に対して行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。上述した観点において、本発明では以下の特許請求の範囲の範囲内に入るように提供された本発明への修正や変形を包含することが意図されている。 It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the structure of the present invention without departing from the scope or spirit of the invention. In view of the above, the present invention is intended to cover modifications and variations to the present invention which are provided to be within the scope of the following claims.
100…光学検査システム、 110…レンズモジュール、
112…第1のレンズ構成部分、 114…第2のレンズ構成部分、
120…光源モジュール、 122…光源モジュールの開口部、
124、124a、124b…光源、 126…キャリア、
126a…キャリアの開口、 126b…凹部、 126c…底面、
126d…側壁、 127…反射層、 128…光学フィルム、 129…反射鏡、
129a…反射鏡の開口、 129b…粗い反射面、 130…光電素子、
200…物体側、 300…光学結像システム、 310…レンズモジュール、
320…光源モジュール、 322…開口部、 324…光源、
326…反射鏡、 326a…反射鏡の開口、 328…光源レンズ構成部分、
400…物体、 500…光検出側、
LA…開口絞りと第1のレンズ構成部分の前側面の間の距離、
LB…開口絞りと第2のレンズ構成部分の後側面の間の距離、
O1、O2…光軸、 OL…物体光、 P1…第1の部分、 P2…第2の部分、
P3…第3の部分、 P4…第4の部分、 PL…光、
SL、SL1、SL2…光、 RA…滑らかな表面領域、
RB…滑らかでない表面領域。
100: Optical inspection system, 110: Lens module,
112 ... 1st lens component, 114 ... 2nd lens component,
120 ... light source module, 122 ... opening of the light source module,
124, 124a, 124b ... light source, 126 ... carrier,
126a ... opening of
126d ...
129a ... opening of the reflecting mirror, 129b ... rough reflecting surface, 130 ... photoelectric element,
200 ... object side, 300 ... optical imaging system, 310 ... lens module,
320 ... light source module, 322 ... opening, 324 ... light source,
326 ... Reflecting mirror, 326a ... Opening of reflecting mirror, 328 ... Light source lens component,
400 ... object, 500 ... light detection side,
LA: the distance between the aperture stop and the front side of the first lens component,
LB: Distance between the aperture stop and the rear surface of the second lens component,
O1, O2 ... optical axis, OL ... object light, P1 ... first part, P2 ... second part,
P3 ... third part, P4 ... fourth part, PL ... light,
SL, SL1, SL2 ... light, RA ... smooth surface area,
RB: Unsmooth surface area.
Claims (5)
第1のレンズ構成部分と、第2のレンズ構成部分を備えており、前記第1のレンズ構成部分が、前記第2のレンズ構成部分と物体側の間に配置され、前記第1のレンズ構成部分と前記第2のレンズ構成部分が共通の光軸を有するレンズモジュールと、
前記第1のレンズ構成部分と前記第2のレンズ構成部分との間に配置されており、前記第1のレンズ構成部分を通って前記物体側に向かって光を放出するように構成された光源モジュールと、
前記レンズモジュールの前記物体側とは反対の側に配置されている光電素子とを、
有し、
前記第1のレンズ構成部分及び前記第2のレンズ構成部分は共焦点系であり、かつ、前記第1のレンズ構成部分及び前記第2のレンズ構成部分は共焦点システムを形成しており、
前記光源モジュールは、前記共焦点システムの開口絞りの位置に近接して配置されており、
該光源モジュールは、前記第1のレンズ構成部分を通って前記物体側に向かって光を放出する複数の光源と、該複数の光源を保持するように構成されたキャリアと、光学フィルムとを有し、
前記キャリアは、開口と、該キャリアの開口を取り囲む底面と、前記キャリアの開口に隣接する前記底面の一端から前記物体に向かって延びる第1の側壁と、前記キャリアの開口から離れている前記底面の他端から前記物体に向かって延びる第2の側壁とを有し、
前記第1の側壁と前記底面と前記第2の側壁は、前記キャリアの開口を取り囲む凹部を形成しており、前記複数の光源は少なくとも部分的に前記凹部内に配置されており、
前記複数の光源は、前記光学フィルムと前記キャリアとの間に在り、
前記光学フィルムは開口を有し、前記キャリアの開口と前記光学フィルムの開口は、前記共通の光軸により貫通されており、全体として前記光源モジュールの開口部を形成しており、
前記光電素子は、前記レンズモジュールと前記キャリアの開口を通して前記物体側から物体光を受光するように構成されていることを特徴とする光学検査システム。 An optical inspection system,
A first lens component; and a second lens component, wherein the first lens component is disposed between the second lens component and the object side, and the first lens component A lens module in which the portion and the second lens component have a common optical axis;
Wherein it is disposed between the first lens component and said second lens component, which is configured to emit light toward the object side through the front Symbol first lens component A light source module;
A photoelectric element arranged on the opposite side to the said object side of the lens module,
Have
The first lens component and the second lens component are a confocal system, and the first lens component and the second lens component form a confocal system;
The light source module is disposed proximate to a position of an aperture stop of the confocal system ;
The light source module includes a plurality of light sources that emit light toward the object side through the first lens component, a carrier configured to hold the plurality of light sources, and an optical film. And
The carrier has an opening, a bottom surface surrounding the carrier opening, a first side wall extending from one end of the bottom surface adjacent to the carrier opening to the object, and the bottom surface separated from the carrier opening. A second side wall extending from the other end toward the object,
The first side wall, the bottom surface, and the second side wall form a recess surrounding the opening of the carrier, and the plurality of light sources are at least partially disposed in the recess,
The plurality of light sources are between the optical film and the carrier,
The optical film has an opening, the opening of the carrier and the opening of the optical film are penetrated by the common optical axis, forming the opening of the light source module as a whole,
The optical inspection system , wherein the photoelectric element is configured to receive object light from the object side through an opening of the lens module and the carrier .
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