JPH01164911A - 光学式顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光学式顕微鏡に関する。詳しくは、検査対象
物を観察検査しつつ、その欠陥部分を除去できるように
した光学式顕微鏡に関する。

〔従来の技術〕

従来の光学式顕微鏡を第７図について説明する。

第７図において、支柱３には顕微鏡本体５が図で上下方
向へ移動可能に設けられている。顕微鏡本体５には、直
接観察光学系３１（ダハプリズム３２）直角プリズム３
３および接眼レンズ３４からなる。）と、テレビカメラ
などから形成された間接観察光学系３５と、前記直接観
察光学系３１および間接観察光学系３５に共通の共通光
学系２１（基本光軸Ｐｌ上に配設された対物レンズ２２
）チューブレンズ２３およびビームスプリッタ２４から
なる。）と、照明光学系１０（光源Ｉ７、ミラー１３お
よびハーフミラ−１５からなる。）とがそれぞれ設けら
れている。

ここで、Ｐ２はビームスプリッタ２４、ダハプリズム３
２および直角プリズム３３の協働によって基本光軸Ｐ、
から一定の角度だけ傾斜された直接観察用の光軸である
。また、Ｐ３は照明光の光軸である。

従って、選択された対物レンズ２２の倍率に基づいて検
査対象物（載物台４上に載置されている。

）の拡大像を直接観察光学系３１で目視観察することが
できるとともに、間接観察光学系３５でも目視観察する
ことができ、かつ、写真などにより拡大像を記憶するこ
とができた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上記光学式顕微鏡では、観察光学系（共通光
学系２１、直接観察光学系３１．間接観察光学系３５）
によって検査対象物の拡大像を直接的、間接的に目視観
察できるものの、検査を含む生産工程全体の観点からは
機能的な不備が指摘されていた６例えば、第６図に示す
ＩＣ（検査対象物）のパターンを検査するときにはその
欠陥部分ＮＧを発見できても、その欠陥を除去するには
他の手段により改めて除去（例えば、欠陥部分ＮＧを切
断する。）作業をしなければならないという問題があっ
た。

このため、観察（検査）した後、直ちに間接観察光学系
３５を構成するテレビカメラなどに代えて加工用レーザ
ビームを発するレーザ発振器を取り付けて上記除去作業
を試行してみたが、必ずしも十分な実用的価値を得るこ
とができなかった。

つまり、基本光軸Ｐ、上で加工用レーザビームを入射さ
せる方式では、共通光学系２１の構成要素（主にビーム
スプリッタ２４など）による減衰性からパワーロスが大
きく不経済であるとともに、所期の除去作業を達成でき
なかった。

また、テレビカメラなどに代えてレーザ発振器を取り付
けるので、間接観察光学系３５による目視確認不能状態
で除去作業をしなければならないから、相当の熟練を必
要とし作業能率が低いばかりか、却って正常パターンを
損傷させてしまうような虞れもあった。つまり、直接観
察光学系３１（接眼レンズ３４）によって目視確認する
ことは検査対象物から反射された有害なレーザビームが
接眼レンズ３４に直接的に入射し、人体（Ｉｌりを損傷
する虞れがあり、かつ、安全上からも禁止されているの
で、盲状層で除去作業をしなければならないからである
。

さらに、観察光学系と加工光学系との焦点位置を同一と
して構成することは、技術的、経済的に至難であること
から、直接観察光学系３１で欠陥部分ＮＧを発見後にレ
ーザ発振器を活かしてその除去作業を行い、再びレーザ
発振器を停止して検査（観察）するためには、顕微鏡本
体５を繰り返し上下動して各焦点位置を調整しなければ
ならず、取扱が煩雑で、この点からも作業能率が悪かっ
た。

ここに、本発明の目的は、経済的で、しかも正確かつ迅
速な検査と加工とを達成すると同時に、作業の安全を保
障する光学式顕微鏡を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そのため、本発明では、上記共通光学系の一部を利用し
て加工用レーザビームを検査対象物に照射できる加工光
学系を巧みに組み込んで、共通光学系によるパワーロス
を生じさせず、かつ間接観察光学系を併設し易い構造と
したものである。また、直接観察用の光軸上にシャッタ
を設け、このシャッタが直接観察用の光を遮っている間
のみ加工用レーザビームを検査対象物に照射できるよう
に構成したものである。

具体的には、対物レンズと直接観察用の光軸を生成する
ビームスプリッタとを基本光軸上に配置した光学式Ｗ４
微鏡において、前記対物レンズとビームスプリッタとの
間の前記基本光軸上に第２のビームスプリッタを配置す
るとともに、この第２のビームスブリフタに前記基本光
軸と異なる方向から入射されかつ前記対物レンズを通し
て検査対象物に照射される加工用レーザビームを生成す
るレーザ発振器と、前記直接観察用の光軸とその中心が
一致するシャッタと、このシャッタが直接観察用の光を
遮っている間のみ前記レーザ発振器を励起させる制御装
置とを設けた、ことを特徴とする。

〔作用〕

レーザ発振器から発せられた加工用レーザビームは、第
２のビームスプリッタによって基本光軸上に方向変換さ
れた後、対物レンズを通して検査対象物に照射される。

従って、直接観察用の光軸を生成するビームスプリッタ
などを通過しないので、パワーロスが生じることがなく
、しかも、間接観察光学系を併設し易い構造であるから
、正確かつ迅速な検査と加工とを達成できる。

また、シャッタが直接観察用の光を遮っている間のみレ
ーザ発振器が励起されるので、つまりシャッタが開いて
いるときはレーザ発振器は停止しているので、直接観察
光学系で観察している際に加主用レーザビームによって
人体（眼）を損傷させることがなく、作業の安全を保障
することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

本実施例の光学式顕微鏡は、大きく分けて、機構部１、
照明光学系ｌＯ２観察光学系２０、加工光学系４０、シ
ャッタ装置５０および焦点位置検出手段９０から構成さ
れている。

機構部１は、主に第２図および第３図に示されている。

基台２に立設された支柱３には、顕微鏡本体５が可動台
６を介して取り付けられている。

Ｂ１＠鏡本体５は、粗動用調整つまみ７と微動用調整つ
まみ８とを操作することによって、図で上下方向へ移動
できるように構成されている。なお、４は検査対象物を
載置するための載物台である。

また、顕微鏡本体５の上方部分は三眼鏡筒に形成されて
いる。従って、調整つまみ７．８を操作することによっ
て、選択された対物レンズ２２に応じた焦点位置に調整
することができる。

観察光学系２０は、第１図に示す如く、共通光学系２１
と、直接観察光学系３１と、間接観察光学系３５とから
構成されている。共通光学系２１は、基本光軸Ｐ＋上に
配列された対物レンズ２２）結像用のチューブレンズ２
３および可視光を直角２方向に５０％（透過）、５０％
（反射）に分光する第１のビームスプリッタ２４から構
成されている。対物レンズ２２は、顕微鏡本体５に回転
可能に支持されたレボルバ２５に取り付けられ、拡大倍
率の異なる複数のレンズからなる。従って、レボルバ２
５を回転させれば、選択された１つの対物レンズ２２を
基本光軸Ｐ、上に位置付けすることができる。なお、各
対物レンズは無限遠補正型とされている。

また、直接観察光学系３１は、ダハプリズム３２）直角
プリズム３３、接眼レンズ３４および図示しない双眼用
プリズムなどから構成され、ビームスプリッタ２４で分
光された一方の光を基本光軸Ｐ、に対して傾斜する直接
観察用の光軸Ｐｉに変換するとともに、双眼で検査対象
物の拡大像を直接的に目視観察するものである。

また、間接観察光学系３５は、ビームスプリッタ２４で
分光された他方の光（基本光軸Ｐ、と光軸が同じ、）を
利用して検査対象物の拡大像を写し出したり、写真など
に記憶させるもので、ここでは顕微鏡本体５に着脱自在
とされたテレビカメラから形成されている。

また、照明光学系１０は、光軸Ｐ、上に配設され一端側
が光源（図示省略）に接続された光ファイバ１１、照明
レンズ１２およびミラー１３から構成され、後述する加
工光学系４０を構成する第２のビームスプリッタ４３を
蓋用して基本光軸Ｐ１上の対物レンズ２２を通し載物台
４に載置された検査対象物を光照射するものである。

加工光学系４０は、加工用レーザビームを基本光軸Ｐ、
　　と異なる方向から入射させるとともに、共通光学系
２１の対物レンズ２２を通して検査対象物を照射するも
ので、顕微鏡本体５に着脱自在に設けられたレーザ発振
器４１、ミラー４２）共通光学系２１のビームスプリッ
タ２４と対物レンズ２２との間の基本光軸Ｐ、上に配置
された第２のビームスプリッタ４３および光軸Ｐ３上に
配置された第３のビームスプリッタ４５とから構成され
ている。従って、レーザ発振器４１から発せられた加工
用レーザビーム（光軸Ｐ４）は、照明光学系ｌＯのミラ
ー１３を兼用して第２の、ビームスプリッタ４３で基本
光軸Ｐ、上に方向変換される。

つまり、加工光学系４０と照明光学系１０とは、相互に
構成要素を共通利用して簡単な構造となるように工夫さ
れている。ここに、レーザ発振器４１は、半導体レーザ
励起固体レーザとされている。

これは、例えば雑誌ｒｏｐｌｕｓＥＪＮ　Ｏ９５（１９
８７年）第８５頁〜第９２頁で解説されているもので、
第４図に示す如く、レーザダイオード４１Ａ１収束レン
ズ４１Ｂ、Ｎｄ１ＹＡＧ（ネオジウム；ヤグ）結晶など
からなるレーザ媒質４１Ｃ１所定の曲率を有する出力ミ
ラー４１Ｄを含んで構成されている。なお、発振波長は
１０１０６４ｎ近赤外光）である。

未実施例では、ミラー４２）第３のビームスプリッタ４
５、ミラー１３および第２のビームスプリッタ４３は、
上記近赤外光を略１００％反射するものとして形成され
ている。第３のビームスプリッタ４５は、照明光学系１
０の光源（図示省略）から発せられた可視光を光軸Ｐ、
力方向１００％透過できるものとして形成されている。

ミラー１３は、その可視光を１００％反射するものとし
て形成されている。第２のビームスプリッタ４３は、基
本光軸Ｐ１方向に可視光を７０％透過するとともに、直
角方向に３０％だけ反射できる特性とされている。

従って、照明光学系１０の可視光と加工光学系４０の加
工用レーザビームとを対物レンズ２２を介して基本光軸
Ｐ、上で検査対象物に同時に照明することができるから
、間接観察光学系３５を構成するテレビカメラでその拡
大像を観察（目視確認）しつつ検査対象物（ＩＣ）の欠
陥部分ＮＧ（第６図参照）を切断除去することができる
。また、加工用レーザビームを強力とした場合、第２の
ビームスプリッタ４３を介して第１図の基本光軸Ｐｌの
上方側に抜けるレーザビームは、その大部分が第２のビ
ームスプリッタ４３で反射されて減衰されるので、その
光量は少なく、両観察光学系３１．３５（接眼レンズ３
４やテレビカメラなど）に不都合を生じさせる虞れはな
い。

シャッタ装置５０は、前記直接観察用の光軸Ｐ２に中心
を一致させて配置された電動シャッタ５１と、この電動
シャッタ５１が直接観察用の光を遮っている間のみ前記
レーザ発振器４１を励起させる制御回路６１および加工
スイッチ７１を有する制御袋Ｍ５２とを含んで構成され
ている。

制御回路６１は、第４図に示す如く、前記電動シャッタ
５１の開閉を検出する光スイッチ６２と、前記加工スイ
ッチ７１からの加工信号りを入力として電動シャッタ５
１を駆動させるための駆動信号ｉとレーザ発振器４１を
励起させるための信号ｊとを生成するタイミング回路６
３と、前記光スイッチ６２からの信号を増幅して検出信
号ｋを生成するプリアンプ６４と、このプリアンプ６４
からあ検出信号ｋを参照電圧Ｖ　ｒｅｆで波形整形する
ためのコンパレータ６５と、このコンパレータ６５の出
力信号ｌと前記信号ｊとの論理積をとリレーザ発振器４
１の励起信号ｍを出力するアンドゲート６６と、このア
ンドゲート６６からの励起信号ｍを増幅するパワーアン
プ６７とを含んで構成されている。

光スイッチ６２は１、前記電動シャッタ５１の中心を通
りかつ前記直接観察用の光軸Ｐ２と略直交する光軸Ｐ、
の一方に配置された発光ダイオード６２Ａと、光軸Ｐ、
の他方に配置されたホトダイオード６２Ｂとから構成さ
れている。従って、光スイッチ６２の光軸Ｐ、が直接観
察用の光軸Ｐ２に対して略直交しているので、発光ダイ
オード６２Ａからの光が接眼レンズ３４には入射しない
よう吟なっている。

焦点位置掻出手段９０は、第２図に示す如く、支柱３に
固定されたケース９１、このケース９１に上下方向へ変
位可能に設けられかつ先端側に顕微鏡本体５と係合する
測定子９４を有するスピンドル９２）ケース９１に内蔵
された図示しないエンコーダによってスピンドル９２の
移動変位量を検出し支柱３に対する顕微鏡本体５の上下
方向の移動量をデジタル表示するインジケータ９３から
構成されている。インジケータ９３の表示数値は、スピ
ンドル９２の位置に拘わらずをスイッチＳＷで強制的に
零（リセット）できるように、また、維持（ホールド）
できるように形成されている。

従って、観察光学系２０の焦点位置でインジケータ９３
の数値をリセットし、加工光学系４０の焦点位置におけ
る表示数値を読み取れば、両光学系２０．４０の焦点位
置の差が定量的に読み取れるから、観察（検査）と除去
（加工）作業とを迅速かつ高精度に行うことができ、取
扱を容易にすることができる。

次に、本実施例の作用を説明する。

（準備） 載物台４上に検査対象物を取り付けるとともに、レボル
バ２５を回転させて所定倍率の対物レンズ２２を基本光
軸Ｐ、に合わせ、調整つまみ７を操作′して顕微鏡本体
５を上下動させ、それを位置付けさせる。また、シャッ
タ装置５０の電動シャッタ５１を解放した状態にしてお
く。

（観察、検査） 光ファイバ１１の一端側に設けられた光源のスイッチを
オンして照明光学系１０を起動し、検査対象物に可視光
を照射する。

直接観察光学系３１を形成する双眼の接眼レンズ３４を
覗きつつ、微動用調整つまみ８を操作して観察系の焦点
位置検出手段９０のインジケータ９３の表示数値を零（
リセット）する、続いて、載物台４を公知の方法によっ
て基台２上で平面直交２軸方向へ移動させながら検査対
象物（ＩＣ）の検査（観察）すべき部位を基本光軸Ｐ１
に合わせる。このようにして、直接観察光学系３１で目
視確認する。このとき、間接観察光学系３５を形成する
テレビカメラでも目視確認することができる。

（除去加工） 第６図に示すように、欠陥部分ＮＧを発見したときは、
その欠陥部分ＮＧを顕微鏡の視野の中心にもってくる。

ここで、制御装置５２の加工スイッチ７１を押すと、第
５図（Ａ）に示す加工信号りがタイミング回路６３に出
力されるので、タイミング回路６３からは信号ｉが電動
シャッタ５１に与えられる。

これにより、電動シャッタ５１が瞬間的に閉じられる。

電動シャッタ５１が閉じると検出信号ｋが減少し始め、
電動シャッタ５１が開くと検出信号ｋが増加するので（
第５図（Ｃ）参照）、コンパレータ６５からは第５図（
Ｄ）に示す矩形波の信号ｌが出力される。

また、タイミング回路６３からは、第５図（Ｂ）に示す
如く、信号ｉと連動して電動シャッタ５１が開いている
間の予め設定された時間のみ励起される信号ｊが出力さ
れる。すると、第５図１）に示す如（、信号ｊと信号ｌ
との論理積がレーザ発振器４１の励起信号ｍとなる。

ところで、信号ｊに仮にノイズパルスｊ、が付加された
としても、電動シャッタ５１が開いていてｂｌつ光スイ
ッチ６２がオンしている間はコンパレータ６５からの信
号ｌは「Ｌ」レベルであるから、励起信号ｍも「Ｌ」レ
ベルのままで、レーザ発振器４１は発振することはない
、従って、顕微鏡の直接観察用の光学系にレーザ光の反
射成分が重畳されることはない。

このようにして、シャッタ装置５０の電動シャッタ５１
が光軸Ｐｔを遮断している状態においては、レーザ発振
器４１が励起され、加工用レーザビームが出力される。

レーザビームは、ミラー４２）第３のビームスプリッタ
４５、ミラー１３、第２のビームスプリッタ４３および
対物レンズ２２を通し検査対象物上に照射される。この
状態では、間接観察光学系３５を構成するテレビカメラ
で検査対象物の除去状況を目視観察することができる。

従うて、微動用調整つまみ８を操作して上記欠陥部分Ｎ
Ｇに加工用レーザビームの焦点位置を合わせることがで
きる。このとき、焦点位置合わせ完了時点のインジケー
タ９３の表示数値を読み取る、ここに、先の観察光学系
２０の焦点位置と加工用レーザビームによる加工光学系
４０の焦点位置の差異を知ることができる。よって、こ
こでレーザ発振器４１の出力を上げて欠陥部分ＮＧを切
断することができる。なお、加工光学系４０の焦点位置
合わせ作業は、前記観察検査工程中の観察系の焦点位置
合わせ作業と同時的に行ってもよい。

もとより、加工光学系４０の焦点位置合わせは、検査対
象物の欠陥部分ＮＧの幅などに応じたレーザビーム径で
できるよう調整する場合も含むものである。

従らて、間接観察光学系３５で目視確認しつつ、欠陥部
分ＮＧの切断（除去）作業をすることができる。この際
、電動シャッタ５１は閉じているので、加工用レーザビ
ームが直接観察光学系３１に入射することがなく、作業
の安全を保障できる。

引き続き、載物台４を移動させつつ、順次パターンを観
察（検査）することができる０次の欠陥部分ＮＧを発見
したときは、先に読み取ったインジケータ９３の表示数
値になるように微動用調整つ★み８を操作すれば、観察
光学系２０から加工光学系４０に迅速な切り替えができ
る。一方、表示数値が零となるように操作すれば、加工
光学系４０から観察光学系２０に迅速に切り替えること
ができる。

以上述べた実施例によれば、観察光学系２０の対物レン
ズ２２のみを通して加工用レーザビームを検査対象物に
照射する加工光学系４０を設けたので、観察光学系２０
のビームスプリッタ２４などによる減衰がなく、パワー
効率が高く、経済的な加工（欠陥部分の切断）を達成す
ることができる。

また、加工光学系４０は観察光学系２０（間接観察光学
系）に関与しないから、間接観察光学系３５を構成する
テレビカメラなどを設けることができ、よって、その加
工状態を目視しながら迅速かつ正確な欠陥部分ＮＧの除
去を能率的に行うことができる。

また、照明光学系１０と加工光学系４０とは、ミラー１
３、ビームスプリッタ４３などを兼用する系として構成
したので、構造が簡単でコンパクトな・光学式顕微鏡に
構成きる。

また、直接観察光学系３１には、電動シャッタ５１を設
け、この電動シャッタ５１が閉じているときのみレーザ
発振器４１を励起させるようにしたので、つまり電動シ
ャッタ５１が開いているときはレーザ発振器４１が停止
しているので、直接観察中に接眼レンズ３４に有害な加
工用レーザビームが入射されることを完全に阻止するこ
とができ、作業の安全を保障することができる。しかも
、加工に当たりては、加工スイッチ７１を押すだけでよ
いので能率的であるとともに、電動シャッタ５１が瞬間
的に閉じるだけなので、観察者に対する違和感も少ない
。

また、観察光学系２０と加工光学系４０との焦点位置検
出手段９０が設けられているので、検査と加工とを迅速
かつ正確に行うことができる。しかも、検査対象物上で
の加工用レーザビーム径をその欠陥部分の大きさに応じ
たものに調整することが容易となる。

なお、上記実施例においては、照明光学系１．０と加工
光学系４０この構成要素（ミラー１３、第２のビームス
プリッタ４３など、）を共用するものとしたが、要は加
工光学系４０は観察光学系（共通光学系２１）の対物レ
ンズ２２とビームスプリッタ２４との間の基本光軸Ｐ１
から加工用レーザビームを照射できるよう形成すればよ
いから、両光学系１０．４０をそれぞれ独立系に形成し
てもよい０間接観察光学系３５もテレビカメラに限らず
各種映像手段から構成してもよい。

また、加工光学系４０のレーザ発振器４１は、上記実施
例で述べた半導体レーザ励起固体レーザに限らず、通常
のＱスイッチ方式のパルス発振型ＹＡＧレーザなども使
用できる。さらに、連続発振型のレーザを用いて出力光
を電動シャッタ５１に連動させてオン、オフさせるよう
な構成でもよい。

また、電動シャッタ５１の代わりに機械式シャッタ、例
えばレリーズレバ−を倒すと、そのレリーズレバ−に連
動してシャツタ板が直接観察用光軸を遮断するような構
成でもよい、この場合には、レリーズレバ−を倒したと
きにレーザ発振器４１を発振させるように構成すればよ
い。

また、焦点位置検出手段９０は、エンコーダ内蔵のデジ
タル表示方式のインジケータ９３を採用するものとした
が、その構造、取付位置は限定されない、さらに、粗動
用調整つまみ７や微動用調整つまみ８に連動させ、−旦
読み取って記憶した数値によって自動的に位置合わせ制
御させることも可能である。

〔発明の効果〕

以上の通り、本発明によれば、対物レンズのみを通して
加工用レーザビームを照射する加工光学系が設けられて
いるので、パワー損失がなく経済的であるとともに、間
接観察光学系を付加させることが容易であるから、目視
ｉｉ　認しながら欠陥部分の除去ができるという優れた
効果を有する。また、加工中に直接観察光学系に有害な
加工用レーザビームが入射されることを完全に阻止する
ことができるので、作業の安全を保障することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる光学式顕微鏡の一実施例を示す
光学系の全体構成図、第２図はその外観を示す正面図、
第３図はその外観を示す右側面図、第４図は制御装置を
示すブロック図、第５図はタイムチャート、第６図は検
査対象物をＩＣとした場合のパターンと欠陥部分とを示
す平面図、第７図は従来の光学式顕微鏡を示す光学系の
全体構成図である。 １０・・・照明光学系、２０・・・観察光学系、２１・
・・共通光学系、２２・・・対物レンズ、２４・・・ビ
ームスプリッタ、３１・・・直接観察光学系、３５・・
・間接観察光学系、４０・・・加工光学系、４１・・・
レーザ発振器、４３・・・第２のビームスプリッタ、５
０・・・シャッタ装置、５１・・・電動シャッタ装置、
６１・・・制御回路、６１・・・光スイッチ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）対物レンズと直接観察用の光軸を生成するビーム
   スプリッタとを基本光軸上に配置した光学式顕微鏡にお
   いて、 前記対物レンズとビームスプリッタとの間の前記基本光
   軸上に第２のビームスプリッタを配置するとともに、 この第２のビームスプリッタに前記基本光軸と異なる方
   向から入射されかつ前記対物レンズを通して検査対象物
   に照射される加工用レーザビームを生成するレーザ発振
   器と、前記直接観察用の光軸とその中心が一致するシャ
   ッタと、このシャッタが直接観察用の光を遮っている間
   のみ前記レーザ発振器を励起させる制御装置とを設けた
   、ことを特徴とする光学式顕微鏡。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、前記制御装置は
   、前記シャッタの中心を通り前記直接観察用の光軸と略
   直交する光軸を有する光スイッチと、この光スイッチに
   よって前記シャッタが閉じていることが検出されている
   間のみ前記レーザ発振器の励起させる制御回路とを含ん
   で構成されていることを特徴とする光学式顕微鏡。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項において、前
   記レーザ発振器を、半導体レーザ励起固体レーザとした
   ことを特徴とする光学式顕微鏡。