JPH05297319A - 光学装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、対物レンズの光軸に対する垂直面内
で像を回転でき、ウエハホルダ、カメラを回転させるこ
となく像の向き合わせを行うことを目的とする。 【構成】撮像素子１６上に結像した像の向きを調整する
装置において、前記像が前記撮像素子１６まで導かれる
光路上に配置され当該光路の光軸に対して垂直な面内で
前記像を反転させる第１のプリズム１４と、前記第１の
プリズム１４と前記撮像素子１７との間の光路上に配置
され前記第１のプリズム１４で反転させた像を前記光軸
に対して垂直な面内でさらに反転させる第２のプリズム
１５とを備え、前記第１のプリズム１４又は前記第２の
プリズム１５の少なくともいずれか一方を前記光軸を中
心に回転自在に保持するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＣＣＤカメラ等の撮像
センサ上に結像した像の姿勢を、カメラ又はステージを
回転させることなく、所定の角度に変化させることので
きる光学装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製品の品質管理を行う分野では、
半導体ウエハの表面を顕微鏡で拡大観察する他に、その
観察像を撮像装置で画像化し、その画像に対して所定の
画像処理を施すことにより欠陥検査や回路パターンの線
幅測定等を行なうことがある。そのような欠陥検査や線
幅測定等を行う際には、検査効率や測定精度を上げるた
めに、画面上に表示した像の姿勢を所望の角度に調整し
てから、検査，測定を実施するのが一般的である。その
ような像の向き合わせを行うために、従来は、半導体試
料を保持しているウエハホルダを回転させたり、あるい
はカメラ自身を光軸を中心に回転させたりしていた。

【０００３】ところで、ウエハホルダを回転させる方法
では、半導体ウエハのオリフラを利用してウエハ上の観
察したい所を視野中心に位置決めし、然る後、ウエハホ
ルダを回転させて像の姿勢を所望の角度に調整してい
る。しかし、ウエハホルダの回転中心と像の回転中心と
が異なっていると、ウエハホルダを回転させたとき、像
の姿勢は所望の角度となるが、像が観察視野の中心から
動いてしまう。そのため、再度、見たい位置を視野中心
に位置合わせをしなければならないという不都合があ
る。

【０００４】またＣＣＤカメラ等の撮像センサ自身を回
転させる方法は、市販のカメラは用途や仕様により大き
さが異なっていたり、カメラからコントロールユニット
に掛けてコードが延びていたりしているため、カメラを
回転制御させるには困難であった。

【０００５】一方、実開昭６１−１５７９１８号には、
テレビカメラ１の光軸上に、その光軸を中心として回転
する反射鏡２及びプリズム３を配置して、撮像センサ４
に結像した像を、カメラの光軸を中心に３６０度回転さ
せることのできるテレビカメラが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、試料平面と
なる対物レンズの光軸に対して垂直な面内で観察像を回
転させることができれば、像の向き合わせ操作を最も簡
単に実施することができる。

【０００７】しかしながら、実開昭６１−１５７９１８
号に示すテレビカメラでは、反射鏡２により９０度回転
した観察像を、カメラ１の光軸を中心に３６０度回転さ
せることはできるが、ウエハホルダあるいはカメラ自身
を回転させることにより実現していたような対物レンズ
の光軸に対する垂直面内で観察像を回転させることはで
きない。

【０００８】本発明は以上のような実情に鑑みてなされ
たもので、対物レンズの光軸に対する垂直面内で像を回
転でき、ウエハホルダあるいはカメラ自身を回転させる
ことなく像の向き合わせを行うことができ、操作性，検
査能力及び測定精度の改善された光学装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の光学装置は、撮像素子上に結像した像の向きを
調整する装置において、前記像を前記撮像素子まで導く
ための光路上に配置され通過する像を反転させる第１の
プリズムと、前記第１のプリズムと前記撮像素子との間
の光路上に配置され前記第１のプリズムで反転させた像
をさらに反転させる第２のプリズムとを備え、前記第１
のプリズム又は前記第２のプリズムの少なくとも一方を
前記光軸を中心に回転自在に保持したことを特徴とす
る。

【００１０】また本発明の光学装置は、撮像素子上に結
像した像の向きを調整する装置において、前記像を前記
撮像素子まで導くための光路上に配置され入射する像を
反転させて出力する第１の三角プリズムと、前記第１の
三角プリズムと前記撮像素子との間の光路上に配置され
前記第１の三角プリズムで反転させた像をさらに反転さ
せて前記撮像素子へ出力する第２の三角プリズムとを備
え、前記第１の三角プリズムと前記第２の三角プリズム
の少なくとも一方を前記光軸を中心に回転自在に保持し
たことを特徴とする。

【００１１】また本発明の光学装置は、像を前記撮像素
子まで導くための光路上に配置され入射する像を反転さ
せて出力する第１のミラーと、第１のミラーと前記撮像
素子との間の光路上に配置され第１のミラーで反転させ
た像をさらに反転させて前記撮像素子へ出力する第２の
ミラーとを備え、前記第１のミラーと前記第２のミラー
の少なくとも一方を前記光軸を中心に回転自在に保持し
たことを特徴とする。また本発明の光学装置は、上記第
１の三角プリズムと上記第２のミラーの組合わせ、或い
は上記第１のミラーと上記第２の三角プリズムの組合わ
せからなる。

【００１２】

【作用】本発明の光学装置では、第１のプリズムに入射
した正立像が光軸に対して垂直な面内で反転し、その反
転像が第２のプリズムに入射してさらに反転して正立像
に戻り、その後に撮像素子上に結像される。そして第１
のプリズム又は第２のプリズムの少なくとも一方を光軸
を中心に回転させると、像が光軸を中心に回転する。従
って、対物レンズの光軸に対する垂直面と一致する像面
を持った観察像が第１のプリズムに入射した場合には、
対物レンズの光軸に対する垂直面内で観察像が回転され
るものとなる。

【００１３】また本発明の光学装置では、第１の三角プ
リズムまたは第１のミラーで第１のプリズムに入射した
像がその向きを反転され、その反転像がさらに第２の三
角プリズムまたは第２のミラーで反転されて元の向きに
戻される。そしてミラーあるいはプリズムを回転させる
ことにより、像の向きが変化する。本発明でも像の向き
が元の向きに戻されるので、対物レンズの光軸に対する
垂直面と一致する像面を持った観察像が第１の三角プリ
ズムあるいは第１のミラーに入射すれば、対物レンズの
光軸に対する垂直面内で観察像が回転されるものとな
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には、本発明の第１実施例の構成が示されている。

【００１５】本実施例は、顕微鏡のＸＹステージ１１上
にウエハホルダ１２を固定軸を中心に回転自在に支持
し、そのウエハホルダ１２で半導体ウエハＳを保持して
いる。そして顕微鏡の鏡筒内には、半導体ウエハＳの像
を拡大する対物レンズ１３と同一光軸上に、第１のプリ
ズムとしての第１のイメージローテータ１４及び第２の
プリズムとしての第２のイメージローテータ１５が配置
されている。その第２のイメージローテータ５を通過し
た像をＣＣＤカメラ１６の撮像素子上に結像して、その
撮像信号をコントロールユニット１７のＴＶ入力端子へ
与えている。

【００１６】上記コントロールユニット１７は、ＸＹス
テージ１１を水平面内のＸ，Ｙ方向へ駆動し、及び垂直
方向へ駆動すると共に、ウエハホルダ駆動部１８に駆動
制御信号を与えてウエハホルダ１２を駆動制御してい
る。ウエハホルダ駆動部１８は駆動制御信号に基づいて
ウエハホルダ１２を垂直方向へ駆動すると共に粗動回転
させることができる。

【００１７】上記第１のイメージローテータ１４は、図
示形状の台形プリズムからなり鏡筒内に固定されてい
る。第１のイメージローテータ１４は、光軸に対して傾
斜して配置される入射面Ｒ１と、光軸に対して入射面Ｒ
１と逆方向に傾斜して配置される出射面Ｒ２と、入射面
Ｒ１で屈折した光を出射面Ｒ２側へ反射させる側面Ｒ３
とを有する。

【００１８】また第２のイメージローテータ１５は、第
１のイメージローテータ１４と同一形状をなすプリズム
からなり、鏡筒内に光軸を中心に回転可能に保持されて
いる。この第２のイメージローテータ１５は、第１のイ
メージローテータ１４の出射面Ｒ２と同一方向に傾斜し
た入射面Ｔ１と、この入射面Ｔ１と逆方向に傾斜した出
射面Ｔ２と、入射面Ｔ１で屈折した光を出射面Ｔ２側へ
反射させる側面Ｔ３とを有する。

【００１９】上記コントロールユニット１７は、さらに
プリズム駆動部１９に駆動制御信号を与えることにより
第２のイメージローテータ１５を光軸を中心として微動
回転させることができる。

【００２０】コントロールユニット１７には、ＣＣＤカ
メラ１６によって撮像した観察像を表示するためのモニ
タ２０と、モニタ上に表示された像の傾きを測定する機
能を備えた画像処理部２１と、モニタ上に表示された像
から半導体ウエハＳ上に描画されているパターンの線幅
を測定する機能を備えた線幅測定部２２とが接続されて
いる。次に、以上のように構成された本実施例の動作に
ついて説明する。

【００２１】先ず、半導体ウエハＳ上の観察したい位置
が視野中心に位置しかつ所望の姿勢となるように、コン
トロールユニット１７からＸＹステージ１１及びウエハ
ホルダ１２を駆動制御して、ウエハホルダ１２に保持さ
れた半導体ウエハＳの位置及び角度を粗く位置決めす
る。

【００２２】次に、対物レンズ１３によって拡大された
半導体ウエハＳの観察像を、第１のイメージローテータ
１４及び第２のイメージローテータ１５を介してＣＣＤ
カメラ１６上に結像させる。この結果、半導体ウエハＳ
の観察像がＣＣＤカメラ１６によって撮像されてモニタ
２０上に表示される。

【００２３】この表示により、モニタ２０上には例えば
図３（ａ）に示すような所定の幅を有する帯状の像Ｇが
表示されたとする。図３（ａ）に示す像Ｇは、例えば半
導体ウエハ上のパターンであり、その線幅を測定するこ
とが装置の主な１つの機能であるとする。像Ｇの線幅を
高精度に測定するためには、像Ｇの向きを画面の水平方
向又は垂直方向と平行な向きに合わせる必要がある。

【００２４】そこで本実施例では、画像処理部２１によ
り像Ｇの垂直方向の傾きθを検出する。コントロールユ
ニット１７は傾きθから第２のイメージローテータ１５
に与えるべき補正値を求め、その補正値に応じてプリズ
ム駆動部１９を制御して第２のイメージローテータ１５
を微動回転させる。

【００２５】ここで、第１及び第２のイメージローテー
タ１４，１５による像の反転作用と第２のイメージロー
テータ１５の微動回転による像の向きの微調整について
図２を参照して説明する。

【００２６】第１のイメージローテータ１４を通過する
正立像“イ”は、台形プリズムを通過することにより、
光軸と垂直な平面内で上下が反転する。その反転像がさ
らに第２のイメージローテータ１５を通過することによ
り、さらに上下が反転して元の成立像“イ”となる。こ
の様な状態で、第２のイメージローテータ１５を光軸を
中心に回転させると、ＣＣＤカメラ１６上に結像してい
る正立像“イ”が光軸を中心に回転する。

【００２７】従って、第２のイメージローテータ１５の
回転量と、その回転量に対応した像の回転量との関係を
予め求めておくことにより、上記傾きθからその傾きθ
を補正する第２のイメージローテータ１５の回転量を上
記補正値として求めることができる。

【００２８】第２のイメージローテータ１５を補正値に
基づいて微動回転させて、像Ｇの向きを図３（ｂ）に示
すように正確に垂直方向に合わせることができたなら
ば、次に線幅測定部２２を動作させて像Ｇの線幅を測定
する。その測定手法としては、例えば水平方向の１ライ
ンの輝度分布から像Ｇの両サイドを検出するといった方
法がある。

【００２９】この様に本実施例によれば、第１，第２の
イメージローテータ１４，１５を用いることにより像を
１回転させてＣＣＤカメラ１４に結像し、かつ第２のイ
メージローテータ１５を光軸に対して回転自在に保持す
るようにしたので、第２のイメージローテータ１５を回
転させることにより像の向きを任意の角度に調整するこ
とができ、しかも対物レンズの光軸に対する垂直面内で
像を回転させることができる。

【００３０】また粗く位置決めした像Ｇの垂直方向の傾
きθを検出し、その傾きθから算出した補正値で第２の
イメージローテータ１５の微動回転を制御し、然る後、
像Ｇの線幅を測定するようにしているので、容易な操作
で高精度な線幅測定値を得ることができる。

【００３１】なお、上記実施例では第２のイメージロー
テータ１５のみを回転させるようにしているが、第１の
イメージローテータ１４のみを回転させるようにしても
よく、または第１，第２のイメージローテータ１４，１
５を同時に回転させるようにしても良い。さらに、第
１，第２のイメージローテータ１４，１５のような関係
を満足するさらに多くのイメージローテータの組みを備
えるようにしても良い。次に、本発明の第２実施例を図
４，図５を参照して説明する。図４には、第２実施例の
構成が示されている。なお、前記した第１実施例と同一
機能を有する部分には同一符号を付し詳しい説明は省略
する。

【００３２】本実施例は、前記第１実施例の第１，第２
のイメージローテータ１４，１５に代えて第１，第２の
三角プリズム２３，２４を配置しており、第２の三角プ
リズム２４は光軸を中心に回転自在に保持されている。
そしてコントロールユニット１７が、像の傾きθに応じ
た補正値に基づいてプリズム駆動部１９を制御して第２
の三角プリズム２４を微動回転させるようになってい
る。

【００３３】以上のように構成された本実施例では、図
５に示すように第１の三角プリズム２３に入射する正立
像“イ”が反射面Ｑ１で図中水平方向に直角に曲げられ
て反転する。その反転像が第２の三角プリズム２４に入
射して、その反射面Ｑ２で図中垂直方向に曲げられて反
転し元の正立像“イ”となってＣＣＤカメラ１６上に結
像する。

【００３４】従って、本実施例は像を２回転させてＣＣ
Ｄカメラ１６に結像し、かつ第２の三角プリズム２４を
光軸に対して回転自在に保持するようにしたので、前記
第１実施例と同様に像の向きを任意の角度に調整するこ
とができ、しかも対物レンズの光軸に対する垂直面内で
観察像を回転させることができ使い勝手の良い装置とな
る。

【００３５】さらに、前記第２実施例の第１，第２の三
角プリズム２３，２４に代えて第１，第２のミラーを備
えるようにしてもよく、第２実施例と同様の作用効果を
奏することができる。また、第１，第２の三角プリズム
２３，２４と第１，第２のミラーとを任意に組合わせ
て、上記各実施例と同様の機能を有する光学系を構成し
ても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、対
物レンズの光軸に対する垂直面内で像を回転でき、ウエ
ハホルダあるいはカメラ自身を回転させることなく像の
向き合わせを行うことができ、操作性，検査能力及び測
定精度の改善された光学装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る光学装置の構成図。

【図２】第１実施例の光学装置の動作説明図。

【図３】第１実施例の光学装置に備えた画像処理部及び
線幅測定部の動作を説明するための図。

【図４】本発明の第２実施例に係る光学装置の構成図。

【図５】第２実施例の光学装置の動作説明図。

【図６】従来より在る像の向き合わせ機能を備えたテレ
ビカメラの構成図。

【符号の説明】

１１…ＸＹステージ、１２…ウエハホルダ、１３…対物
レンズ、１４…第１のプリズム、１５…第２のプリズ
ム、１６…ＣＣＤカメラ、１７…コントロールユニッ
ト、２０…モニタ、２１…画像処理部、２２…線幅測定
部、２３…第１の三角プリズム、２４…第２の三角プリ
ズム。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子上に結像した像の向きを調整す
   る光学装置において、前記像を前記撮像素子まで導くた
   めの光路上に配置され通過する像を反転させる第１のプ
   リズムと、前記第１のプリズムと前記撮像素子との間の
   光路上に配置され前記第１のプリズムで反転させた像を
   さらに反転させる第２のプリズムとを備え、前記第１の
   プリズム又は前記第２のプリズムの少なくとも一方を前
   記光軸を中心に回転自在に保持したことを特徴とする光
   学装置。
2. 【請求項２】 撮像素子上に結像した像の向きを調整す
   る光学装置において、前記像を前記撮像素子まで導くた
   めの光路上に配置され入射する像を反転させて出力する
   第１の三角プリズムまたは第１のミラーと、前記第１の
   三角プリズム又は第１のミラーと前記撮像素子との間の
   光路上に配置され前記第１の三角プリズム又は第１のミ
   ラーで反転させた像をさらに反転させて前記撮像素子へ
   出力する第２の三角プリズムまたは第２のミラーとを備
   え、前記第１の三角プリズムあるいは前記第１のミラー
   と前記第２の三角プリズムあるいは前記第２のミラーの
   少なくとも一方を前記光軸を中心に回転自在に保持した
   ことを特徴とする光学装置。