TWI500901B

TWI500901B - 測量裝置

Info

Publication number: TWI500901B
Application number: TW099127608A
Authority: TW
Inventors: Hisashi Isozaki; Yoshiyuki Enomoto
Original assignee: Nidec Read Corp
Priority date: 2009-08-18
Filing date: 2010-08-18
Publication date: 2015-09-21
Also published as: TW201126132A; US20110043825A1; KR101223849B1; CN101995217A; CN101995217B; KR20110018844A; JP2011039006A; US8243264B2

Description

測量裝置

本發明涉及一種被測量物的測量裝置，尤其涉及利用線狀光對被測量物進行測量的測量裝置。

例如，已知的方法是，在晶片上，為了各個電子部件中的佈線，設置有由焊料等形成的球狀端子(以下稱為突起)。在這種方法中，作為對各個電子部件的檢查中的一種，在切割前的晶片的狀態下對各個突起的高度尺寸進行測量。在這種對突起的高度尺寸進行的測量中，已知的是利用如下測量裝置的方法，即：將線狀的鐳射等(以下稱為線狀光)照射到作為被測量物的晶片上，再用攝像元件對由該線狀光照射的部分進行攝像，然後根據來自該處的攝像資料來測量晶片各處的高度尺寸、即各個突起等的高度尺寸(例如，參見日本特開2000-266523號公報)。在這種測量裝置中，在攝像元件與被測量物之間設置有成像光學系統，所述成像光學系統被設置為使所述攝像元件可以對線狀光所照射的部分進行攝像。

但是，從被測量物(上述例子中為晶片)的製造效率的觀點來看，這種對被測量物的測量要求盡可能地使測量所需的時間縮短並確保規定的精度。因此，從要求盡可能地使測量所需時間縮短並確保規定的精度的觀點來看，上述成像光學系統決定了關於被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起)的光學設定。

但是，由於在上述測量裝置中，在對於攝像元件所獲得的資料的輸出處理速度上是有限制的，因此，如果想要確保規定的精度，在使測量所需的時間縮短上也是有限制的。

本發明正是鑒於上述情況而提出的，其目的在於提供一種能夠確保規定的精度並縮短測量所需時間的測量裝置。

本發明的一個實施例的測量裝置具備：出射光學系統，將在一個方向上延伸的線狀光照射到被測量物上；攝像元件，獲得從所述被測量物反射的線狀反射光，所述測量裝置根據所述攝像元件獲得的所述線狀反射光在所述被測量物上的幾何學位置關係來測量被測量物的表面形狀，所述測量裝置具備：成像光學系統，被設置在所述被測量物與所述攝像元件之間，使所述線狀反射光成像於所述攝像元件的受光面上以獲得所述線狀光在所述被測量物上的形狀；光束分束機構，將所述線狀反射光進行分束並將分束的線狀反射光導向所述攝像元件。該光束分束機構對所述線狀反射光進行分束以獲得在所述線狀光的延伸方向上觀察時彼此不同的測量位置上所述線狀光在所述被測量物上的形狀，所述攝像元件在受光面上設定有多個片段且所述多個片段的每個被劃分為多個區域，所述多個片段中的至少一個或更多的區域用作受光區域，所述成像光學系統使所述光束分束機構分束的所述線狀反射光成像於所述攝像元件的所述受光面上彼此不同的所述片段的所述受光區域上。

下面，參見附圖對本發明的一個實施例的測量裝置的發明實施方式進行說明。

首先，對本發明的一個實施例的測量裝置的概念進行說明。圖1是表示本發明的一個實施例的測量裝置10的結構的框圖。圖2是表示測量裝置10中光學系統11關於被測量物(晶片16)的關係的示意圖。圖3是說明在測量裝置10中被測量物(晶片16)在載台12上的滑動狀態的示意圖。圖4是為了說明測量裝置10的測量而表示的被測量物(晶片16)上的測量物件與線狀光L之間的關係的示意圖。圖5是表示將由圖4得到的測量結果作為視覺化圖形而顯示在顯示部14上狀態的示意圖，其中，(a)對應於圖4的第一線狀反射光L1，(b)對應於圖4的第二線狀反射光L2，(c)對應於圖4的線狀光L3，(d)對應於圖4的線狀光L4，而(e)對應於圖4的線狀光L5。圖6是攝像元件17的結構示意圖。此外，在各圖以及以下的說明中，以載台12的載置面為X-Y面，以與之正交的方向為Z方向，而以載置於載台12上的被測量物(晶片16)的滑動方向為Y方向。另外，在攝像元件17的受光面18上觀察，以與載台12上的X和Z方向相對應的各個方向為X'和Z'方向，以與X'-Z'面正交的方向為Y'方向。

本發明的一個實施例的測量裝置10執行利用單一的線狀光照射的光槓桿法的測量方法；作為基本概念，這種裝置以不增加測量所需的時間而同時得到多個測量資訊(測量資料)為目的，利用受光光學系統的攝像元件獲得來自由出射光學系統的線狀光所照射的被測量物的線狀反射光，再根據所獲得的線狀反射光在被測量物上的幾何學位置關係來測量被測量物的表面形狀，其中，受光光學系統採用在受光面上設置有多個片段的攝像元件，並通過對線狀反射光進行分束並在攝像元件受光面上的彼此不同的片段上成像，來獲得線狀光在被測量物上的形狀。更為具體地，測量裝置10能夠不增加測量所需時間，並同時得到關於被測量物的測量物件的光學設定的多個不同的測量資訊(測量資料)。如圖1所示，所述測量裝置10具備光學系統11、載台12、記憶體13、顯示部14和控制部15。

如圖2所示，光學系統11利用出射光學系統35將在X方向延伸的線狀光L(參見圖3)照射到後述的載置於載台12上的被測量物(後述的晶片16)上，並利用受光光學系統36將線狀反射光R1成像於攝像元件17的受光面18上的規定區域(後述的受光區域)，以獲得線狀光L在被測量物上的形狀，所述線狀反射光R1是來自表面被線狀光L照射的被測量物的反射光。光學系統11根據與被測量物上的線狀光L的幾何學位置關係，使攝像元件17獲得線狀光L在被測量物表面上的形狀、即能夠測量沿線狀光L的被測量物(的位置座標)的表面形狀資訊。光學系統11的結構將在後面詳細敍述。

如圖3所示，載台12使載置的被測量物向Y方向滑動，以使來自出射光學系統35(參見圖2)的線狀光L在被測量物上的照射位置發生變更。在本例中，作為被測量物的晶片16被載置於載台12上。這是因為，為了在晶片16上製成的各個電子部件的佈線，在晶片16上設置有由焊料等形成的球狀端子(以下稱為突起19(參見圖4))，而為了各個電子部件的品質管理，要求對各個突起19的高度尺寸進行管理。因此，在本例中，測量物件為設置在晶片16上的各個突起19(的高度尺寸)。

在載台12上，通過使晶片16向Y方向移動(參見箭頭A1)，而使線狀光L在晶片16(其表面)上的照射位置向與移動方向A1相反的一側移動(參見箭頭A2)。因此，通過將晶片16載置於載台12上，可以在該晶片16上以照射線狀光L的寬度尺寸對沿Y方向延伸的區域進行照射，並相應地利用受光光學系統36適當地獲得線狀反射光Rl，據此，能夠對使線狀光L上的線狀反射光Rl的獲得對象的範圍沿Y方向延伸的區域(以下稱為獲得區域(參見附圖標記As1、As2))進行測量(掃描)。

因此，在測量裝置10中，通過使受光光學系統36上的作為線狀光L(X方向)上的線狀反射光Rl的獲得對象的範圍與晶片16的載置位置之間的關係在X方向上相對地變化，並反復執行上述測量動作(掃描)，就能夠對晶片16的整個區域進行測量。在控制部15的控制下，所述載台12根據晶片16在Y方向上的測量位置間隔和攝像元件17的處理速度來設定移動速度，並使晶片16以該移動速度滑動。

在控制部15的控制下，記憶體13適當地存儲並適當地讀出基於由攝像元件17所輸出的電信號(各個圖元資料)的測量資料。在控制部15的控制下，顯示部14將存儲於記憶體13中的測量資料作為數值或視覺化的圖形(參見圖5)進行顯示。

控制部15根據晶片16(被測量物)在Y方向上的測量位置間隔和攝像元件17中的處理速度來設定晶片16的滑動速度，然後將該速度下的驅動信號向載台12輸出，並將用於輸出與該滑動同步的電信號(各個圖元資料)的信號向攝像元件17輸出。另外，控制部15將攝像元件17輸出的電信號(各個圖元資料)根據攝像元件17與被測量物上線狀光L的幾何學位置關係而變換為被測量物表面上的線狀光L的形狀、即作為被測量物的線狀光L上的位置座標的測量資料。另外，控制部15適當地讀出儲存在儲存器13中的測量資料，並作為數值或視覺化的圖形(參見圖5)而顯示在顯示部14上。

控制部15通過使晶片16在載台12上以設定的移動速度滑動並基於經由光學系統11而由攝像元件17輸出的電信號(各個圖元資料)來生成測量資料，從而能夠進行晶片16的三維測量。下面對所述測量資料的視覺化圖形的一個示例進行說明。

首先，如圖4所示，當在作為被測量物的晶片16上設置有兩個突起19(以下稱為突起19a、19b)時，通過使晶片16在載台12上向Y方向滑動，由線狀光L照射的部分從附圖標記L1向附圖標記L5相對地移動。於是，對於線狀光L1，如圖5(a)所示，經由光學系統11的受光光學系統36獲得的測量資料成為平坦的線20、即成為與X'方向的位置無關且在Z'方向沒有變化量的線；對於線狀光L2，如圖5(b)所示，所述測量資料成為具有與突起19a的腰部形狀相對應的小的隆起部分20a和與突起19b的腰部形狀想對應的隆起部分20b的線20；對於線狀光L3，如圖5(c)所示，所述測量資料成為具有與突起19a的頂點形狀相對應的隆起部分20c和與突起19b的頂點形狀相對應的大的隆起部分20d的線20；對於線狀光L4，如圖5(d)所示，所述測量資料成為具有與突起19a的腰部形狀相對應的小的隆起部分20e和與突起19b的腰部形狀相對應的隆起部分20f的線20；對於線狀光L5，如圖5(e)所示，所述測量資料成為平坦的線20。這樣，通過使被測量物(晶片16)在載台12上以設定的移動速度滑動，並適當地生成基於經由光學系統11而由攝像元件17輸出的電信號(各個圖元資料)的測量資料，從而能夠進行晶片16的三維測量，並將測量資料作為視覺化圖形顯示在顯示部14上。另外，這種視覺化圖形中的各個點(X'、Z'座標)的數值資料與被測量物(晶片16)在載台12上的滑動位置(Y方向)的數值資料組合而成的資料作為數值而成為測量資料。在這裏，在載台12上的被測量物(晶片16)在Z方向的高度尺寸可以利用在攝像元件17的受光面18處的Z'方向的座標位置(高度尺寸)並使用下式(1)來表示。另外，在式(1)中，設突起19b的高度尺寸為Δh(參見圖4)，設突起19b在受光面18上的頂點的座標為Zd'(參見圖5(c))，設被測量物在受光面18上的平坦位置的座標為Z0'(參見圖5(c))，設來自出射光學系統35的線狀光L關於載台12上的被測量物(晶片16)的入射角為θ(參見圖3)，並且設成像光學系統(32)在Z方向(Z'方向)上的倍率為等倍率。

△h=2(Zd'-Z0')sinθ．．．．．．(1)

這樣，根據受光面18上的座標位置就可以求出載台12上的被測量物(晶片16)在Z方向的高度尺寸。

下面，對光學系統11的結構進行說明。如圖2所示，光學系統11具有光源30、準直透鏡31、成像光學系統32、光束分束機構33和攝像元件17。

光源30出射用於線狀光L的光束，例如可以由鐳射二極體等構成。準直透鏡31將從光源30出射的光束變換為以規定的寬度(X方向)尺寸的線狀的方式照射到晶片16(被測量物)上的線狀光L(參見圖3等)，例如，可以利用柱面透鏡等構成。因此，在光學系統11中，光源30和準直透鏡31構成出射光學系統35。

成像光學系統32將來自晶片16(被測量物)的反射光、即線狀反射光R1成像於攝像元件17的受光面18上，以便能夠對線狀光L在晶片16表面上的形狀、即沿著線狀光L的被測量物(的位置座標)進行測量。這裏所謂的線狀反射光R1是指具有線狀光L在晶片16(被測量物)上的形狀(參見圖4)資訊的反射光。所述成像光學系統32可以根據載置於載台12上的晶片16(照射在其上的線狀光L)與攝像元件17的受光面18之間的幾何學位置關係，利用各種透鏡適當地構成。

光束分束機構33是為了通過攝像元件17來獲得從線狀光L的延伸方向觀察時互不相同的測量位置上線狀光L在晶片16(被測量物)上的形狀而將線狀反射光R1分割為兩束(一束為R11，另一束為R12)的裝置，例如，可以利用半反射鏡或波長分離反射鏡構成。因此，在光學系統11中，成像光學系統32、光束分束機構33和攝像元件17構成受光光學系統36。

在光束分束機構33中，設置有作為第一線狀反射光R11的光路的第一光路w1和作為第二線狀反射光R12的光路的第二光路w2。如後所述，利用第一光路w1和第二光路w2，使第一線狀反射光R11和第二線狀反射光R12分別成像於在攝像元件17的受光面18上設定的彼此不同的各個片段Sn(n=1-4)的第一區域(S₁₁ -S₄₁ )(參見圖6)上。另外，利用第一光路w1和第二光路w2，從攝像元件17的受光面18(成為受光區域的各個第一區域(S₁₁ -S₄₁ ))觀察的、關於被測量物的測量物件(在上述例子中為各個突起19)的光學設定彼此不同。光學設定是指，出於提高檢查速度的目的，載置於載台12上之被測量物(晶片16)上作為線狀光L延伸方向(X方向)上的獲得對象的位置(以下稱為測量位置)。這是因為，在測量裝置10中，由於利用載置於載台12上的被測量物(晶片16)的滑動的掃描方向為Y方向，故一次掃描(測量動作)的測量範圍由在X方向(寬度尺寸)觀察時攝像元件17的獲得範圍所規定，因此，如果其他條件(被測量物的測量物件的可測量範圍(倍率)和/或被測量物的解析度等)相同，通過利用第一光路w1和第二光路w2將線狀光L上的不同位置作為獲得對象，就能夠使掃描次數減半，其結果，能夠提高整體的檢查速度(吞吐量)。

這裏，測量物件的可測量範圍(倍率)是指表示載置於載台12上被測量物(晶片16)在Z方向上觀察時的大小尺寸的可測量的範圍，可以用載台12上的Z方向的大小尺寸對攝像元件17的受光面18(後述的各個片段Sn(n=1-4)的第一區域(S₁₁ -S₄₁ ))中Z'方向的大小尺寸(在Z'方向上觀察的圖元數)來表示。此外，關於被測量物(的測量物件)的解析度是指表示在載置於載台12上的被測量物(晶片16)上線上狀光L的延伸方向(X方向)上的測量範圍，可以用載台12上的X方向的大小尺寸對攝像元件17的受光面18(各個片段Sn(n=1-4)的第一區域(S₁₁ -S₄₁ ))中X'方向的大小尺寸(在X'方向上觀察的圖元數)來表示。

此外，在本例中，使線狀光L上的由第一光路w1產生的測量位置(作為線狀反射光R1的獲得對象的範圍)和線狀光L上的由第二光路w2產生的測量位置(線狀反射光R1的獲得對象的範圍)彼此在中間地點的微小範圍上重疊。這是為了防止由於製造誤差等而在雙方的測量位置之間產生間隙。

攝像單元17是將成像於受光面18上的被攝物的像變換為電信號(各個圖元資料)並輸出的固體攝像元件，例如可以使用CMOS圖像感測器。該攝像元件17的受光面18的整體被分割成稱為圖元(PIXEL)的格子狀區域，並將由數位資料即圖元資料的集合構成的獲得資料作為電信號輸出。攝像元件17在光學系統11中的位置關係以在載台12上觀察時X方向與受光面18的寬度方向(以下稱為X'方向)相對應、且Z方向與受光面18的高度方向(以下稱為Z'方向)相對應的方式設定。因此，在攝像元件17的受光面18(在此獲得的獲得資料)上，經由第一光路w1或者第二光路w2的線狀反射光Rl成大致沿X'方向延伸的線狀，並且被測量物(晶片16)的高度尺寸(Z方向)表現為成像位置向Z'方向的位移。在這裏，在本發明的測量裝置10中，為了能夠高速地進行圖元資料的處理，使用具有下述功能的CMOS圖像感測器作為攝像元件17。此外，只要是具有以下所述的功能的感測器(攝像元件)即可，也可以使用其他的感測器。

如圖6所示，在攝像元件17中，為了能夠高速地進行圖元資料的處理，在受光面18上設置有多個片段(參見片段S1-S4)，並設置有與各個片段相對應的多個寄存器(參見附圖標記Rl-R4)，且各個片段被劃分為多個區域。下面，為了便於理解，假設在攝像元件17中設置有四個片段(以下稱為第一片段S1-第四片段S4)，並假設設置有四個寄存器(以下作為第一寄存器Rl-第四寄存器R4)。另外，假設各個片段Sn(n=1-4)被劃分為三個區域(分別為第一、第二、第三區域)。設各個片段Sn(n=1-4)的三個區域的容量與各個寄存器Rm(m=1-4)的容量相等。各個寄存器Rm(m=1-4)分別具有各自的輸出路徑，因而在攝像元件17中，可以從各個寄存器Rm(m=1-4)同時地輸出信號。

在攝像元件17中，在受光面18的各個片段Sn(n=1-4)上的成像於受光面18上的被攝物的像中，首先將第一區域(S₁₁ -S₄₁ )的被攝物的像變換為電信號(各個圖元資料)，並一起向與該電信號(各個圖元資料)相對應的各個寄存器Rm(m=1-4)移動(移位；shift)並從各個寄存器Rm(m=1-4)輸出電信號(各個圖元資料)；其次，將第二區域(S₁₂ -S₄₂ )的被攝物的像變換為電信號(各個圖元資料)，並一起向與該電信號(各個圖元資料)相對應的各個寄存器Rm(m=1-4)移動(移位；shift)並從各個寄存器Rm(m=1-4)輸出電信號(各個圖元資料)；最後，將第三區域(S₁₃ -S₄₃ )的被攝物的像變換為電信號(各個圖元資料)，並一起向與該電信號(各個圖元資料)相對應的各個寄存器Rm(m=1-4)移動(移位；shift)並從各個寄存器Rm(m=1-4)輸出電信號(各個圖元資料)。因此，在攝像元件17中，能夠協調並獲得使回路結構簡化和高速地進行將成像於受光面18上的被攝物像作為電信號(各個圖元資料)輸出的處理(以下稱為獲得資料的處理)這兩種效果。

另外，在攝像元件17中，在控制部15的控制下將來自各個片段Sn(n=1-4)的第一區域(S₁₁ -S₄₁ )的電信號(各個圖元資料)經由相應的各個寄存器Rm(m=1-4)進行輸出而不輸出來自其他區域(第二、第三區域)的電信號，據此，可以更高速地進行獲得資料的輸出處理。以下，將這種輸出處理所需的時間稱為攝像元件17的最短輸出處理時間。在測量裝置10中，用於劃分各個片段Sn(n=1-4)的劃分線沿著X'方向，用於劃分各個區域的劃分線也沿著X'方向。這是因為，如上所述，在測量裝置10中，由載置於載台12上被測量物(晶片16)的滑動而產生的掃描方向為Y方向，故一次掃描(測量動作)的測量範圍由在X方向(寬度尺寸)上觀察時利用攝像元件17的獲得範圍所規定；但由於載台12上的X方向與受光面18上的X'相對應，通過在測量時利用受光面18上的X'方向的最大值，就可以使一次掃描(測量動作)的測量範圍為最大範圍。在這裏，由於可以從各個寄存器Rm(m=1-4)同時地輸出信號，在本例的攝像元件17中，最多可以將來自四個片段Sn(n=1-4)中的第一區域(S₁₁ -S₄₁ )的電信號(各個圖元資料)，以與從任何一個第一區域的輸出的情況相同的處理時間同時地進行輸出、即能夠以攝像元件17的最短輸出處理時間同時地進行輸出。

在作為本發明的一個示例的測量裝置10中，為了利用上述優點，將攝像元件17的各個片段Sn(n=1-4)中的第一區域(S₁₁ -S₄₁ )用作受光面18的受光區域，上述的第一光路w1以及第二光路w2將第一線狀反射光Rl1以及第二線狀反射光Rl2成像於不同的第一區域(S₁₁ -S₄₁ )上。如圖2所示，在本例中，第一光路w1將第一線狀反射光Rl1導向第二片段S2的第一區域S₂₁ ，第二光路w2將第二線狀反射光Rl2導向第三片段S3的第一區域S₃₁ 。此外，各個片段Sn(n=1-4)的各個區域是用於便於理解的示例，與實際的攝像元件在受光面上的位置關係未必一致。但是，如上所述，各個片段Sn(n=1-4)的各個區域在攝像元件17的受光面18上的X'方向的整個寬度上延伸。因此，在測量裝置10中，可以在攝像元件17的受光面18上利用各個片段Sn(n=1-4)的各個區域的X'方向的整個寬度進行測量。

在測量裝置10中，當來自出射光學系統35的線狀光L被照射到載置於載台12且適當地滑動的晶片16(被測量物)上時，線狀光L的反射光即線狀反射光Rl由成像光學系統32進行光學調整並由光束分束機構33進行分束，作為其中一束的第一線狀反射光Rl1經由第一光路w1而成像於攝像元件17的受光面18上的第二片段S2的第一區域S₂₁ 上，作為另一束的第二線狀反射光Rl2經由第二光路w2而成像於攝像元件17的受光面18上的第三片段S3的第一區域S₃₁ 上。在控制部15的控制下，攝像元件17通過與第二片段S2的第一區域S₂₁ 相對應的第二寄存器R2而將回應于所成像的第一線狀反射光Rl1的電信號(各個圖元資料)向控制部15輸出，並通過與第三片段S3的第一區域S₃₁ 相對應的第三寄存器R3而將回應於所成像的第二線狀反射光Rl2的電信號(各個圖元資料)向控制部15輸出。此時，從與第一區域S₂₁ 相對應的第二寄存器R2的輸出和從與第一區域S₃₁ 相對應的第三寄存器R3的輸出同時進行，並且輸出的處理所需的處理時間等於攝像元件17的最短輸出處理時間。

因此，在本發明的測量裝置10中，能夠以攝像元件17的最短輸出處理時間將與經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1相對應的電信號(各個圖元資料)和與經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2相對應的電信號(各個圖元資料)向控制部15輸出。這裏，利用經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2，可以獲得在照射在載置於載台12上的被測量物(晶片16)上的線狀光L上的來自相鄰的不同測量位置的測量資料，從而能夠通過一次掃描(測量動作)得到大約兩次的測量資料。因此，能夠提高整體的檢查速度(吞吐量)。

此外，在本例中，採用了在光束分束機構33中將線狀反射光Rl分束為兩束(第一光路w1以及第二光路w2)的結構，但分束的數目也可以增加直至在攝像元件(的受光面)中設定的片段的數目。此時，也可以採用如下的結構，即與分束的數目相對應地設置用於各個反射光Rl的光路，使該各個線狀反射光Rl成像於攝像元件上的不同的受光區域(在上述例子中為各個片段Sn(n=1-4)的各個第一區域)。這裏，對於以下的實施例(包括變形例1)，為了便於理解，示出了與本例同樣地分束為兩束的例子，但也可以與本例同樣地使分束數目增加直至在攝像元件(的受光面)中設定的片段的數目。

另外，在上述例中，作為一個示例，示出了在受光面18上設置有四個片段並且各個片段被劃分為三個區域的攝像元件17，但也可以採用下面的方式，即設置有十六個片段且各個片段被劃分為八個區域的CMOS感測器、設置有十二個片段且各個片段被劃分為四個區域的CMOS感測器、設置有十六個片段且各個片段被劃分為四個區域的CMOS感測器等等，而並不限於上述示例。

再者，在上述例子中，利用各個片段的第一區域作為受光面18的受光區域，但由於在本發明的測量裝置10中使用了設定有多個片段並具有上述功能的攝像元件17，如果將各個片段全部的區域作為受光面18的受光區域來利用，則可以以遠高於利用不具有上述功能的攝像元件的輸出處理速度的高速來進行輸出處理，因而可以將各個片段中的全部區域用作受光面18的受光區域，也可以將各個片段中的任意數目的區域用作受光面18的受光區域。

此外，在上述例中，利用各個片段的第一區域作為受光面18的受光區域，但是，例如，如果採用利用來自各個片段的第二區域的電信號(各個圖元信號)並且不輸出來自其他區域的(第一、第三區域)電信號(各個圖元資料)的方式等，則輸出處理時間可以與僅利用各個片段的第一區域時大致相等，因此，可以使用各個片段中的任何一個區域作為受光面18的受光區域。由此，如上所述，在將各個片段中任意數目的區域用作受光面18的受光區域的情況下，可以將任意的區域作為受光區域而不局限於相應的寄存器的讀出順序。

[實施例1]

下面，對本發明的測量裝置中的受光光學系統361的具體結構的一個示例即實施例1的測量裝置101進行說明。此外，由於實施例1的測量裝置101的基本結構與上述例子的測量裝置10相同，所以相同結構的部分採用相同的附圖標記，並省略其詳細的說明。圖7為表示光學系統111中受光光學系統361的結構示意圖。圖8為用於說明僅受光光學系統361(光束分束機構33)中的被測量物的測量位置不同時的說明圖。

在實施例1的測量裝置101的光學系統111中，與上述例子相同，出射光學系統351由光源30以及準直透鏡31(參見圖2)構成。因此，在測量裝置101中，以從單一的光源30出射的單一波長的光束作為線狀光L並照射到載台12上的晶片16(被測量物)上。

光學系統111中的受光光學系統361具有透鏡41、分束稜鏡42、第一反射稜鏡43、第二反射稜鏡44、組合稜鏡45以及攝像元件17。

為了使被測量物的測量物件的可測量範圍(倍率)和關於被測量物的解析度合適，以透鏡41與載置於載台12上的晶片16和攝像元件17的受光面18的位置關係對準的方式對透鏡41進行光學設定。這裏所謂的合適是指使測量所需的時間盡可能縮短且確保規定的精度。

分束稜鏡42將由晶片16反射並經由透鏡41的光束(線狀反射光R1)分束為兩束，在實施例1中，由於線狀光L由單一的波長構成，因而使用了半反射鏡。分束稜鏡42將由晶片16所反射並向Y'方向行進的光束(線狀反射光R1)分束為按原樣直行的第一光路w1和向與Y'方向正交的方向(在本例中為X'方向的負向一側)行進的第二光路w2這兩束。以下，將沿第一光路w1行進的線狀反射光R1稱為第一反射光R11，而將沿第二光路w2行進的線狀反射光R1稱為第二線狀反射光R12。

在該第一光路w1上設置有第一反射稜鏡43和組合稜鏡45。在第一光路w1上，透過分束稜鏡42的第一線狀反射光R11向第一反射稜鏡43行進，並由第一反射稜鏡43向與Y'方向正交的方向(在本例中為X'方向的負向一側)反射，然後向組合稜鏡45入射。

另外，在第二光路w2上設置有第二反射稜鏡44和組合稜鏡45。在第二光路w2上，由分束稜鏡42反射的第二線狀反射光R12向第二反射稜鏡44行進，由第二反射稜鏡44向Y'方向反射並向組合稜鏡45入射。這裏，在受光光學系統361中，在第一光路w1和第二光路w2上，到入射至組合稜鏡45為止彼此的光路長度、即到攝像元件17的受光面18為止的光路長度相等。

組合稜鏡45使沿第一光路w1行進的第一反射光R11和沿第二光路w2行進的第二反射光R12以極為接近的間隔沿Y'方向行進，並導向攝像元件17的受光面18上的不同的受光區域。這裏所謂的受光區域是指在攝像元件17的受光面上為了獲得線狀反射光R1(的電信號(各個圖元資料))而使用的每個片段的區域，即在各片段中劃分出的的至少一個或更多的區域，是根據整體的檢查速度(吞吐量)和檢查精度的要求並考慮攝像元件17的輸出處理時間而適當地設定的。在本例中，為了使攝像元件17以極高速(攝像元件17的最短輸出處理時間)且同時地進行處理，使受光區域為在攝像元件的受光面的各個片段中最先進行轉送處理的區域，在上述例子的攝像元件17的受光面18中為各個片段Sn(n=1-4)中的第一區域(S₁₁ -S₄₁ )的任何一個。在本實施例1中，組合稜鏡45將沿第一光路w1行進的第一線狀反射光R11向Y'方向反射以將其導向攝像元件17的受光面18上的第二片段S2的第一區域S₂₁ ，並使沿第二光路w2行進的第二線狀反射光R12透過並導向攝像元件17的受光面18上的第三片段S3的第一區域S₃₁ 。組合稜鏡45使用了半反射鏡。

本實施例1的受光光學系統361是利用經由第一光路w1的第一線狀反射光R11和經由第二光路w2的第二線狀反射光R12而只是被測量物的測量位置不同而構成的光學系統。下面利用圖7和圖8對這一點進行說明。這裏，在圖7以及圖8的線狀反射光R1中，用黑色箭頭表示從受光光學系統361的光軸向一方延伸的獲得對象，用空白箭頭表示向另一方延伸的獲得對象。上述一方的獲得對象(黑色箭頭)和另一方的獲得對象(空白箭頭)線上狀光L上分別與以受光光學系統361的光軸為中心的一側和另一側相對應。另外，如後所述，在圖7以及圖8的線狀反射光R1上，由於經由第一光路w1的線狀反射光R11被一方的獲得對象利用(由攝像元件17獲得)，經由第二光路w2的第二線狀反射光R12被另一方的獲得對象利用(由攝像元件17獲得)，分別用實線表示被利用的一側，而用虛線表示另一側。

在受光光學系統361中，由於第一光路w1和第二光路w2彼此的光路長度相等，對於通過了上述的透鏡41之後經過第一光路w1的第一線狀反射光R11和經過第二光路w2的第二線狀反射光R12，在攝像元件17的受光面18觀察，測量物的測量物件的可測量範圍(倍率)和關於被測量物的解析度彼此相等。因此，在受光光學系統361中，整體構成了成像光學系統32。

首先，在受光光學系統361中，當第一反射稜鏡43和第二反射稜鏡44位於用雙點劃線表示的位置時，各個構件的光軸為完全一致的狀態。於是，通過透鏡41並由分束稜鏡42分束並經過了第一光路w1的第一線狀反射光R11和同樣由分束稜鏡42分束並經過了第二光路w2的第二線狀反射光R12在攝像元件17的受光面18上的同一位置成像且完全一致(參見圖8(a))。即，第一線狀反射光R11和第二線狀反射光R12在X'方向觀察時的中心位置(黑色箭頭和空白箭頭的邊界位置)位於受光面18的中央。此外，在圖8(a)、(b)中，為了便於理解，將第一線狀反射光R11和第二線狀反射光R12在Z'方向上並排表示(相互錯開)，但實際上在Z'方向上完全一致。

如圖7所示，當從該狀態起，將第一反射稜鏡43向Y'方向的正向一側移動時(參見箭頭A3)，在第一反射稜鏡43與組合稜鏡45之間的第一線狀反射光R11的位置向Y'方向的正向一側移動(參見箭頭A4)。隨之，在組合稜鏡45與攝像元件17之間的第一線狀反射光R11的位置向X'方向的負向一側移動(參見箭頭A5)。於是，當在受光面18觀察時，由於第一線狀反射光R11從中心位置(參見圖8(a))向X'方向的負向一側移動，因此，當將第一反射稜鏡43向Y'方向移動至規定的位置(從用雙點劃線表示的位置到用實線表示的位置)時，第一線狀反射光Rl1的一方的測量位置(黑色箭頭)的中心位置位於受光面18的中央(參見圖8(b))。

之後，當使第一反射稜鏡43在X'方向上圍繞通過中心位置的軸線向右旋轉(在從正面觀察圖的狀態下)時(參見箭頭A6)，第一反射稜鏡43與組合稜鏡45之間的第一線狀反射光Rl1向X'方向的負向一側行並向Z'方向的正向一側傾斜，組合稜鏡45與攝像元件17之間的第一線狀反射光Rl1向Y'方向的正向一側行進並向Z'方向的正向一側傾斜，於是，當在受光面18觀察時，第一線狀反射光Rl1從一方的測量位置(黑色箭頭)的中心位置位於受光面18的中央的狀態(參見圖8(b))起向Z'方向的正向一側移動，因此，使第一反射稜鏡43圍繞X'方向旋轉至規定的位置，以使一方的測量位置(黑色箭頭)位於受光面18的第二片段S2的第一區域S₂₁ 上(參見圖8(c))。由此，沿第一光路w1行進的第一線狀反射光Rl1就被成像於第二片段S2的第一區域S₂₁ 上。此外，第一反射稜鏡43在Y'方向上的移動以及圍繞X'方向的旋轉可以按照任何順序進行，並不局限於本實施例1。此外，在實施例1中，為了使第一線狀反射光Rl1從中心位置向Z'方向的正向一側移動而進行了右旋轉，但第一反射稜鏡43圍繞X'方向的旋轉方向也可以根據移動方向(成像於受光面18上的哪一個受光區域)來確定。

同樣，當使第二反射稜鏡44向X'方向的正向一側移動時(參見箭頭A7)，第二反射稜鏡44與組合稜鏡45之間的第二線狀反射光Rl2的位置向X'方向的正向一側移動(參見箭頭A8)。隨之，組合稜鏡45與攝像元件17之間的第二線狀反射光Rl2的位置向X'方向的正向一側移動(參見箭頭A9)。於是，當在受光面18觀察時，第二線狀反射光Rl2從中心位置(參見圖8(a))向X'方向的正向一側移動，因此，當使第二反射稜鏡44向X'方向移動至規定的位置(從用雙點劃線表示的位置到用實線表示的位置)時，第二線狀反射光Rl2的另一方的測量位置(空白的箭頭)的中心位置位於受光面18的中央(參見圖8(b))。

之後，當使第二反射稜鏡44在X'方向上圍繞通過中心位置的軸線向右旋轉(在正面觀察圖的狀態下)時(參見箭頭A10)，第二反射稜鏡44與組合稜鏡45之間的第二線狀反射光Rl2向Y'方向的正向一側行進並向Z'方向的負向一側傾斜，組合稜鏡45與攝像元件17之間的第二線狀反射光Rl2向Y'方向的正向一側行進並向Z'方向的負向一側傾斜。於是，當在受光面18觀察時，第二線狀反射光Rl2從另一方的測量位置(空白箭頭)的中心位置位於受光面18的中央的狀態(參見圖8(b))向Z'方向的負向一側移動，因此，使第二反射稜鏡44圍繞X'方向旋轉至規定位置，以使另一方的測量位置(空白箭頭)位於受光面18的第三片段S3的第一區域S₃₁ 上(參見圖8(c))。由此，沿第二光路w2行進的第二線狀反射光Rl2就被成像於第三片段S3的第一區域S₃₁ 上。此外，第二反射稜鏡44在X'方向上的移動以及圍繞X'方向的旋轉可以按照任何順序進行，並不局限於本實施例1。此外，在實施例1中，為了使第二線狀反射光Rl2從中心位置向Z'方向的負向一側移動而進行了右旋轉，但第二反射稜鏡44圍繞X'方向的旋轉方向也可以根據移動方向(成像於受光面18上的哪一個受光區域)來確定。

通過在測量裝置101的製造時進行這種調整，可以進行合適的測量。此外，這種位置調整可以通過控制部15自動地進行(例如通過將作為基準的被測量物載置於載台12上，並利用攝像元件17獲得來自被測量物的線狀反射光Rl的方式來進行等)，也可以用手動進行。由此，在受光光學系統361中，分束稜鏡42、第一反射稜鏡43、第二反射稜鏡44和結合稜鏡45構成了利用經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2而只是被測量物的測量位置不同的光束分束機構(參見圖2的附圖標記32)。

因此，受光光學系統361可以同時得到同一線狀光L上只是被測量物的測量位置不同的、經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2。這裏，從提高各個測量資料的精度的觀點來看，優選的是，在攝像元件17的受光面18前面設置入射限制機構，以便僅使經由與各個受光區域(在實施例1中為第二片段S2的第一區域S₂₁ 以及第三片段S3的第一區域S₃₁ )相對應的成像光學系統的線狀反射光Rl成像(入射)。這種入射限制機構例如可以使用導光單元或設置具有光吸收作用的遮光構件來構成，其中，導光單元將從組合稜鏡45出射的第一線狀反射光Rl1導向第二片段S2的第一區域S₂₁ ，並將從組合稜鏡45出射的第二線狀反射光Rl2導向第三片段S3的第一區域S₃₁ ；而遮光構件是以劃分第一光路w1和第二光路w2而不妨礙第一光路w1以及第二光路w2的方式設置的。

在採用了上述受光光學系統361的實施例1的測量裝置10中，可以同時獲得只是被測量物的測量位置不同的兩組測量資料，因此，能夠將兩組測量資料分別單獨地或者同時地或者對兩者進行合成而顯示在顯示部14上。

在實施例1的測量裝置101中，在X方向以及Z方向上具有相同的解析度，通過一次的測量動作即一次掃描，就能夠得到在X方向上觀察時測量位置不同的兩組測量資料(獲得區域As1上的測量資料以及獲得區域As2上的測量資料)。因此，能夠不降低測量精度而得到大致兩次的測量資料，從而能夠提高整體的檢查速度(吞吐量)。此時，由於為了得到兩組測量資料，使經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1成像於攝像元件17的受光面18上的第二片段S2的第一區域S₂₁ ，使經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2成像於攝像元件17的受光面18上的第三片段S3的第一區域S₃₁ ，據此，能夠在攝像元件17中以極高速(攝像元件17的最短輸出處理時間)且同時地處理這兩組測量資料，因而不會增加一次測量動作即一次掃描所需的時間。

另外，在實施例1的測量裝置101中，如果將各個部件(透鏡41、分束稜鏡42、第一反射稜鏡43、第二反射稜鏡44、組合稜鏡45以及攝像元件17)組裝為受光光學系統361，則通過第一反射稜鏡43向Y'方向的移動以及圍繞X'方向的旋轉，可以調節經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1在攝像元件17的受光面18上的成像位置，而通過第二反射稜鏡44在X'方向的移動以及圍繞X'方向的旋轉，可以調節經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2在攝像元件17的受光面18上的成像位置。

再者，在實施例1的測量裝置101中，在受光光學系統361中，將利用單一的透鏡41對被測量物的可測量範圍(倍率)以及關於被測量物的解析度進行了調節的單一的線狀反射光Rl分束為第一光路w1和第二光路w2並僅使線狀光L上的被測量物的測量位置不同，因此，能夠使來自經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1的測量資料和來自經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2的測量資料中的被測量物的測量物件的可測量範圍(倍率)以及關於被測量物的解析度完全一致。

因此，在實施例1的測量裝置101中，不僅能夠確保規定的精度，而且能夠縮短測量所需的時間。

此外，在上述實施例1中，經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2在照射載置於載台12上的被測量物(晶片16)的線狀光L上的測量位置彼此相鄰，但如果線狀光L上的測量位置彼此不同，也可以使兩個測量位置隔開地設定，並不局限於實施例1。

另外，在上述實施例1中，將利用單一的透鏡41對被測量物的可測量範圍(倍率)以及關於被測量物的解析度進行了調節的單一的線狀反射光Rl分束為第一光路w1和第二光路w2，但也可以分束為第一光路w1和第二光路w2並在各個光路(第一光路w1和第二光路w2)中將被測量物的測量物件的可測量範圍(倍率)以及關於被測量物的解析度調節為彼此相同，而並不局限於實施例1。如果採用這樣的結構，則不需要使第一光路w1和第二光路w2的光路長度相等，因此能夠提高光學系統的設計自由度。

再者，在上述的實施例1中，通過第一反射稜鏡43在Y'方向的移動以及圍繞X'方向的旋轉，來調節經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1在攝像元件17的受光面18上的成像位置，並通過第二反射稜鏡44在X'方向的移動以及圍繞X'方向的旋轉，來調節經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2在攝像元件17的受光面18上的成像位置，但也可以在X'方向以及Z'方向兩個方向調節經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2各自在受光面18上的成像位置，而並不限定於實施例1。例如，代替使第一反射稜鏡43在Y'方向上移動而使其在X'-Y'平面內(圍繞Z'方向)旋轉，也能夠在Z'方向上調節經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1在受光面18上的成像位置；同樣，代替使第二反射稜鏡44在X'方向上移動而使其在X'-Y'平面內(圍繞Z'方向)旋轉，也能夠在Z'方向上調節經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2在受光面18上的成像位置。此外，在圖7的結構中，使第一反射稜鏡43以及第二反射稜鏡44固定，並分別在第一光路w1以及第二光路w2上設置一對楔形稜鏡(未圖示)就可以簡單地實現。

在上述實施例1中，採用了使經由第一光路w1的第一線狀反射光R11成像於攝像元件17的受光面18上的第二片段S2第一區域S₂₁ 上，並且使經由第二光路w2的第二反射光R12成像於攝像元件17的受光面18上的第三片段S3的第一區域S₃₁ 上的結構，但也可以使其成像於(利用)彼此不同的區域，而並不限定於實施例1。

[變形例1]

下面，對實施例1的變形例1進行說明。變形例1的特徵部分在於，在出射光學系統352中，將兩種波長進行合成並生成單一的線狀光L。此外，變形例1的測量裝置102的基本結構與上述例子的測量裝置10以及實施例1的測量裝置101相同，因此相同結構的部分用相同的附圖標記標注並省略其詳細說明。圖9是與圖2類似的示意圖，表示了變形例1的測量裝置102中光學系統112關於被測量物(晶片16)的關係。

在變形例1的測量裝置102的光學系統112中，如圖9所示，出射光學系統352由兩個光源302e和302b、波長合成反射鏡50以及準直透鏡31構成。在出射光學系統352中，光源302a和光源302b出射波長彼此不同的光束。其主要目的是，在光學系統112的受光光學系統362中，由於設置有兩個成像光學系統，而利用分束稜鏡42對線狀反射光R1進行分束；而在某些情況下，其目的在於選擇性地向攝像元件17的受光面18的各個受光區域入射。從光源302a和302b出射的光束如後所述生成單一的線狀光L，由於需要由攝像元件17接收該線狀光L由被測量物(晶片16)所反射的線狀反射光R1，因而使兩者的波長在攝像元件17的可接收的波長區域(感度)內彼此不同。在該變形例1中，在可以進行上述的分束(在某些情況下為選擇地入射)的前提下，盡可能地使波長相近。這是因為，攝像元件17的可接收的波長區域(感度)越寬，則該攝像元件17就越昂貴。此外，光源302a和302b也可以使用在所使用的攝像元件17的可接收的波長區域(感度)內的彼此不同的波長，而並不限於變形例1。

在該出射光學系統352中，在光源302a的出射光軸上設置有波長合成反射鏡50以及準直透鏡31，並將載台12上的照射位置設定在該光軸上。光源302b的位置關係為，該光源302b所出射的光束由波長合成反射鏡50反射，從而在光源302a的出射光軸上行進並朝向準直透鏡31。因此，波長合成反射鏡50被設定為，允許來自光源302a的光束透過，且反射來自光源302b的光束。準直透鏡31利用波長合成反射鏡50將沿同一光軸上行進的來自光源302a的光束以及來自302b的光束這兩者變換為照射在載置於載台12上的被測量物(晶片16)上的單一的線狀光L。因此，在測量裝置102中，使從兩個光源302a以及302b出射的兩個波長的光束變為在同一光軸上的線狀光L，並照射到載置於載台12上的被測量物(晶片16)上。

光學系統112中的受光光學系統362的結構與圖2相同，基本上能夠以與圖7所示的結構相同的結構實現。這裏，在變形例1中，由於線狀光L是由兩個波長合成而構成的，通過利用波長分離反射鏡構成分束稜鏡42，並利用波長合成分離反射鏡構成組合稜鏡45(參見圖7)，就能夠提高光傳播效率。

另外，如上所述，從提高各個測量資料的精度的觀點來看，當在攝像元件17的受光面18的前方設置入射限制機構時，作為該入射限制機構可以使用結構為允許任意波長的光束的透過的帶通濾波器等。

[變形例2]

下面，對實施例1的變形例2進行說明。該變形例2的特徵部分在於，在光學系統113的受光光學系統363中，不僅利用照射載置於載台12上的被測量物(晶片16)的線狀光L上的測量位置彼此相鄰的第一線狀反射光Rl1以及第二線狀反射光Rl2，還利用測量位置與它們重疊而只是在被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)的高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)不同的第三線狀反射光Rl3以及第四線狀反射光Rl4。此外，由於變形例2的測量裝置103的基本結構與上述例子的測量裝置10和實施例1的測量裝置101相同，因此相同結構的部分採用相同的附圖標記，並省略其詳細的說明。圖10與圖3類似，是用於說明在測量裝置103中被測量物(晶片16)在載台12上的滑動狀態的的示意圖。圖11是為了說明利用測量裝置103的測量而表示的被測量物(晶片16)上的測量物件(突起19c、19d)的狀態的示意圖。圖12是表示將與圖11的測量物件(突起19c、19d)相對應的測量資料作為視覺化圖形而顯示在顯示部14上的狀態的示意圖，其中，(a)表示從第一光路w1以及第二光路w2一側得到的測量資料，(b)表示從第三光路w3以及第四光路w4一側得到的測量資料，而(c)表示將兩者進行合成後的狀態。

在變形例2的受光光學系統363中，如圖10所示，在光束分束機構33中，不僅設置有第一光路w1和第二光路w2，還設置有第三光路w3和第四光路w4。第一光路w1和第二光路w2的基本結構與圖3所示結構相同，但在變形例2中，第一光路w1使第一線狀反射光Rl1成像於攝像元件17的受光面18上第一片段S1的第一區域S₁₁ 上，第二光路w2使第二線狀反射光Rl2成像於攝像元件17的受光面18上的第二片段S2的第一區域S₂₁ 上。

第三光路w3與第一光路w1的測量位置相同，且與第一光路w1僅在被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)的高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)不同。第三光路w3使第三線狀反射光Rl3成像於攝像元件17的受光面18上的第三片段S3的第一區域S₃₁ 上。

另外，第四光路w4與第二光路w2的測量位置相同，且與第二光路w2僅在被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)的高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)不同。該第四光路w4使第四線狀反射光Rl4成像於攝像元件17的受光面18上的第四片段S4的第一區域S₄₁ 上。

在該第三光路w3和第四光路w4上，在被測量物的測量物件(在上述例子中為各個突起19)的高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)相同。具體地，在攝像元件17的受光面18上觀察，經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2被設定為低倍率(與第三線狀反射光Rl3以及第四線狀反射光Rl4相比)，經由第三光路w3的第三線狀反射光Rl3和經由第四光路w4的第四線狀反射光Rl4被設定為高倍率(與第一線狀反射光Rl1以及第二線狀反射光Rl2相比)。這種方式的第三光路w3和第四光路w4可以利用與圖7所示的受光光學系統361同樣的結構，而僅變更透鏡(41)和各個光路長度的光學特性來實現。

因此，在變形例2的受光光學系統363中，利用經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2，可以得到來自相鄰且彼此不同的測量位置的第一測量資料，並且利用經由第三光路w3的第三線狀反射光Rl3和經由第四光路w4的第四線狀反射光Rl4，可以得到作為來自相鄰且彼此不同的測量位置的測量資料的、與第一測量資料在被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)方面不同的第二測量資料。

在採用了上述受光光學系統363的變形例2的測量裝置103中，能夠同時獲得僅在被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)的高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)不同的兩種測量資料，因此，能夠將兩種測量資料分別單獨或者同時或者對雙方進行合成而顯示在顯示部14上。對於這一點，在下面進行說明。

首先，作為一個示例，在受光光學系統363中，第一光路w1和第二光路w2的相應的受光區域(第一片段S1的第一區域S₁₁ 以及第二片段S2的第一區域S₂₁ )中的Z'方向的高度尺寸(總圖元數)對應於晶片16(參見圖3)上在Z方向的100 μm，第三光路w3和第四光路w4的相應的受光區域(第三片段S3的第一區域S₃₁ 以及第四片段S4的第一區域S₄₁ )中的Z'方向的高度尺寸(總圖元數)對應於晶片16上在Z方向的10 μm。另外，如圖11所示，作為被測量物的晶片16上存在有大小尺寸大不相同的兩個突起19c以及19d，突起19c的高度尺寸(Z方向)為3 μm，突起19d的高度尺寸(Z方向)為60 μm。

於是，對於從第一光路w1以及第二光路w2得到的第一測量資料，由於受光區域中Z'方向的高度尺寸(總圖元數)對應於晶片16上的Z方向的100 μm，如圖12(a)所示，故對於60 μm的突起19d是合適的可測量範圍(倍率)，因此，可以得到60 μm的測量結果。與之相對，對於3 μm的突起19c不是合適的可測量範圍(倍率)(突起19c太小)，因此，如圖12(a)所示，不能辨別是否為噪音而不能測量，或者為包含極大誤差的測量結果(高度尺寸)。

另外，對於從第三光路w3以及第四光路w4得到的第二測量資料，由於受光區域中Z'方向的高度尺寸(總圖元數)對應於被測量物(晶片16)上的Z方向的10 μm，如圖12(b)所示，對於3 μm的突起19c是合適的可測量範圍(倍率)，因此，可以得到3 μm的測量結果。與之相對，對於60 μm的突起19d不是合適的可測量範圍(倍率)(突起19d太大)，因此，如圖12(b)所示，僅能得到高度為大於等於可測量的高度尺寸的最大值這樣的測量結果，而不能得到高度尺寸。

但是，在測量裝置103中，通過一次掃描(測量動作)就能夠得到上述兩者的測量資料，因此，能夠得到第一測量資料和第二測量資料這兩者的合適的測量結果(高度尺寸)。在測量裝置103中，當利用這一點並在控制部15的控制下將測量資料作為視覺化的圖形顯示在顯示部14上時，如圖12(c)所示，可以顯示將兩者的測量結果(高度尺寸)合成後的圖形。在變形例2中，由於這種將兩者的測量結果(高度尺寸)合成的圖形在被測量物(晶片16)上的X方向的解析度相等，對於從任何一個成像光學系統得到的測量資料，同一個測量物件所對應的X座標相同，因此，可以單純地圖示從成為對於測量物件(本例中為突起19c以及突起19d)合適的可測量範圍(倍率)的成像光學系統而得到的測量資料。在本例中，對於突起19c顯示基於第二測量資料的圖形，而對於突起19d顯示基於第一測量資料的圖形。此時，控制部15選擇對於測量物件(本例中為突起19c以及突起19d)合適的可測量範圍(倍率)的成像光學系統，但是，例如，也可以從測量資料是在可測量的高度尺寸的範圍內為較大數值的成像光學系統中優先地選擇。此外，這種合成的圖形也可以是以不對實際的多個測量物件的大小關係的圖像造成損害的方式對基於測量資料而顯示的圖形的大小關係進行修正的結構。據此，雖然與對應於實際比例尺的大小關係並不完全一致，但是一看就能夠掌握二者的高度尺寸。

在變形例2的這種測量裝置103中，利用經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2，能夠得到來自相鄰的彼此不同的測量位置的第一測量資料，並且利用經由第三光路w3的第三線狀反射光Rl3和經由第四光路w4的第四線狀反射光Rl4，能夠得到來自相鄰的彼此不同的測量位置的測量資料，即與第一測量資料在被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)的高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)不同的第二測量資料。因而，通過一次掃描(測量動作)就能夠得到大致兩次的第一測量資料和第二測量資料。因而，不僅能夠提高整體的檢查速度(吞吐量)，而且能夠擴展實質的可測量範圍(倍率)。

[變形例3]

下面，對實施例1的變形例3進行說明。該變形例3的特徵部分在於，在光學系統114的受光光學系統364中，不僅利用對載置於載台12上的被測量物(晶片16)進行照射且線上狀光L上的測量位置彼此相鄰的第一線狀反射光Rl1以及第二線狀反射光Rl2，還利用與它們只是被測量物的解析度不同的第三線狀反射光Rl3以及第四線狀反射光Rl4。此外，變形例3的測量裝置104的基本結構與上述例子的測量裝置10和實施例1的測量裝置101相同，因此相同結構的部分採用相同的附圖標記，並省略其詳細的說明。圖13與圖3相似，是說明在測量裝置104中被測量物(晶片16)在載台12上的滑動狀態的示意圖。

在變形例3的受光光學系統364中，如圖13所示，在光束分束機構33中不僅設置有第一光路w1和第二光路w2，還設置有第三光路w3'和第四光路w4'。第一光路w1和第二光路w2的基本結構與圖3所示的結構相同，但在該變形例3中，第一光路w1使第一線狀反射光Rl1成像於攝像元件17的受光面18上的第一片段S1的第一區域S₁₁ 上，第二光路w2使第二線狀反射光Rl2成像於攝像元件17的受光面18上的第二片段S2的第一區域S₂₁ 上。

由於第三光路w3'和第四光路w4'與第一光路w1和第二光路w2關於被測量物的解析度不同，因而在載置於載台12上的被測量物上在X方向的大小尺寸所觀察的測量範圍不同。在該變形例3中，第三光路w3'和第四光路w4'的測量位置在同一線狀光L上相鄰且彼此不同，其解析度低於第一光路w1和第二光路w2，即在X方向觀察的測量範圍寬(能夠獲得寬範圍的資料)。

第三光路w3'使第三線狀反射光Rl3成像於攝像元件17的受光面18上的第三片段S3的第一區域S₃₁ 。另外，第四光路w4'使第四線狀反射光Rl4成像於攝像元件17的受光面18上的第四片段S4的第一區域S₄₁ 。

在該第三光路w3'和第四光路w4'中，被測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)的可測量範圍(倍率)相同。這種第三光路w3'和第四光路w4'利用與圖7所示的受光光學系統361相同的結構，僅變更透鏡(41)以及各個光路長度的光學特性就能夠實現。這裏，在第三光路w3'和第四光路w4'中測量物的測量物件(上述例子中為各個突起19)在高度方向(Z方向)上的可測量範圍(倍率)可以與第一光路w1和第二光路w2中的可測量範圍相同，也可以不同。

因此，在變形例3的受光光學系統364中，利用經由第一光路w1的第一線狀反射光Rl1和經由第二光路w2的第二線狀反射光Rl2，能夠得到來自相鄰的彼此不同的測量位置的第一測量資料，並且利用經由第三光路w3'的第三線狀反射光Rl3和經由第四光路w4'的第四線狀反射光Rl4，能夠獲得來自相鄰的彼此不同的測量位置的測量資料，即與第一測量資料在被測量物的解析度方面不同的第二測量資料。因此，通過一次掃描(測量動作)就能夠得到大致兩次的第一測量資料和第二測量資料。據此，能夠提高整體的檢查速度(吞吐量)。

(發明效果)

根據本發明的測量裝置，通過一次測量動作即一次掃描，就能夠得到由光束分束機構所分束的數目的、被測量物上彼此不同的測量位置的測量資料。此時，為了得到多個測量資料，採用了使通過光束分束機構分束並經由成像光學系統的各個線狀反射光成像於攝像元件的受光面上的彼此不同的受光區域的結構，因此這些多個測量資料能夠在攝像元件中高速且同時地處理，從而能夠防止測量所需時間的增大。據此，能夠提高整體的檢查速度(吞吐量)。

除上述結構外，如果所述受光區域是在所述攝像元件的所述受光面上的所述各個片段中最先進行輸出處理的區域，由於攝像元件能夠對多個測量資料以極高速且同時地進行處理，因此能夠更有效地防止測量所需時間的增大。

除上述結構外，如果所述光束分束機構將對所述被測量物的測量物件實施光學設定之後的所述線狀反射光進行分束，能夠使多個測量資料中關於被測量物的測量物件的光學設定完全一致。

除上述結構外，如果所述光束分束機構在對所述線狀反射光進行分束之後，通過分別使在沿所述攝像元件的所述受光面的平面上觀察時正交的兩方向的位置變化，能夠獲得在所述線狀反射光的延伸方向上觀察時在彼此不同的測量位置上所述線狀光在所述被測量物上的形狀，就能夠容易地調節光束分支機搆的關於攝像元件的光學設定。

儘管本發明已描述了實施例，但不受限於此。應當指出的是，本領域的技術人員可以在不背離由所附的申請專利範圍限定的本發明的範圍內對實施例進行修改。

10‧‧‧測量裝置

11‧‧‧光學系統

12‧‧‧載台

13‧‧‧記憶體

14‧‧‧顯示部

15‧‧‧控制部

16‧‧‧晶片

17‧‧‧攝像元件

18‧‧‧受光面

19、19a、19b、19c、19d‧‧‧突起

20‧‧‧線

20a、20b、20c、20d、20e、20f‧‧‧隆起部分

30‧‧‧光源

31‧‧‧準直透鏡

32‧‧‧成像光學系統

33‧‧‧光束分束機構

35‧‧‧出射光學系統

36‧‧‧受光光學系統

41‧‧‧透鏡

42‧‧‧分束稜鏡

43‧‧‧第一反射稜鏡

44‧‧‧第二反射稜鏡

45‧‧‧組合稜鏡

50‧‧‧波長合成反射鏡

101‧‧‧測量裝置

102‧‧‧測量裝置

103‧‧‧測量裝置

104‧‧‧測量裝置

111‧‧‧光學系統

112‧‧‧光學系統

113‧‧‧光學系統

114‧‧‧光學系統

302a、302b‧‧‧光源

352‧‧‧出射光學系統

361‧‧‧受光光學系統

362‧‧‧受光光學系統

363‧‧‧受光光學系統

364‧‧‧受光光學系統

△h‧‧‧高度尺寸

θ‧‧‧入射角

A1-A10‧‧‧箭頭

L、L1-L5‧‧‧線狀光

R1‧‧‧線狀反射光

Rl1．．．第一線狀反射光

Rl2．．．第二線狀反射光

Rl3．．．第三線狀反射光

Rl4．．．第四線狀反射光

Rm(m=1-4)．．．寄存器

S₁₁ 、S₂₁ 、S₃₁ 、S₄₁ ．．．第一區域

S₁₂ 、S₂₂ 、S₃₂ 、S₄₂ ．．．第二區域

S₁₃ 、S₂₃ 、S₃₃ 、S₄₃ ．．．第三區域

Sn(n=1-4)．．．片段

w1．．．第一光路

w2．．．第二光路

w3．．．第三光路

w4．．．第四光路

Z0'．．．被測量物在受光面18上的平坦位置的座標

Zd'．．．突起19b在受光面18上的頂點的座標

圖1是表示本發明測量裝置10的結構的框圖。

圖2是表示測量裝置10中的光學系統11關於被測量物(晶片16)的關係的示意圖。

圖3是說明在測量裝置10中被測量物(晶片16)在載台12上的滑動狀態的示意圖。

圖4是為了說明利用測量裝置10的測量而表示的被測量物(晶片16)上的測量物件與線狀光L之間關係的示意圖。

圖5是表示將由圖4得到的測量結果作為視覺化圖形而顯示在顯示部14上的狀態的示意圖，其中，(a)對應於圖4的第一線狀反射光L1，(b)對應於圖4的第二線狀反射光L2，(c)對應於圖4的線狀光L3，(d)對應於圖4的線狀光L4，而(e)對應於圖4的線狀光L5。

圖6是攝像元件17結構的示意圖。

圖7是光學系統111中受光光學系統361的結構示意圖。

圖8(a)-(c)是用於說明僅受光光學系統361(光束分束機構33)中的被測量物的測量位置不同時的狀態的示意圖。

圖9與圖2類似，是表示變形例1的測量裝置102中的光學系統112關於被測量物(晶片16)的關係的示意圖。

圖10與圖3類似，是說明在測量裝置103中被測量物(晶片16)在載台12上的滑動狀態的示意圖。

圖11是為了說明測量裝置103的測量而表示的被測量物(晶片16)上的測量物件(突起19c、19d)的狀態的示意圖。

圖12是表示將關於圖11的測量物件(突起19c、19d)的測量資料作為視覺化圖形而顯示在顯示部14上狀態的示意圖，其中，(a)表示從第一光路w1以及第二光路w2一側得到的測量資料，(b)表示從第三光路w3以及第四光路w4一側得到的測量資料，而(c)表示將兩者合成的狀態。

圖13與圖3類似，是說明在測量裝置104中被測量物(晶片16)在載台12上的滑動狀態的示意圖。

10‧‧‧測量裝置

11‧‧‧光學系統

12‧‧‧載台

16‧‧‧晶片

17‧‧‧攝像元件

18‧‧‧受光面

33‧‧‧光束分束機構

36‧‧‧受光光學系統

A1、A2‧‧‧箭頭

As1、As2‧‧‧獲得區域

L‧‧‧線狀光

R1‧‧‧線狀反射光

R11‧‧‧第一線狀反射光

R12‧‧‧第二線狀反射光

S₂₁ ‧‧‧第一光路w1將第一線狀反射光R11導向第二片段S2的第一區域

S₃₁ ‧‧‧第二光路w2將第二線狀反射光R12導向第三片段S3的第一區域

w1‧‧‧第一光路

w2‧‧‧第二光路

Claims

一種測量裝置，其係以攝像元件獲得來自藉由出射光學系統而被照射線狀光之被測量物的線狀反射光，而根據該獲得的線狀反射光在上述被測量物上的幾何學位置關係來測量該被測量物的表面形狀之測量裝置，其包含：成像光學系統，該成像光學系統係在上述被測量物與上述攝像元件之間，以獲得在上述被測量物上的上述線狀光之形狀的方式，使上述線狀反射光成像於上述攝像元件的受光面；及光束分束機構，其將上述線狀反射光分束而導向上述攝像元件；其中，該光束分束機構係將上述被測量物的經施行對測量對象之光學設定後的上述線狀反射光進行分束，而將上述線狀反射光進行分束之後，使各個在沿著上述攝像元件之上述受光面的平面上觀察為正交的兩個方向之位置發生位移，據此能夠獲得在上述線狀光之延伸方向上觀察時彼此不同的測量位置之在上述被測量物上的上述線狀光之形狀；上述攝像元件在受光面上設定有多個片段且各該片段被劃分為多個區域，各上述片段中的至少一個以上的區域用作為受光區域；上述成像光學系統係使由上述光束分束機構分束後的上述線狀反射光朝向上述攝像元件的上述受光面上的彼此不同的上述片段的上述受光區域成像。
如請求項1之測量裝置，其中上述受光區域係作為在上述攝像元件的上述受光面上的各上述片段中最先進行輸出處理的區域。