JP2000227331A

JP2000227331A - 測定装置

Info

Publication number: JP2000227331A
Application number: JP11338411A
Authority: JP
Inventors: Yukinaga Shimomichi; 幸永下道
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1998-11-30
Filing date: 1999-11-29
Publication date: 2000-08-15
Anticipated expiration: 2019-11-29
Also published as: JP3379928B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、精度の高い位置測定などを行うこと
ができるとともに、作業者にかかる負担を軽減できる測
定装置を提供する。【解決手段】レーザダイオード１０５からレーザ光によ
り三角測量の原理に基づいた被検体１０１表面の高さ測
定を行うとともに、リング状照明１３１および光源１３
７により被検体１０１の暗視野画像や明視野画像をライ
ンセンサカメラ１３８で撮像し、それぞれの輝度画像情
報を制御装置１２１に入力して被検体１０１の位置測定
や欠陥検査などを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体の高さや位
置などの測定を行う測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体部品は、益々高集積化およ
び大型化する傾向があり、これに伴いベアチップなどを
実装する電気部品実装としてＢＧＡパッケージなどが考
えられている。このようなＢＧＡパッケージについて
も、最近は、ベアチップ自身についてＦＣボンディング
によるバンプを採用したものがあり、このような実装に
ついては、さらに精度の高い微小物体の位置測定や高さ
測定などが要求されている。

【０００３】そこで、従来では、このようなバンプを採
用した電気部品実装については、作業者が１個ずつ実態
顕微鏡を用いて観察しながら位置測定とともに、高さ測
定などを行うようにしている。

【０００４】また、被検体から良質の画像を取り込むに
は、光源であるレーザダイオードの光量を最適に調整す
る必要がある。

【０００５】そこで、従来、レーザダイオードのレーザ
光の光量を制御する方法として、レーザダイオードの電
源電圧を可変することによりレーザ光の光量を制御する
方法や透過量を順次変化させたＮＤフィルタをレーザダ
イオードの前面に配置し、この状態からＮＤフィルタを
移動してレーザ光に対する透過量を変化させることで、
光量を制御する方法などが用いられている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のように、バンプ
を採用した電気部品実装について、作業者が１個ずつ実
態顕微鏡を用いて観察しながら位置測定とともに、高さ
測定などを行う手法では、１個の電気部品実装の外観検
査を行うのに多大な時間がかかってしまい、作業能率が
低下するだけでなく、作業者に多大の負担をかけるとい
う問題がある。

【０００７】一方、レーザダイオードのレーザ光の光量
を制御する方法として、レーザダイオードの電源電圧を
可変すると、レーザ光の波長が安定しなくなり、良質な
画像の取り込みが難しく、また、ＮＤフィルタは、レー
ザ光に対する透過量が順次変化するもので、これに対す
るレーザ光は、所定の大きさの断面を有するため、ＮＤ
フィルタを通ったレーザ光は、その断面の各所において
光量にバラツキを生じ、均一な光量が得られないという
問題がある。

【０００８】また、光ビームの光路中に偏光板を設け、
これを回転させることにより、偏光板を通過する光ビー
ムの強度を変化させる技術もあるが、被検体の測定箇所
や測定条件が変わると最適な明るさも変化するため、常
に良質な画像を安定して取り込めるようにすることは困
難であるという問題がある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、精度の高い各種の測定を短時間で行うことができる
とともに、作業者にかかる負担を軽減できる測定装置を
提供することを目的とする。

【００１０】また、被検体の測定箇所や測定条件が変わ
っても常に最適な明るさの画像を安定して取り込むこと
のできる測定装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、レーザ光源からのレーザ光により被検体上を走査し
て該被検体からの反射光から少なくとも高さ情報を得る
第１の測定手段と、照明光源からの照明光を被検体上に
照射して該被検体からの反射光または散乱光から二次元
情報を得る第２の測定手段と、前記第１の測定手段にお
けるレーザ光と前記第２の測定手段における照明光とが
重なる光路中に設けられる対物レンズとを具備した測定
装置が提供される。

【００１２】前記測定装置において、前記第２の測定手
段は、前記被検体の暗視野像または明視野像を撮像する
ラインセンサカメラを有するものであってもよい。

【００１３】前記測定装置において、前記照明光源は、
落射照明光源を有するものであってもよい。

【００１４】前記測定装置において、前記第１の測定手
段は、前記被検体の二次元情報をも得るものであっても
よい。

【００１５】前記測定装置は、前記被検体からの反射光
量を検出する手段と、検出された光量に応じて前記照明
光を制御する手段とを更に具備したものであってもよ
い。

【００１６】前記測定装置は、前記レーザ光の光路中に
設けられ回転可能に配置された波長板を更に具備したも
のであってもよい。

【００１７】前記測定装置は、前記レーザ光の反射光の
光量を検出する手段と、検出された光量に応じて前記波
長板を回転駆動することにより前記レーザ光を制御する
手段とを更に具備したものであってもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を用いて説明する。図１は、本発明が適用される検出装
置の概略構成を示している。図において、１０１は被検
体（試料）で、この被検体１０１は、ステージ１０２上
に載置される。

【００１９】このステージ１０２は、ステージ駆動部２
０５により移動できるようになっており、必要に応じて
図に示したＺ方向、Ｘ方向及びＹ方向（図の奥行き方
向）にそれぞれ移動することができるようになってい
る。

【００２０】ステージ１０２上の被検体１０１に対して
対物レンズ１０３を配置している。この対物レンズ１０
３は、無限遠設計の物側テレセントリックレンズを用い
ている。

【００２１】対物レンズ１０３とステージ１０２との間
に、リング状照明１３１を配置している。このリング状
照明１３１は、光ファイバ１３２を介して光源１３３を
接続していて、この光源１３３からの光により対物レン
ズ１０３周囲から被検体１０１に向けて照明光を発し、
被検体１０１の暗視野像を取得するようにしている。

【００２２】対物レンズ１０３と後述するガルバノミラ
ー１０４との間にダイクロイックミラー１３４を配置
し、このダイクロイックミラー１３４の反射光路にハー
フミラー１３６を配置している。

【００２３】また、ハーフミラー１３６の透過光路に、
落射照明用の光源１３７を配置している。この光源１３
７は、ハーフミラー１３６、ダイクロイックミラー１３
４および対物レンズ１０３を通って被検体１０１に向け
て落射照明光を発し、被検体１０１の明視野像を取得す
るようにしている。

【００２４】ここで、ダイクロイックミラー１３４は、
図２に示すように、上述したリング状照明１３１による
暗視野像および光源（落射照明用）１３７による明視野
像のそれぞれの観察系の波長領域に対して低い透過量
（高反射）を呈し、また、後述するレーザダイオード１
０５からの測定光の波長域に対して高い透過量を呈する
ような特性を有するものが用いられる。

【００２５】そして、これら被検体１０１の暗視野像ま
たは明視野像は、対物レンズ１０３を通ってダイクロイ
ックミラー１３４で反射し、さらにハーフミラー１３６
で反射し、結像レンズ１３５を透過して、この結像レン
ズ１３５の集光位置に配置したラインセンサカメラ１３
８に取り込まれるようになっている。

【００２６】ここで、ラインセンサカメラ１３８は、ダ
イクロイックミラー１３４の反射光路より結像レンズ１
３５を介して取り込まれる被検体１０１の暗視野像また
は明視野像を撮像するものである。また、ラインセンサ
カメラ１３８は、各ライン毎の撮像位置を後述するガル
バノミラー１０４の走査位置とずらして、レーザ光の影
響を無くし、暗視野像または明視野像を良好に得られる
ようにしている。

【００２７】そして、ラインセンサカメラ１３８により
撮像された暗視野画像は、輝度画像情報として制御装置
１２１の位置演算部１３９に入力される。この位置演算
部１３９は、ラインセンサカメラ１３８で取り込まれた
二次元画像情報から被検体１０１の位置を算出するとと
もに、照明や欠陥に対応した最適な画像処理のアルゴリ
ズムが実行され、異物、欠け、シミ、大きさなどの欠陥
検査を可能にしている。

【００２８】また、ラインセンサカメラ１３８により撮
像された明視野画像も、輝度画像情報として制御装置１
２１に入力される。この場合、制御装置１２１は、ライ
ンセンサカメラ１３８の輝度画像情報から照明や欠陥に
対応した最適な画像処理アルゴリズムを実行し、被検体
１０１の異物、欠け、シミ、大きさなどのを検出する機
能も有している。

【００２９】ところで、ダイクロイックミラー１３４と
ハーフミラー１３６との間の光路中に、ハーフミラー２
０１が設けられている。このミラー２０１は、被検体１
０１からの暗視野像または明視野像の光を反射し、結像
レンズ２０２を介して受光素子２０３に導く。受光素子
２０３の出力は、制御装置１２１に入力される。なお、
図ではハーフミラー２０１をイクロイックミラー１３４
とハーフミラー１３６との間の光路中に設ける場合を示
しているが、代わりに、ハーフミラー１３６と結像レン
ズ１３５との間の光路中に設けるようにしても構わな
い。

【００３０】制御装置１２１は、受光素子２０３の出力
に基づき、二次元測定が可能な明るさが得られるように
（光量が予め設定された範囲内（上限値と下限値との
間）に収まるように）、光源１３３又は１３７の光量を
フィードバック制御する。

【００３１】また、リング状照明１３１の光源１３３の
前面には、フィルタ１４０を配置している。このフィル
タ１４０は、光源１３３からの光を単波長に変換して、
被検体１０１の暗視野像を効率よくダイクロイックミラ
ー１３４で反射させ、ラインセンサカメラ１３８に取り
込みできるようにしている。また、ラインセンサカメラ
１３８の撮像面には、フィルタ１４１を配置している。
このフィルタ１４１は、後述するレーザダイオード１０
５からのレーザ光が被検体１０１面で反射された際の一
部が、さらにダイクロイックミラー１３４で反射され、
ラインセンサカメラ１３８に侵入するのを防止するため
のものである。

【００３２】一方、対物レンズ１０３の瞳面１０３’に
ダイクロイックミラー１３４を介して走査手段としての
ガルバノミラー１０４が配置されている。このガルバノ
ミラー１０４は、ミラー駆動部１２０により瞳面１０
３’の瞳中心付近を軸として揺動駆動されるものであ
り、測定光を反射し、被検体１０１面を図に示したＸ方
向及びＹ方向（図の奥行き方向）に、それぞれ走査する
ことができるようになっている。

【００３３】なお、ここではＸ方向及びＹ方向の両方の
走査をガルバノミラー１０４の揺動により実現している
が、代わりに、Ｘ方向の走査をガルバノミラー１０４の
揺動により実現し、Ｙ方向の走査をステージの移動によ
り実現するようにしてもよい。また、Ｘ方向の走査をス
テージの移動により実現し、Ｙ方向の走査をガルバノミ
ラー１０４の揺動により実現するようにしてもよい。

【００３４】１０５はレーザダイオードであり、このレ
ーザダイオード１０５の前方にコリメートレンズ１０
６、１／２波長板３、偏光ビームスプリッタ１０７、１
／４波長板１０８を介して上述したガルバノミラー１０
４を配置し、レーザダイオード１０５からのレーザ光を
コリメートレンズ１０６で平行光にし、１／２波長板
３、偏光ビームスプリッタ１０７、１／４波長板１０８
を透過してガルバノミラー１０４に入射させ、このガル
バノミラー１０４での反射光を測定光としてダイクロイ
ックミラー１３４、対物レンズ１０３を通して被検体１
０１面に集光するようにしている。

【００３５】１／２波長板３は、レーザダイオード１０
５からのレーザ光の光軸に対し、ほぼ直交して配置され
ている。この場合、１／２波長板３は、レーザ光の光軸
に対し、直角（９０度）ではなく、これより０〜１０度
の範囲で傾斜させた状態にしておくことが望ましい。こ
れは、１／２波長板３により反射された分のレーザ光が
レーザダイオード１０５の発光部に照射されてしまうと
いう弊害を防止するためである。１／２波長板３は、円
形をなしていて、その周縁部に沿ってギア３ａを形成
し、このギア３ａをモータ１３の回転軸のギア１３ａに
噛合され、このモータ１３を駆動源として回転可能にな
っている。モータ１３は、制御装置１２１に接続されて
おり、制御装置１２からの制御信号により１／２波長板
３の回転角度を設定し、この回転角度に応じてレーザ光
の透過量を可変可能にしている。

【００３６】ダイクロイックミラー１３４は、図３に示
すようにガルバノミラー１０４で反射され被検体１０１
面に測定光を導光する対物レンズ１０３の光軸に直交す
る面に対して、４５°より小さな角度に設定することが
好ましく、ここでは、実線で示す３５°に設定してい
る。つまり、測定光に対して入射角度を４５°より小さ
く設定することにより、ダイクロイックミラー１３４で
の測定光の損失を最小限にしている。

【００３７】被検体１０１上の測定光は、対物レンズ１
０３の瞳径と焦点距離で決まるＮＡの収束光として被検
体１０１上の任意の位置にテレセントリックに集光され
る。

【００３８】また、被検体１０１面で反射された測定光
を、対物レンズ１０３およびダイクロイックミラー１３
４を通過させ、ガルバノミラー１０４で反射させた後、
１／４波長板１０８を通して偏光ビームスプリッタ１０
７に入射させ、この偏光ビームスプリッタ１０７で反射
させるようにしている。そして、偏光ビームスプリッタ
１０７で反射した測定光の光束は、第１の結像レンズ１
０９によって一次像面１１０に集光される。

【００３９】一次像面１１０を通過した光束は、無限系
に設計された第２の対物レンズとしての瞳リレーレンズ
１１２を通過し、ハーフミラー面１１３ａを有するプリ
ズム１１３に入射し、反射する光束Ｌ１と透過する光束
Ｌ２とに分割される。

【００４０】プリズム１１３のハーフミラー面１１３ａ
で反射した光束Ｌ１は、ミラー１１３、第１の絞り１１
４を経て、第２の結像レンズてあるセパレータレンズ１
１５により、光位置検出素子（以下、ＰＳＤ（Position
Sensing Device）と称する）１１６上に集光される。

【００４１】このＰＳＤ１１６は、測光位置（スポット
位置）Ｓによって変化する電流信号を出力するものであ
る。スポット位置Ｓは、被検体１０１の高さ変化に比例
した量だけ左右に移動する。これは、後で詳しく説明す
る三角測量の原理に基づくものである。

【００４２】そして、ＰＳＤ１１６からの出力は、被検
体１０１の明視野画像の輝度画像情報として制御装置１
２１に入力されるとともに、高さ演算部１２２に入力さ
れる。高さ演算部１２２は、ガルバノミラー１０４の揺
動角度に応じた被検体１０１面での測定位置座標ｘ、ｙ
（Ｘ方向、Ｙ方向の位置座標）と、ＰＳＤ１１６から得
られたスポット位置信号とに基づいて、被検体１０１表
面での高さｚを演算するものである。

【００４３】ところで、被検体１０１の表面に凹凸が存
在する場合、ＰＳＤ１１６上のスポットは一定の広がり
を持ってしまい正確な検出が行なえないことがある。こ
の場合、ＰＳＤ１１６では光スポットの周辺部分しか検
出できないということになり、少なからぬ検出誤差が生
じることになる。

【００４４】したがって、このような場合には、被検体
１０１の高さ検出は不能であるとして、検出結果を破棄
することが妥当である。この実施形態では、測定の可否
を判断するため、前記プリズム１１３のハーフミラー面
１１３ａを透過した光束Ｌ２を前記プリズム１１３の後
端側に設けられたミラー面１１３ｂ、第２の絞り１２４
を通して分割受光素子１２５に導く。

【００４５】そして、この分割受光素子１２５の出力
（光量）は、測定可否判断部１２６に入力される。測定
可否判断部１２６は、分割受光素子１２５の出力に基づ
き、高さ測定が可能な明るさになっているか否かを判断
する。具体的には、測定可能な範囲（下限値、上限値）
を設定しておき、光量がその範囲内に収まっているか否
かを判断する。

【００４６】また、制御装置１２１は、分割受光素子１
２５の出力に基づき、高さ測定が可能な明るさが得られ
るように（光量が予め設定された範囲内（上限値と下限
値との間）に収まるように）、レーザダイオード１０５
のレーザ光の光量をフィードバック制御する。

【００４７】具体的には、制御装置１２１は、制御信号
を送ることによりモータ１３を起動し、１／２波長板３
を回転させる。すると、レーザ光に対しほぼ直交して配
置される１／２波長板３は、制御装置１２１からの制御
信号により設定される回転角度だけ回転され、この時の
回転角度に応じてレーザ光の透過量が設定される。これ
により、１／２波長板３を透過した後、ステージ１０２
上の被検体１０１上にスポット光として照射されるレー
ザ光は、所望する最適な光量に設定されることになる。
これにより、制御装置１２１の側では、最適な明るさで
測定された被検体１０１の画像が得られることになる。

【００４８】ところで、第１の結像レンズ１０９の前側
焦点面は第１の対物レンズ１０３の瞳面又はその共役面
１０３’に置かれている。一方、セパレータレンズ１１
５は、第２の対物レンズである瞳リレーレンズ１１２の
後側焦点面に配置されている。したがって、セパレータ
レンズ１１５は第１の対物レンズ１０３の瞳面１０３’
と共役の位置にあることになる。このため、セパレータ
レンズ１１５は、全ての測定点から反射された測定光の
うち、対物瞳面１０３’の同一部分を通過した光束によ
って、測定スポットをＰＳＤ１１６上に形成することに
なる。

【００４９】また、前記第１の絞り１１４は、図５に示
すように瞳の縁部（中心部から一定距離ｈ離間した位
置）に配置されている。このようにすると、被検体１０
１の凹凸によって、ＰＳＤ１１６に入射するスポットの
位置は三角測量の原理に基づいて所望の方向に移動す
る。

【００５０】そして、この第１の絞り１１４と、分割受
光素子１２５に対向する第２の絞り１２４は、共役な位
置に設けられている。このようにすることによって、分
割受光素子１２５上に投影される光束は、ＰＳＤ１１６
上に投影される光束と対物瞳面１０３’の同一部分を通
過した光束になる。

【００５１】次に、このように構成した実施形態の動作
を説明する。

【００５２】まず、リング状照明１３１より対物レンズ
１０３周囲から被検体１０１に向けて照明光が発せられ
る場合、被検体１０１で反射した光は、暗視野像として
対物レンズ１０３を通ってダイクロイックミラー１３４
で反射し、さらにハーフミラー１３６で反射し、結像レ
ンズ１３５を透過して、この結像レンズ１３５の集光位
置に配置したラインセンサカメラ１３８で撮像される。
そして、このラインセンサカメラ１３８で撮像された暗
視野画像は、輝度画像情報として制御装置１２１の位置
演算部１３９に入力され、位置演算部１３９により被検
体１０１の位置が算出されるなどして位置測定が行われ
る。

【００５３】次に、光源１３７より照明光が発せられる
場合、この光は、ハーフミラー１３６、結像レンズ１３
５、ダイクロイックミラー１３４および対物レンズ１０
３を通って被検体１０１に向けて照射される。すると、
今度は、被検体１０１で反射した光は、明視野像として
対物レンズ１０３を通ってダイクロイックミラー１３４
で反射し、さらにハーフミラー１３６で反射し、結像レ
ンズ１３５を透過して、この結像レンズ１３５の集光位
置に配置したラインセンサカメラ１３８で撮像される。
そして、このラインセンサカメラ１３８で撮像された明
視野画像は、輝度画像情報として制御装置１２１に入力
され、被検体１０１の各種欠陥に対応した最適なアルゴ
リズムが選択され欠陥検出が行われる。

【００５４】このようにすれば、これらリング状照明１
３１および光源１３７を選択的に点灯し、被検体１０１
の暗視野画像または明視野画像の輝度画像情報を制御装
置１２１に入力することにより、被検体１０１の位置測
定や各種欠陥の検査精度を高め、誤検出を低減できる。
また、これらリング状照明１３１および光源１３７を同
時に点灯し、被検体１０１の暗視野画像および明視野画
像を重ね合わせた輝度画像情報を制御装置１２１に入力
することによっても、この時の輝度画像情報の様々なア
ルゴリズム処理により被検体１０１の各種測定を行うこ
とができる。

【００５５】次に、レーザダイオード１０５からレーザ
光が発せられると、レーザ光は、コリメートレンズ１０
６、偏光ビームスプリッタ１０７、１／４波長板１０８
を介してガルバノミラー１０４に入射され、ガルバノミ
ラー１０４での反射光が測定光としてダイクロイックミ
ラー１３４、対物レンズ１０３を通して被検体１０１面
に集光される。また、被検体１０１面で反射された測定
光は、対物レンズ１０３およびダイクロイックミラー１
３４を通過し、ガルバノミラー１０４で反射され、１／
４波長板１０８を通して偏光ビームスプリッタ１０７で
反射され、第１の結像レンズ１０９によって一次像面１
１０に集光される。また、一次像面１１０を通過した光
束は、瞳リレーレンズ１１２を通過し、ハーフミラー面
１１３ａを有するプリズム１１３に入射され、ハーフミ
ラー面１１３ａで反射した光束Ｌ１は、ミラー１１３、
第１の絞り１１４を経て、セパレータレンズ１１５を介
してＰＳＤ１１６上に集光される。

【００５６】そして、このＰＳＤ１１６からの出力は、
被検体１０１の明視野画像の輝度情報として制御装置１
２１に入力されるとともに、高さ演算部１２２に入力さ
れる。

【００５７】制御装置１２１では、被検体１０１の明視
野画像の輝度情報に基づいて被検体１０１にかかる各種
検査を実行し、また、高さ演算部１２２によりガルバノ
ミラー１０４の揺動角度に応じた被検体１０１面での測
定位置座標ｘ、ｙと、ＰＳＤ１１６から得られたスポッ
ト位置信号とに基づいて、被検体１０１表面での高さｚ
を演算する。

【００５８】なお、このような高さ測定は、単独に行っ
ても、上述した被検体１０１の暗視野画像や明視野画像
の輝度画像情報の取得と同時に行うようにしてもよい。

【００５９】次に、高さ演算部１２２での動作を詳しく
説明する。

【００６０】まず、高さ演算部１２２による高さ演算の
原理及びその具体的方法について詳しく説明する。

【００６１】図４は図１の一次像面１１０から後の部分
のみを示したものであり、一次像面１１０の被検体像を
新たに被検体面１０１’として考えている。

【００６２】システムパラメータとして、瞳リレーレン
ズ（第２の対物レンズ）１１２の焦点距離をｆｐ、セパ
レータレンズ１１５の焦点距離をｆｓ、一次像の結像倍
率をＭ、光軸からセパレータレンズ１１５の中心までの
高さをｈ、瞳リレーレンズ１１２とセパレータレンズ１
１５の距離をＤ、第１の結像レンズ１０９のＮＡをＮＡ
_OBとする。

【００６３】一次像のデフォーカス量（高さ）Ｚ’は被
検体の高さをＺとするとＺＭ²であり、ＰＳＤ１１６に
は中心からδの位置に光スポットが形成される。この時
δは、図から、 δ＝ｆｓ・ｔａｎα …（１）ｔａｎα＝ｈ／（ｂ−Ｄ） …（２）となる。

【００６４】したがって、次式が導かれる。

【００６５】 δ＝ｆｓ・ｈ／（ｂ−Ｄ） …（３）ｈ＝ｆｐ・ＮＡ_OB／ＭＰ …（４）ここで、Ｐは、図３に示すように、結像レンズ１０９の
瞳上で算出した絞り中心と瞳の半径の比Ｐ＝Φ／ｈであ
る。

【００６６】次に、ｂを計算すると、１／ｂ＝（１／ｆｐ）−（１／（ｆｐ＋Ｍ²Ｚ）） …（５）であるから、ｂ＝ｆｐ（ｆｐ＋Ｍ²Ｚ）／Ｍ²Ｚ …（６）となる。これらの式をまとめると、

【数１】

【００６７】となる。さらに、前述したように、セパレ
ータレンズ１１５と瞳リレーレンズ１１２の距離Ｄはｆ
ｐなので、

【数２】

【００６８】となり、δとＺは完全に線形の関係とな
る。

【００６９】実際の測定量はδである。したがって、式
（８）を変形し、

【数３】

【００７０】となる。

【００７１】次に、このような原理に基づいて被検体１
０１の高さＺを具体的に算出するために、前記制御装置
１２１に設けられた高さ演算部１２２は、前記ＰＳＤ１
１６からスポット位置信号δを受け取る。そして、この
高さ演算部１２２は、このスポット位置信号δ、前記シ
ステムパラメータｆ、β、θ及び前記ミラー駆動部１２
０から順次入力される測定位置情報ｘ、ｙとを用い、各
測定位置の高さＺを連続的に出力する。

【００７２】これによれば、各光学系や被検体１０１を
上下させなくとも、広い測定エリアと広いダイナミック
レンジを持った高さ測定を、極めて高速に行うことがで
きる。

【００７３】従って、このようにすれば、レーザダイオ
ード１０５から測定光による三角測量の原理に基づいた
被検体１０１表面の高さ測定を高速に行うことができる
とともに、リング状照明１３１および光源１３７によ
り、被検体１０１の暗視野画像または明視野画像をライ
ンセンサカメラ１３８で撮像し、それぞれの輝度画像情
報を取得することにより、欠陥に対応した最適な条件で
被検体１０１の位置測定や欠陥検査などを行うこともで
きるので、これら高さ測定や位置測定などの各種の測定
を精度よく、しかも短時間で効率よく行うことができ
る。また、暗視野画像または明視野画像などの二次元画
像情報を得る二次元測定手段と三角測量などによる三次
元測定手段（少なくとも高さを測定する測定手段）を同
一対物レンズ１０３により取り込むことにより、被検体
１０１を動かすことなく複数の測定手段を実行すること
ができるため、測定手段の切換えには被検体１０１の位
置ずれが生じることがなく、作業者にかかる負担を大幅
に軽減することができるとともに、面倒な調整機構も無
くすことができる。

【００７４】また、上記実施形態では、レーザ光を発生
するレーザダイオード１０５の前面にレーザ光に対しほ
ぼ直交に、且つ回転可能に１／２波長板３を配置し、制
御装置１２１の制御信号により設定される回転角度だけ
モータ１３により１／２波長板３を回転させ、この時の
回転角度に応じてレーザ光の透過量を設定するようにし
たので、従来のレーザダイオードの電源電圧を可変する
ものと比べ、レーザ光の波長に変動を生じるようなこと
がなく、良質な画像の取り込みが可能となり、また、従
来の従来のＮＤフィルタを用いたものと比べても、レー
ザ光の断面の各所において光量にバラツキを生じるよう
なことがなく、均一な光量のレーザ光を連続的に得るこ
とができ、安定したレーザ光の調光制御を実現できる。

【００７５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、精度
の高い各種の測定を短時間で行うことができるととも
に、作業者にかかる負担を軽減することができる。ま
た、被検体の測定箇所や測定条件が変わっても常に最適
な明るさの画像を安定して取り込むことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の概略構成を示す図。

【図２】一実施の形態に用いられるダイクロイックミラ
ーの特性を説明するための図。

【図３】一実施の形態に用いられるダイクロイックミラ
ーの配置状態を説明するための図。

【図４】一実施の形態での三角測量の原理を説明するた
めの模式図。

【図５】一実施の形態の受光素子用の絞りを示す平面
図。

【符号の説明】３…１／２波長板３ａ…ギア１３…モータ１３ａ…ギア１０１…被検体１０３…対物レンズ１０４…ガルバノミラー１０５…レーザダイオード１０６…コリメートレンズ１０７…偏光ビームスプリッタ１０８…１／４波長板１０９…結像レンズ１１０…一次像面１１２…瞳リレーレンズ１１３…プリズム１１３ａ…ハーフミラー面１１３ｂ…ミラー面１１４…第1の絞り１１５…セパレータレンズ１１６…光位置検出素子（ＰＳＤ：ポジショニングセン
サー）１２０…ミラー駆動部１２１…制御装置１２２…高さ演算部１２４…第２の絞り１２５…分割受光素子１２６…測定可否判断部１３１…リング状照明１３２…光ファイバ１３３…光源１３４…ダイクロイックミラー１３５…結像レンズ１３６…ハーフミラー１３７…光源１３８…ラインセンサカメラ１３９…位置演算部１４０、１４１…フィルタ２０１…ハーフミラー２０２…結像レンズ２０３…受光素子２０５…ステージ駆動部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザ光源からのレーザ光により被検体
上を走査して該被検体からの反射光から少なくとも高さ
情報を得る第１の測定手段と、照明光源からの照明光を被検体上に照射して該被検体か
らの反射光または散乱光から二次元情報を得る第２の測
定手段と、前記第１の測定手段におけるレーザ光と前記第２の測定
手段における照明光とが重なる光路中に設けられる対物
レンズとを具備したことを特徴とする測定装置。
【請求項２】前記第２の測定手段は、前記被検体の暗
視野像または明視野像を撮像するラインセンサカメラを
有することを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】前記照明光源は、落射照明光源を有する
ことを特徴とする請求項１項記載の測定装置。
【請求項４】前記第１の測定手段は、前記被検体の二
次元情報をも得ることを特徴とする請求項１記載の測定
装置。
【請求項５】前記被検体からの反射光量を検出する手
段と、検出された光量に応じて前記照明光を制御する手
段とを更に具備したことを特徴とする請求項１記載の測
定装置。
【請求項６】前記レーザ光の光路中に設けられ回転可
能に配置された波長板を更に具備したことを特徴とする
請求項１記載の測定装置。
【請求項７】前記レーザ光の反射光の光量を検出する
手段と、検出された光量に応じて前記波長板を回転駆動
することにより前記レーザ光を制御する手段とを更に具
備したことを特徴とする請求項６記載の測定装置。