專利名稱：共焦顯微鏡及用其測(cè)量高度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用共焦圓盤(disk)來(lái)獲得分段(sectioning)圖像的共焦顯微鏡以及用其測(cè)量高度的方法。
背景技術(shù)：
最近，隨著LSI的高集成化，LSI芯片的電極數(shù)增多，并且，裝配密度也在提高，因此，LSI芯片的電極采用凸起(bump)電極。
并且，將形成這種凸起的LSI芯片倒放到基片上，使其與基片相接觸，同時(shí)把凸起連接到基片上的電極上，即利用所謂倒叩法焊接芯片(倒裝片法)。
在此情況下，重要的是在基片上的電極與芯片上的凸起之間要正確地連接，為此，必須形成準(zhǔn)確的凸起形狀和高度。
因此，設(shè)計(jì)了一種以凸起為被測(cè)物，用光學(xué)方法來(lái)測(cè)量其高度的光學(xué)式高度測(cè)量裝置(參見特開平9-113259號(hào)公報(bào)、特開平9-126739號(hào)公報(bào))。該光學(xué)式高度測(cè)量裝置采用已知的激光掃描方式或圓盤方式(Nipkow圓盤)。無(wú)論是那種方式都具有把高度方向(光軸方向、即Z軸方向)的分布變換成檢測(cè)光亮的功能。
利用這種共焦光學(xué)系統(tǒng)，取得試樣的Z軸方向的每個(gè)移動(dòng)位置的多個(gè)切片圖像，根據(jù)這些切片圖像的各像素的最大亮度來(lái)推斷IZ峰值位置，取得試樣的高度信息。
但是，為了取得多個(gè)切片圖像，要使試樣的Z軸方向的焦點(diǎn)位置進(jìn)行移動(dòng)，其一般的方法是使裝有試樣的試樣臺(tái)或物鏡在Z軸方式移動(dòng)。
然而，若采用使試樣臺(tái)在Z軸方向上移動(dòng)的試樣臺(tái)移動(dòng)方式，則例如在測(cè)量大的8英寸晶片上所形成的LSI芯片的凸起高度時(shí)，試樣臺(tái)必須能以高精度使8英寸晶片上下移動(dòng)，結(jié)構(gòu)體積非常大。因此，過(guò)去的設(shè)備價(jià)格很高。并且，過(guò)去的設(shè)備，質(zhì)量也很大，所以，在高速條件下上下移動(dòng)時(shí)很難控制，焦點(diǎn)移動(dòng)精度下降，同時(shí)，移動(dòng)所需的時(shí)間也長(zhǎng)。再者，利用使物鏡在Z軸方向上移動(dòng)的物鏡移動(dòng)方式來(lái)測(cè)量LSI芯片的凸起高度時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)高速檢查，要獲得光學(xué)系統(tǒng)綜合放大倍數(shù)低的，例如1倍左右的寬視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，可以采用低放大倍數(shù)的物鏡。這種低放大倍數(shù)的物鏡體積大，質(zhì)量也大，在高速時(shí)上下移動(dòng)很難控制，在這種情況下也是不僅焦點(diǎn)移動(dòng)精度下降，而且移動(dòng)所需的時(shí)間長(zhǎng)。
再者，為了實(shí)現(xiàn)檢查的高速化，有效的方法是利用那種一次能觀察大面積的低放大倍數(shù)物鏡來(lái)提高2維方向的掃描速度。一般，物鏡的NA越大分段效果越好。但，通常，NA大的物鏡在高放大倍數(shù)時(shí)視場(chǎng)小。即檢查的高速化和光軸方向的分段效果是互相矛盾的。因此，一般利用低放大倍數(shù)的物鏡來(lái)進(jìn)行高速檢查，然后，在希望把一部分不好的地方放大后觀察時(shí)，把物鏡更改成高放大倍數(shù)的。隨著這種更改，必須更改成形成了針孔的轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，孔直徑相當(dāng)于物鏡的放大倍數(shù)。
但是，存在的問(wèn)題是為了更改放大倍數(shù)而更換物鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤的機(jī)構(gòu)龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。并且，更換物鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤因機(jī)構(gòu)龐大而不能提高速度，切換時(shí)間長(zhǎng)。
另一方面，在爭(zhēng)取檢查的高速化時(shí)，可以使用高NA放大倍數(shù)的特殊物鏡，以一定程度的低放大倍數(shù)來(lái)確保大視場(chǎng)。而且，利用分段效果能實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度。但這種物鏡對(duì)于以高速度來(lái)測(cè)量高度是有效的。與光軸相垂直的平面方向的像素分辨率不高。所以，為了對(duì)不合格的部分進(jìn)行放大檢查，仍必須把物鏡放大倍數(shù)提高。因此，需要多個(gè)不同放大倍數(shù)的特殊的高價(jià)物鏡，經(jīng)濟(jì)效果不好。
再者，也可采用這樣的方法，即在轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤前后布置可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)，在更換物鏡的同時(shí)改變放大率，這樣，即可不更換轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤，而且能不影響分段效果(參見特開平9-230245號(hào)公報(bào))。但是，這種方法雖然對(duì)于使用通常的物鏡按各種放大倍數(shù)進(jìn)行觀察的用途來(lái)說(shuō)是非常有效的，但對(duì)有些希望觀察的東西，則必須更換與放大倍數(shù)相對(duì)應(yīng)的物鏡。所以，物鏡更換機(jī)構(gòu)龐大，更換時(shí)間長(zhǎng)，價(jià)格也昂貴。
再者，現(xiàn)已公開了這樣一種技術(shù)(參見特開平9-126739號(hào)公報(bào))利用共焦光學(xué)系統(tǒng)的I-Z特性(當(dāng)試樣位于焦點(diǎn)位置時(shí)，光量I最大，隨著試樣離開焦點(diǎn)位置的距離增大，光量I逐漸減小)，在物鏡的后方布置一種安裝了多塊平行平面玻璃板的旋轉(zhuǎn)板，使該旋轉(zhuǎn)板高速旋轉(zhuǎn)，即可使焦點(diǎn)位置和試樣的相對(duì)位置在Z方向上高速移動(dòng)(特開平9-126739號(hào)公報(bào))。該技術(shù)是根據(jù)平行平面玻璃板的厚度使焦點(diǎn)位置移動(dòng)，形成離散，從而獲得切片圖像。這時(shí)，切片圖像的張數(shù)與平行平面玻璃板的數(shù)相同，Z測(cè)量范圍取決于最厚的平行平面玻璃板和最薄的平行平面玻璃板的厚度，平行平面玻璃板的塊數(shù)越多，Z方向的取樣間隔可以越小。這樣，根據(jù)多個(gè)離散的切片圖像、以及共焦光學(xué)系統(tǒng)的由物鏡的NA所的I-Z特性，在Z方向上進(jìn)行內(nèi)插處理，推斷出各像素的焦點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)試樣高度測(cè)量的高速化。
但是，利用這種共焦光學(xué)系統(tǒng)的方法，在凸起有一定程度較大的情況下是有效的。但在凸起減小的情況下，出現(xiàn)的問(wèn)題是測(cè)量時(shí)間增長(zhǎng)。也就是說(shuō)，若凸起實(shí)現(xiàn)了微小化，則作為光檢測(cè)器使用的CCD必須提高拍攝的像素分辨能力。所以，如果從試樣到CCD的綜合放大倍數(shù)是相同的，那么，必須使用像素尺寸更小的CCD。在此情況下要使用像素?cái)?shù)多的高價(jià)的CCD攝像機(jī)。并且，由于圖像的像素?cái)?shù)增多，所以，數(shù)據(jù)處理時(shí)間增長(zhǎng)。并且，如果使用相同像素尺寸的CCD，那么，必須提高綜合放大倍數(shù)，以減小實(shí)際視場(chǎng)(能用CCD拍照的范圍)。在此情況下，因?yàn)閷?shí)際視場(chǎng)減小，所以，掃描時(shí)間必然增長(zhǎng)。
另一方面，使用2維排列型器件，其中具有在一塊板上規(guī)則地排列許多行針孔，在此情況下，若凸起實(shí)現(xiàn)微細(xì)化，則要求2維排列的針孔圖形提高密度(減小針孔間距)。另外，由于2維排列型的器件和CCD攝像機(jī)在光學(xué)了上被布置在共軛位置上，所以，CCD攝像機(jī)的各像素和2維排列型器件的位置很難調(diào)整。加之，針孔的間距若減小，則來(lái)自相鄰的針孔的離開焦點(diǎn)位置的光(散焦的光)進(jìn)入，使分段效果降低。
本發(fā)明的共焦顯微鏡，它通過(guò)能獲得分段效果的共焦圓盤把照明光照射到試樣上，通過(guò)上述共焦圓盤使來(lái)自該試樣的光在光電變換裝置上成像，其特征在于具有物鏡成像光學(xué)系統(tǒng)，其中具有使上述共焦圓盤圖像在試樣上成像的成像透鏡和低放大倍數(shù)的物鏡；以及成像透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，用于使上述成像透鏡在光軸方向上移動(dòng)。
若采用涉及本發(fā)明的共焦顯微鏡，則能通過(guò)成像透鏡的移動(dòng)而大大提高焦點(diǎn)移動(dòng)精度。
并且，因?yàn)槌上裢哥R能減小體積，減輕重量，所以能進(jìn)行高速移動(dòng)控制，能大幅度縮短焦點(diǎn)移動(dòng)所需的時(shí)間。
本發(fā)明的共焦顯微鏡，它通過(guò)能獲得分段效果的共焦圓盤把照明光照射到試樣上，通過(guò)上述共焦圓盤使來(lái)自該試樣的光在光電變換裝置上成像，其特征在于具有第1成像光學(xué)系統(tǒng)，它通過(guò)低放大倍數(shù)的物鏡使上述共焦圓盤圖像在上述試樣上成像，使來(lái)自該試樣的光在上述共焦圓盤上成像；以及第2成像光學(xué)系統(tǒng)，它使通過(guò)上述第1成像光學(xué)系統(tǒng)的分段圖像相對(duì)于上述光電變換裝置改變成像放大倍數(shù)進(jìn)行成像。
再者，對(duì)可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)在高速檢查時(shí)設(shè)定為低放大倍數(shù)；在對(duì)不合格部分進(jìn)行放大檢查等時(shí)，將其設(shè)定為高放大倍數(shù)，因此，能很容易地進(jìn)行高速?gòu)V泛檢查和缺陷部分的放大檢查。
本發(fā)明的高度測(cè)量方法，其所用的共焦顯微鏡，通過(guò)能獲得分段效果的共焦圓盤把照明光照射到試樣上，通過(guò)上述共焦圓盤使來(lái)自該試樣的光在光電變換裝置上成像，其特征在于具有其中具有成像透鏡，它用于使通過(guò)上述共焦圓盤而獲得的分段圖像在上述試樣上成像；第1成像光學(xué)系統(tǒng)，其中具有低放大倍數(shù)的物鏡；第2成像光學(xué)系統(tǒng)，用于使上述第1成像光學(xué)系統(tǒng)中的上述分段圖像在上述光電變換裝置中成像；以及成像透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，用于使上述成像透鏡在光軸方向上移動(dòng)，使上述成像透鏡在光軸方向上移動(dòng)，利用在上述光電變換裝置中成像的多個(gè)分段圖像的像素亮度信息來(lái)求出IZ峰值位置，獲得上述試樣的高度信息。若采用涉及本發(fā)明的高度測(cè)量方法，則能一次測(cè)量出廣闊范圍內(nèi)的高度，而且能提高焦點(diǎn)移動(dòng)速度，能提高高度的測(cè)量精度和范圍。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的共焦顯微鏡的概要構(gòu)成的圖。
圖2是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的共焦顯微鏡的概要構(gòu)成的圖。
圖3是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的共焦顯微鏡的概要構(gòu)成的圖。
圖4是說(shuō)明在第3實(shí)施方式的凸起頂點(diǎn)附近的反射光狀態(tài)的圖。
圖5A和圖5B是說(shuō)明第3實(shí)施方式的共焦圖像的圖。
圖6A和圖6B是說(shuō)明第2實(shí)施方式的投影在CCD上的凸起頂點(diǎn)圖像的圖。
圖7A和圖7B是說(shuō)明第3實(shí)施方式所采用的暈映光學(xué)系統(tǒng)的圖，圖8是說(shuō)明第3實(shí)施方式所采用的暈映光學(xué)系統(tǒng)的第1變形例的圖。
圖9是說(shuō)明第3實(shí)施方式所采用的暈映光學(xué)系統(tǒng)的第1變形例的狀態(tài)的圖。
圖10是說(shuō)明第3實(shí)施方式所采用的暈映光學(xué)系統(tǒng)的第2變形例的狀態(tài)的圖。
最佳實(shí)施方式以下根據(jù)附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1表示本發(fā)明第1實(shí)施方式的共焦顯微鏡的概要構(gòu)成。
在圖1中，在從鹵素光源或水銀光源等光源1中射出的光的光路上設(shè)置有與光源1一起形成照明光學(xué)系統(tǒng)的透鏡2、以PBS(偏振光束分離器)3。并且，在PBS3的反射光路上，布置了觀察對(duì)象試樣9，其中間配置有構(gòu)成具有分段效果的構(gòu)成第1成像光學(xué)系統(tǒng)的例如Nipkow圓盤等共焦圓盤4、成像透鏡6、1/4波長(zhǎng)鏡片7、光圈13、物鏡8。在此情況下物鏡8為了實(shí)現(xiàn)檢查的高速化，采用5倍以下(也包括1倍以下)的高NA低放大倍數(shù)能確保廣闊視場(chǎng)的物鏡。并且，共焦圓盤4、物鏡8和成像透鏡6大體上形成遠(yuǎn)心布置。再者，在從試樣9來(lái)的反射光的PBS3的透射光路上通過(guò)與第1成像光學(xué)系統(tǒng)串聯(lián)的構(gòu)成第2成像光學(xué)系統(tǒng)的透鏡10、光圈18、透鏡11而布置CCD攝像機(jī)12。
作為共焦圓盤4使用的Nipkow圓盤是園板狀的，與馬達(dá)5的軸相連結(jié)，依靠該馬達(dá)5按一定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。而且，該共焦圓盤4只要是能產(chǎn)生分段效果的，無(wú)論是哪一種均可，可以使用已知的圓盤等。(專利申請(qǐng)2000-060578號(hào))。也可以使用形成直線狀的透射圖形和遮光圖形交互形成的。并且，共焦圓盤4并非僅限于園板狀，也可以是像液晶快門那樣的。并且，試樣9具有形成在LSI芯片上的半園球狀的凸起，放置在試樣臺(tái)16上。
再者，第2成像光學(xué)系統(tǒng)把利用第1成像光學(xué)系統(tǒng)(共焦光學(xué)系統(tǒng))在共焦圓盤4上成像的具有分段效果的試樣圖像(分段圖像)成像在CCD攝像機(jī)12上。
在CCD攝像機(jī)12上連接計(jì)算機(jī)14，根據(jù)計(jì)算機(jī)14的指示，對(duì)攝像的開始、結(jié)束、拍攝圖像的傳輸?shù)冗M(jìn)行控制。計(jì)算機(jī)14對(duì)由CCD攝像機(jī)12拍攝的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取運(yùn)算處理，顯示到圖中未示出的監(jiān)視器上，同時(shí)，向焦點(diǎn)移動(dòng)裝置15發(fā)出驅(qū)動(dòng)指令。
焦點(diǎn)移動(dòng)裝置15根據(jù)計(jì)算機(jī)14的驅(qū)動(dòng)指令使成像透鏡6在光軸方向上移動(dòng)。成像透鏡6在光軸方向上移動(dòng)，即可使共焦圓盤4的圖像在試樣9上的任意高度位置上成像。在此，在LSI芯片凸起高度測(cè)量的情況下，為了實(shí)現(xiàn)高速檢查，并且為獲得廣闊視場(chǎng)的光學(xué)系統(tǒng)，采用了低放大倍數(shù)的光學(xué)系統(tǒng)。例如，若包括物鏡8在內(nèi)的第1成像光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大倍數(shù)定為3倍，則縱向放大倍數(shù)(＝橫向放大倍數(shù)的二次方)為32＝9。所以，若使成像透鏡6移動(dòng)9μm，則共焦圓盤4的圖像在試樣9面上移動(dòng)1μm，其結(jié)果，焦平面在光軸方向上移動(dòng)1μm。
順便提一下，在一般的共焦光學(xué)系統(tǒng)中大都采用高放大倍數(shù)。因此，例如，在把第1成像光學(xué)系統(tǒng)定為100倍左右的橫向放大倍數(shù)時(shí)，縱向放大倍數(shù)為1002＝10000倍。在這種高放大倍數(shù)光學(xué)系統(tǒng)中若采用上述成像透鏡移動(dòng)方式，則即使使成像透鏡移動(dòng)10000μm，即10mm，焦平面的移動(dòng)也只有1μm左右。不能實(shí)際使用。所以，可以認(rèn)為，第1成像光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大倍數(shù)最好為5倍以下，10倍以內(nèi)時(shí)能夠?qū)嶋H使用。
在上述構(gòu)成中，從光源1中射出的光通過(guò)透鏡2變成平行光，由PBS3進(jìn)行反射，然后射入到按一定速度旋轉(zhuǎn)的共焦圓盤4內(nèi)。通過(guò)共焦圓盤4的針孔的圖像再通過(guò)成像透鏡6，在1/4波長(zhǎng)板7中變成園偏振光，通過(guò)光圈13由物鏡8將其投影到試樣9上。從試樣9反射的光通過(guò)物鏡8、光圈13再次變成與在1/4波長(zhǎng)板7上入射時(shí)相垂直的偏振光方向，由成像透鏡6將其投影到共焦圓盤4上。然后，在投影到共焦圓盤4上的試樣圖像中焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的部分，通過(guò)針孔，再透過(guò)PBS3，經(jīng)過(guò)透鏡10、光圈18、透鏡11，由CCD攝像機(jī)12拍攝。由CCD攝像機(jī)12拍攝的共焦圖像被送入計(jì)算機(jī)14內(nèi)。
在此，在圖1中，為簡(jiǎn)單起見，在共焦圓盤4上的許多針孔中僅將通過(guò)了2個(gè)針孔的光示于圖中。共焦圓盤4、物鏡8和成像透鏡6大體上形成遠(yuǎn)心布置，所以在第1成像光學(xué)系統(tǒng)中能把試樣9的光軸方向上的高度分布變換成光強(qiáng)度信息。
另一方面，共焦圓盤4和CCD攝像機(jī)12由于透鏡10、11而有共軛關(guān)系，而且，由透鏡10、11、CCD攝像機(jī)12構(gòu)成的第2成像光學(xué)系統(tǒng)也是透鏡10、11由于光圈18存在而形成兩側(cè)遠(yuǎn)心系統(tǒng)布置。該第2成像光學(xué)系統(tǒng)也可以不是遠(yuǎn)心的，但，如果第2成像光學(xué)系統(tǒng)的長(zhǎng)度沒(méi)有問(wèn)題，那么，最好是不易產(chǎn)生周邊光量減少的遠(yuǎn)心系統(tǒng)。
通過(guò)這種第1成像光學(xué)系統(tǒng)和第2成像光學(xué)系統(tǒng)，利用CCD攝像機(jī)12僅拍攝出物鏡8的焦平面附近的切片圖像。若在監(jiān)視器上顯示出該分段圖像，則只有焦平面明亮，從焦平面向光軸方向偏移的部分比較暗。
在此狀態(tài)下，若利用焦點(diǎn)移動(dòng)裝置15使成像透鏡6在光軸方向上移動(dòng)，則共焦圓盤4的圖像在試樣9內(nèi)移動(dòng)，焦平面僅按規(guī)定距離移動(dòng)。所以，如果一邊進(jìn)行焦點(diǎn)移動(dòng)，一邊取得各試樣9上的焦平面的分段圖像，那么，可以得到試樣9的3維信息。與此同時(shí)，根據(jù)多個(gè)分段圖像的各像素的最大亮度可以推斷IZ峰值位置，獲得試樣9的高度信息。而且，這時(shí)的XY測(cè)量范圍是CCD攝像機(jī)12的攝像視場(chǎng)。并且，Z的測(cè)量范圍是通過(guò)成像透鏡6的光軸方向的移動(dòng)進(jìn)行焦點(diǎn)移動(dòng)而拍攝分段圖像的范圍。
若采用本發(fā)明的第1實(shí)施方式，則使第1成像光學(xué)系統(tǒng)的成像透鏡6在光軸方向上移動(dòng)，即可使試樣9上的焦點(diǎn)位置移動(dòng)。所以，如上所述，例如若把第1成像光學(xué)系統(tǒng)的橫向放大倍數(shù)定為3倍，則在使成像透鏡6移動(dòng)9μm的情況下，共焦圓盤4的圖像在試樣9面上移動(dòng)1μm，即可使焦平面移動(dòng)1μm。在過(guò)去的試樣臺(tái)和物鏡的移動(dòng)方法中，這些移動(dòng)量成為焦平面的移動(dòng)量，但在涉及本發(fā)明的成像透鏡6的移動(dòng)方法中，移動(dòng)精度也可達(dá)到9倍。所以，能大大提高焦點(diǎn)的移動(dòng)精度。順便說(shuō)一下，在試樣9面上例如欲使焦平面移動(dòng)100μm的情況下，成像透鏡6的移動(dòng)量是900μm，作為移動(dòng)范圍，可以獲得非?，F(xiàn)實(shí)的值。
再有，成像透鏡6的移動(dòng)，與過(guò)去的試樣臺(tái)和物鏡等體積大重量大的物體移動(dòng)相比，由于前者體積小重量輕，所以，能控制高速下的上下移動(dòng)，能大大縮短焦點(diǎn)移動(dòng)所需的時(shí)間。
如上所述，若采用本發(fā)明第1實(shí)施方式，則能使焦點(diǎn)移動(dòng)精度高，而且速度快。
圖2表示涉及本發(fā)明第2實(shí)施方式的共焦顯微鏡的概要構(gòu)成。在圖2中，與圖1相同的部分，標(biāo)注相同的符號(hào)，其詳細(xì)說(shuō)明從略。在第2實(shí)施方式中也具有第1成像光學(xué)系統(tǒng)和第2成像光學(xué)系統(tǒng)。
在該第2實(shí)施方式中，第2成像光學(xué)系統(tǒng)具有可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17，這一點(diǎn)和第1實(shí)施方式不同。
物鏡8為了獲得寬視場(chǎng)的分段圖像，采用5倍以下(也包括0.5倍、0.7倍等1倍以下在內(nèi))的高NA低放大倍數(shù)的物鏡?？烧{(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17能更改向CCD攝像機(jī)12的成像放大倍數(shù)，例如，其構(gòu)成包括變焦光學(xué)系統(tǒng)以及能更換不同放大倍數(shù)的多個(gè)透鏡系統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)改變放大率系統(tǒng)。在該構(gòu)成中，在利用寬視場(chǎng)進(jìn)行高速檢查(向2維方向高速掃描)時(shí)，可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17被設(shè)定為低放大倍數(shù)。另一方面，在對(duì)不合格部分等窄視場(chǎng)進(jìn)行高放大倍數(shù)放大檢查中，為了對(duì)利用第1成像光學(xué)系統(tǒng)在共焦圓盤4上成像的分段圖像進(jìn)行放大觀察，把可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17設(shè)定為高放大倍數(shù)。
試樣9的高速檢查方法如下。首先，把第2成像光學(xué)系統(tǒng)的可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17設(shè)定為低放大倍數(shù)，使綜合放大倍數(shù)從5倍到0.5倍。
在此狀態(tài)下，與第1實(shí)施方式一樣，從光源1射出的光經(jīng)過(guò)視準(zhǔn)透鏡2、PBS3、共焦圓盤4、成像透鏡6、1/4波長(zhǎng)板7和物鏡8，射入到試樣9內(nèi)。并且試樣9反射出來(lái)的光，經(jīng)過(guò)物鏡8、1/4I波長(zhǎng)板7、成像透鏡6、共焦圓盤4、PBS3、透鏡10、低放大倍數(shù)的可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17和透鏡11，由CCD攝像機(jī)12進(jìn)行拍攝。
并且，和第1實(shí)施方式一樣，可以得到分段圖像。
另一方面，在這種高速檢查之后，在必須對(duì)一部分不合格的進(jìn)行放大檢查時(shí)把可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17設(shè)定為高放大倍數(shù)。
在此狀態(tài)下，和上述情況一樣，從試樣9反射的光通過(guò)低放大倍數(shù)物鏡8利用成像透鏡6在共焦圓盤4上投影試樣像，在投影到共焦圓盤4上試樣圖像中，焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)的部分通過(guò)針孔，在該共焦圓盤4上成像的寬視場(chǎng)(低倍數(shù))的分段圖像，通過(guò)透鏡10、高放大倍數(shù)的可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17、透鏡11由CCD攝像機(jī)12進(jìn)行拍攝。
在此情況下，可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17設(shè)定為高放大倍數(shù)，所以，共焦圓盤4的分段圖像由可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17放大，由CCD攝像機(jī)12拍攝。所以，能獲得高放大倍數(shù)窄視場(chǎng)分段圖像。因此，能對(duì)不合格部分進(jìn)行高倍數(shù)放大，進(jìn)行高精度檢查。
而且，在此狀態(tài)下的分段效果的影響已涉及到共焦圓盤4上的試樣圖像，所以，即使把可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17布置在從共焦圓盤4到CCD攝像機(jī)12的光路中，也不會(huì)影響效果。
因此，在第2成像光學(xué)系統(tǒng)中布置了一種能更改在CCD攝像機(jī)12上的成像放大倍數(shù)的可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17，所以在保持分段效果的狀態(tài)下，能任意改變由第1成像光學(xué)系統(tǒng)取得的寬視場(chǎng)(低放大倍數(shù))的試樣圖像放大倍數(shù)。并且，可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17與過(guò)去必須更換物鏡和轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤時(shí)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格也低廉。再者，對(duì)可調(diào)放大率光學(xué)系統(tǒng)17在高速檢查時(shí)設(shè)定為低放大倍數(shù)；在對(duì)不合格部分進(jìn)行放大檢查等時(shí)設(shè)定為高放大倍數(shù)，這樣，很容易進(jìn)行高速的廣泛檢查和缺陷部的放大檢查。
如上所述，若采用本發(fā)明的第2實(shí)施方式，則在保持分段效果的狀態(tài)下也能改變放大倍數(shù)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉。
圖3表示涉及本發(fā)明第3實(shí)施方式的共焦顯微鏡的概要構(gòu)成，在圖3中，對(duì)于和圖1相同的部分，標(biāo)注相同的符號(hào)，其詳細(xì)說(shuō)明從略。該第3實(shí)施方式的特征在于在第2成像光學(xué)系統(tǒng)中具有以下將要詳述的暈映(ボカシ)光學(xué)系統(tǒng)20.
關(guān)于利用CCD攝像機(jī)12對(duì)形成在試樣9的LSI芯片上的凸起進(jìn)行拍攝而獲得的圖像，現(xiàn)參照?qǐng)D4到圖6進(jìn)行分析。
圖4表示對(duì)從圖3的試樣9到光圈13的圖進(jìn)行放大。在圖4中，為了簡(jiǎn)單起見，表示出在物鏡8的下方的試樣9上在LSI芯片9a上僅形成一個(gè)凸起9b。并且，通過(guò)光圈13的光束表示通過(guò)共焦圓盤4的一個(gè)針孔的光束。
而且，實(shí)際上，來(lái)自多個(gè)針孔的多個(gè)光束通過(guò)光圈13.
在這種構(gòu)成中，通過(guò)光圈13的光束通過(guò)物鏡8聚焦在凸起9b的頂點(diǎn)附近的P點(diǎn)上。在此情況下，凸起9b呈半園球形，周圍是球面，所以，在點(diǎn)P上反射的反射光的一部分在物鏡8的外部散開而不能再射入。而且，P點(diǎn)離頂點(diǎn)越遠(yuǎn)，能夠再射入到物鏡8內(nèi)的反射光的比例越小。
求出通過(guò)光圈13的中心的主光線在凸起9b的點(diǎn)P上反射，而且，在點(diǎn)P上反射的主光線再次射入到物鏡8內(nèi)所需的條件。在此情況下，物鏡8的數(shù)值孔徑(NA)，根據(jù)圖4中的θ，可和NA＝sinθ，并且，假定凸起9b是完全的球面，設(shè)點(diǎn)P處的凸起9b的切線為B1-B2；P點(diǎn)處的切線B1-B2的垂線為C1-C2.
從圖4中可以看出，主光線在P點(diǎn)反射，為了再次射入到物鏡8內(nèi)，C1-C2與從物鏡8射入的主光線所形成的角度必須是θ/2以下。所以，在C1-C2與主光線所形成的角度θ/2的情況下，點(diǎn)P離開凸起9b的中心在X方向(圖示中的橫方向)上的位置，若設(shè)凸起9b的半徑為R，則為R·sin(θ/2)。由此可見，主光線能再次射入到物鏡8內(nèi)的點(diǎn)P的全寬區(qū)為2R·sin(θ/2)。若點(diǎn)P離開凸起9b中心，則能再次射入到物鏡8內(nèi)的反射光急劇減少。
以下說(shuō)明對(duì)在LSI芯片上形成的許多凸起進(jìn)行觀察時(shí)的情況。圖5A是在LSI芯片9a上的凸起9b頂點(diǎn)附近對(duì)焦時(shí)的共焦圖像。假定圖5A中的凸起9b中心所示的空白點(diǎn)的明亮區(qū)為φ，那么φ＝2R·sin(θ/2)，實(shí)際上若離開2R·sin(θ/2)，則急劇變暗。例如，假定物鏡8的數(shù)值孔徑NA＝0.3，凸起9B的半徑R＝20μm，那么φ＝6μm，如果凸起9b的間距為50μm，那么，明亮的區(qū)φ＝6μm按間距50μm進(jìn)行并行排列。并且，由于上述共焦光學(xué)系統(tǒng)的分段效果從凸起9b的頂點(diǎn)起在Z方向上只能觀察到數(shù)μm的分段圖像，所以，檢測(cè)不出離凸起9b頂點(diǎn)數(shù)10μm的下側(cè)的LSI芯片9a面上的反射光，只能觀察出凸起9b頂點(diǎn)附近的明亮圖像。而且，在圖5A中，表示出了LSI芯片9a面和凸起9b涂黑部分的濃度不同。這是說(shuō)明時(shí)的情況，實(shí)際上能看見的明亮地方只有凸起9b的頂上附近，其他地方幾乎是完全黑的。
根據(jù)該狀態(tài)，在圖4中，若使對(duì)焦位置靠近LSI芯片9s面，則由于共焦光學(xué)系統(tǒng)的分段效果而使凸起9b的頂上附近逐漸變暗。若使對(duì)焦位置更接近LSI芯片9a面，則凸起9b變成完全黑的。并且，若進(jìn)一步使對(duì)焦位置接近LSI芯片9a面，則LSI芯片9a面逐漸變得明亮。若達(dá)到焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)到LSI芯片9a面上的狀態(tài)，則如圖5b所示，凸起9b變成完全黑的狀態(tài)，LSI芯片9a面達(dá)到最亮狀態(tài)。
實(shí)際上，圖5A和圖5B所示的圖像是由CCD攝像機(jī)12拍攝的，所以對(duì)該拍攝情況加以分析。CCD攝像機(jī)12中所采用的CCD的像素尺寸通常為數(shù)μm-10μm。為簡(jiǎn)便起見，假定為10μm的正方像素。最近容易得到的1000×1000(100萬(wàn)像素)，CCD尺寸為10×10mm。在該尺寸的CCD上按照光學(xué)系統(tǒng)的放大倍數(shù)為1倍來(lái)使圖5A的圖像進(jìn)行成像的情況下(實(shí)際視場(chǎng)為10×10mm的寬視場(chǎng))下，CCD和圖5A的關(guān)系示于圖6A。在此，按1倍來(lái)考慮光學(xué)系統(tǒng)放大倍數(shù)是為了實(shí)現(xiàn)寬視場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高速檢查，在實(shí)際使用中，有時(shí)綜合放大倍數(shù)設(shè)定為5-2倍；有時(shí)設(shè)定為0.5倍、0.7倍等縮小系統(tǒng)。
但是，除了部分特殊的CCD攝像機(jī)外，通常能得到的CCD攝像機(jī)稱為隔行掃描型，如圖6A所示，由受光部12a和信號(hào)傳輸部12b構(gòu)成。在此情況下，雖說(shuō)是10μm正方像素，但并不是間距為10μm。受光部12a為10μm的正方，在信號(hào)傳輸部125不能檢測(cè)出光。在這樣的CCD中，若凸起9b的頂點(diǎn)的能看到的明亮區(qū)φ＝6μm作為光點(diǎn)a按1倍進(jìn)行成像，則出現(xiàn)兩種情況一種是如圖6A的區(qū)A所示光點(diǎn)a射入到受光部12a內(nèi)；另一種是如區(qū)B所示光點(diǎn)a離開受光部12a。其中，如區(qū)B所示，若光點(diǎn)a離開受光部12a，則CCD攝像機(jī)12什么也檢測(cè)不出來(lái)。
為了消除這種現(xiàn)象，光點(diǎn)a的大小必須達(dá)到一個(gè)像素的大小，以便能射入到受光部12a內(nèi)。并且，凸起9b的間距相對(duì)于CCD像素的間距若不是準(zhǔn)確地為整數(shù)倍，則不能檢測(cè)出光點(diǎn)a，也會(huì)產(chǎn)生波紋圖像。為了在這種隔行掃描型CCD攝像機(jī)12中檢測(cè)出光點(diǎn)a，相對(duì)于受光部12a來(lái)說(shuō)，使光點(diǎn)a的尺寸增大即可。但是，若單純?cè)龃蠊恻c(diǎn)，則實(shí)際視場(chǎng)變窄，掃描時(shí)間增長(zhǎng)，不符合高速檢查的要求。
不過(guò)，凸起9b，最小間距是已知的，在一定程度上有規(guī)則地進(jìn)行排列。并且從圖6A中也可以看出，當(dāng)對(duì)焦到凸起9b的頂點(diǎn)附近時(shí)用CCD攝像機(jī)12來(lái)拍攝共焦圖像的情況下，凸起9b的頂點(diǎn)的圖像是離散的，所以CCD像素的大部分是不受光的部分。所以在圖6A中如果不改變相鄰光點(diǎn)a相互的間隔，僅增大光點(diǎn)a，那么，不提高光學(xué)系統(tǒng)的綜合放大倍數(shù)，即不縮小實(shí)際視場(chǎng)，即可無(wú)遺漏地檢測(cè)出光點(diǎn)a。圖6B示出了這種狀態(tài)。這樣，產(chǎn)生不提高光學(xué)放大倍數(shù)只增大光點(diǎn)的暈映圖像a’的所謂光點(diǎn)暈映裝置，在此稱為暈映光學(xué)系統(tǒng)。而且，在圖6B中，在面內(nèi)的2維方向上對(duì)光點(diǎn)a進(jìn)行放大，只要能檢測(cè)出光點(diǎn)a即可，光點(diǎn)a的增大方向也可以是任意1維方向。
暈映光學(xué)系統(tǒng)可以是各種各樣的。這時(shí)的暈映光學(xué)系統(tǒng)20最好是接近透鏡11的后側(cè)焦點(diǎn)位置的光圈18，布置弱的漫射板和繞射光柵。圖7A表示僅僅抽出對(duì)暈映光學(xué)系統(tǒng)20、透鏡11和CCD攝像機(jī)12的光線，用暈映光學(xué)系統(tǒng)20來(lái)使光進(jìn)行漫射或繞射的情況。為了測(cè)算暈映光學(xué)系統(tǒng)20所產(chǎn)生的光點(diǎn)a的擴(kuò)展量，現(xiàn)假定在圖3中成像透鏡6和透鏡10是相同焦距的透鏡，按照從試樣9到CCD攝像機(jī)12的綜合放大倍數(shù)為1倍來(lái)進(jìn)行成像。物鏡8和透鏡11也是相同焦距，例如，假定物鏡8、透鏡11的焦距為20mm，在此，在弱的漫射板的情況下，把該漫射角度總寬定為0.1度。弱的漫射板位于透鏡11的后側(cè)焦點(diǎn)位置上，所以，在CCD攝像機(jī)12上，2·sin(0.05°)·20mm＝35μm。該狀態(tài)是把光點(diǎn)a增大到等于圖6B所示的凸起頂點(diǎn)的暈映圖像。另一方面，在采用繞射光柵的情況下若設(shè)光的波長(zhǎng)λ為0.55μm，繞射光柵的間距P為3mm，透射縫隙寬度為0.4mm，則如圖7B所示，作為繞射角α通過(guò)計(jì)算可以求得橫坐標(biāo)為sinα，縱坐標(biāo)為各次數(shù)的繞射光強(qiáng)度的關(guān)系。圖7B表示僅一側(cè)的繞射角。在圖7B中，假定0次光的繞射光強(qiáng)度為1，則6次光的繞射光強(qiáng)度為sinα＝0.0011左右，為0.1以下。所以，實(shí)質(zhì)上可以看作是±6次以內(nèi)的繞射光，±6次光的CCD攝像機(jī)12上的間隔與上述弱的漫射板時(shí)相同，為2·0.0011·20mm＝44μm，-6次光—+6次光的13點(diǎn)的光點(diǎn)發(fā)生在44μm寬度內(nèi)。
而且，圖7B所示的繞射強(qiáng)度是根據(jù)Max & Born光學(xué)原理而計(jì)算的，可按下式計(jì)算。
I(sinα)＝[sin((N×k×d×sinα)/2)/N×sin(k×d×sinα)/2)2)×[sin((k×s×sinα)/2)/(k×s×sinα)/2]式中k＝2x/λ；s；縫隙；d光柵間距；N光束內(nèi)的光柵條數(shù)。
其結(jié)果在繞射光柵情況下不同于漫射板，從圖7B中可以看出發(fā)生不連續(xù)的光點(diǎn)。
并且，這些漫射板和繞射光柵等暈映光學(xué)系統(tǒng)20能從第2成像光學(xué)系統(tǒng)上拆下或裝上，因此，能適應(yīng)于希望增大光點(diǎn)a時(shí)和不希望增大光點(diǎn)a時(shí)。所以，調(diào)整裝置等情況下，通過(guò)取下暈映光學(xué)系統(tǒng)20，即可很容易地進(jìn)行調(diào)整作業(yè)。并且，如果能更換漫射板和繞射光柵，那么就能根據(jù)需要來(lái)改變光點(diǎn)增大的程度。其效果是可根據(jù)試樣9的凸起9b的間距來(lái)選擇所需的光點(diǎn)a的暈映程度。
并且，由于使用這種暈映光學(xué)系統(tǒng)20而獲得的圖6B所示的凸起9b頂點(diǎn)附近的暈映圖像的光量若進(jìn)行積分，則這時(shí)的光量隨I-Z特性而變化，所以一邊利用圖3的焦點(diǎn)移動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)度試樣臺(tái)16，使焦點(diǎn)移動(dòng)，一邊根據(jù)焦點(diǎn)移動(dòng)量和光點(diǎn)a的積分光量的關(guān)系，求出與積分光量最大值相對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置，這樣即可精密地測(cè)量凸起9b的高度。該方式由于光點(diǎn)a增大，所以光點(diǎn)a的能量密度降低，但可使用更亮的光源加以彌補(bǔ)，甚至效果更好，因?yàn)槔枚鄠€(gè)像素的積分光量來(lái)檢測(cè)一個(gè)光點(diǎn)a的光量變化，所以利用亮的光源能獲得S/N(信雜比)良好的信號(hào)。
并且，用這樣方法求得的凸起9b的高度，與其說(shuō)是凸起頂點(diǎn)的高度，不如說(shuō)是在圖5A中可以看出的光亮區(qū)的平均高度，更為準(zhǔn)確。實(shí)質(zhì)上可以看作是測(cè)量凸起頂點(diǎn)的高度。其理由如下。在圖5A中看出的光亮區(qū)的直徑Φ在凸起半徑R＝20μm、物鏡NA(sinθ)＝0.3的情況下，Φ＝6μm，該光亮區(qū)的中心是圖4中的點(diǎn)Q，該點(diǎn)Q的高度和Φ6μm兩端的高度差ΔZb為ΔZb＝(l-cos(θ/2))×R＝0.23μm，最多不過(guò)是0.23μm。所以，在按數(shù)μm精度來(lái)測(cè)量凸起高度的情況下，雖說(shuō)是求點(diǎn)Q與P之間的平均凸起高度，實(shí)質(zhì)上可以看作是測(cè)量凸起頂點(diǎn)的高度。
這樣，具有暈映光學(xué)系統(tǒng)20的第2成像光學(xué)系統(tǒng)和第1成像光學(xué)系統(tǒng)所構(gòu)成的共焦光學(xué)系統(tǒng)串聯(lián)布置，利用第2成像光學(xué)系統(tǒng)的暈映光學(xué)系統(tǒng)20使一個(gè)光點(diǎn)a擴(kuò)展，形成橫跨CCD攝像機(jī)12上的多個(gè)像素的狀態(tài)，在此狀態(tài)下利用共焦光學(xué)系統(tǒng)的分段效果把試樣9的高度信息作為光強(qiáng)度信息送入，所以，使用通常的像素?cái)?shù)的CCD攝像機(jī)12也不會(huì)使實(shí)際視場(chǎng)變窄，一次即可測(cè)量出大范圍內(nèi)的試樣高度，因此，能實(shí)現(xiàn)高速度測(cè)量高度。
并且，由于第2成像光學(xué)系統(tǒng)的暈映光學(xué)系統(tǒng)20的作用，一個(gè)光點(diǎn)a擴(kuò)展成橫跨CCD攝像機(jī)12上的多個(gè)像素，不會(huì)產(chǎn)生凸起間距和CCD像素間距所形成的莫爾條紋，而且，光量均勻地分配到這多個(gè)像素上。所以用CCD攝像機(jī)12拍攝時(shí)，如果提高光源亮度是在各像素未飽和之前，那么就能增加這多個(gè)像素的積分光量，所以非常有利于S/N，對(duì)微小化的凸起也能進(jìn)行高精度的高度測(cè)量。
另一方面，CCD具有數(shù)值孔徑(對(duì)一個(gè)像素的受光部比例)為100％的特殊CCD(幀傳輸型)，用這種CCD，無(wú)論是多么小的光點(diǎn)也能檢測(cè)出來(lái)。如果利用上述暈映光學(xué)系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)多個(gè)像素的積分光量，那么能進(jìn)一步改善S/N。
暈映光學(xué)系統(tǒng)，例如也可采用平行平面玻璃板。在圖8中在透鏡11和CCD攝像機(jī)12之間以能夠插入撥出的方式布置一種平行平面玻璃板30作為暈映光學(xué)系統(tǒng)。
在此情況下，從透鏡11到CCD攝像機(jī)12之間為會(huì)聚光，所以由于平行平面玻璃板30使光產(chǎn)生折射，其近軸成像位置偏移量為D，因此，CCD攝像機(jī)12的攝像面也被置于偏移量為D的位置上。但在會(huì)聚光途中若有平行平面玻璃板30，則產(chǎn)生像差，在CCD攝像機(jī)12上的光點(diǎn)a增大。在此情況下，可以解釋為平行平面玻璃板30越厚，并且從透鏡11的射出NA越大，光點(diǎn)a越大，產(chǎn)生球面像差。這樣，能利用平行平面玻璃板30來(lái)僅對(duì)光點(diǎn)a進(jìn)行放大，例如假定透鏡11的射出數(shù)值孔徑為0.3，則為了把光點(diǎn)增大到圖6B所示的狀態(tài)，玻璃厚度最好是10mm左右，這也可以從光線跟蹤模擬中看出。圖9表示在平行平面玻璃板20的厚度t＝0mm(無(wú)玻璃)、5mm、10mm、15mm這4種情況下，在會(huì)聚光點(diǎn)最小的位置上的光點(diǎn)圖?？梢钥闯霭逶胶?，越不易會(huì)聚成一點(diǎn)。
而且，為了產(chǎn)生像差，增大光點(diǎn)，也可以使第2成像光學(xué)系統(tǒng)本身具有像差。但在平行平面玻璃板30的情況下，因?yàn)槟茉诘?成像光學(xué)系統(tǒng)上插入和拔出，所以，無(wú)論是希望產(chǎn)生像差還是不希望產(chǎn)生像差，均能適應(yīng)。并且，平行平面玻璃板30只要是在第2成像光學(xué)系統(tǒng)中的形成會(huì)聚光的光路中，無(wú)論什么地方均可，例如也可設(shè)置在PBS3和透鏡10之間并使其能插入拔出。
作為暈映光學(xué)系統(tǒng)如圖10所示，也可以把漫射板和繞射光柵的暈映光學(xué)元件31布置在CCD攝像機(jī)12的近前邊并使其能插入拔出。在此情況下，作為暈映光學(xué)元件31的漫射板和繞射光柵布置在稍稍偏離透鏡11的成像位置的位置上，光點(diǎn)在沒(méi)有完全會(huì)聚的狀態(tài)下射入到暈映光學(xué)元件31內(nèi)，在此，入射光漫射或繞射，在被放大后射入到CCD攝像機(jī)12內(nèi)。這樣，可以增大光點(diǎn)a使圖A狀態(tài)的圖像變成圖6B的狀態(tài)。而且，漫射板和繞射光柵的暈映光學(xué)元件31被布置在透鏡11的成像位置上，也可以把CCD攝像機(jī)12布置在由此稍稍偏移的位置上。
以上說(shuō)明了把暈映光學(xué)系統(tǒng)布置在CCD攝像機(jī)12前面產(chǎn)生暈映的方法，但也可以改變第2成像光學(xué)系統(tǒng)和CCD攝像機(jī)12前面產(chǎn)生暈映的方法，但也可以改變第2成像光學(xué)系統(tǒng)和CCD攝像機(jī)12的光軸方向的相對(duì)位置關(guān)系來(lái)產(chǎn)生暈映。在此情況下，把CCD攝像機(jī)12布置在第2成像光學(xué)系統(tǒng)的成像位置上時(shí)，暈映量為0，通過(guò)偏離成像位置可任意改變暈映量。若采用此方法，則不采用產(chǎn)生暈映的暈映光學(xué)系統(tǒng)，而采用使CCD攝像機(jī)12在光軸方向上移動(dòng)的移動(dòng)機(jī)構(gòu)，即可連續(xù)地改變暈映量。
若采用本發(fā)明第3實(shí)施方式，則利用光點(diǎn)暈映裝置使一個(gè)光點(diǎn)橫跨攝像裝置的多個(gè)受光部，形成擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)，這樣，利用共焦光學(xué)系統(tǒng)的分段效果把測(cè)量對(duì)象物的高度信息作為光強(qiáng)度信息送入，所以，作為攝像裝置即使使用通常的像素?cái)?shù)的CCD攝像機(jī)也不會(huì)使實(shí)際視場(chǎng)變窄，一次即可測(cè)量大范圍的試樣高度，能實(shí)現(xiàn)對(duì)高度的高速測(cè)量。
并且，如果，在攝像裝置中的受光部未飽和之前，增加光源亮度，那么就能增加這多個(gè)受光部中的積分光量。所以，能有利于S/N。
再者，能根據(jù)檢查目的來(lái)改變檢查精度和檢查時(shí)間的優(yōu)先度，用一臺(tái)設(shè)備即可適應(yīng)各種檢查目的。
但是，在上述各共焦光學(xué)系統(tǒng)中利用CCD攝像機(jī)12來(lái)取得在Z方向上離散的多個(gè)切片圖像。當(dāng)然，在此情況下，切片圖像，Z方向的間隔越小，對(duì)高度進(jìn)行測(cè)量的精度越高。但切片圖像的Z方向的間隔越大，越有利于實(shí)現(xiàn)高速測(cè)量。這樣，高度檢查精度和檢查時(shí)間不得已而處于折衷選擇的關(guān)系。如果能根據(jù)檢查目的來(lái)改變檢查精度和檢查時(shí)間的優(yōu)先度，那么，用一臺(tái)設(shè)備即可適應(yīng)各種檢查目的。也就是說(shuō)，上述各實(shí)施方式中所敘述的設(shè)備是利用焦點(diǎn)移動(dòng)裝置15來(lái)移動(dòng)試樣9上的對(duì)焦位置，所以，在檢查精度優(yōu)先方式的情況下，可以減少切片圖像在Z方向的取樣間隔。在檢查時(shí)間優(yōu)先方式時(shí)可以增大Z方向的取樣間隔。并且在檢查時(shí)間優(yōu)先的方式時(shí)要進(jìn)一步提高速度的情況下也可以進(jìn)一步增大Z方向的取樣間隔，減少取得的切片圖像，根據(jù)已取得的切片圖像上點(diǎn)的放大光的積分光量和Z的關(guān)系(I-Z特性)，進(jìn)行內(nèi)插處理，進(jìn)行高速檢查。在進(jìn)一步高速化的情況下，也可以從Z方向的允許范圍前后起開始Z方向的取樣，該允許范圍是對(duì)每種試樣9分別設(shè)定的高度是否合格的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
若采用本發(fā)明第3實(shí)施方式，則對(duì)于微小化的試樣，也可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行高精度的高度測(cè)量。
產(chǎn)業(yè)上應(yīng)用的可能性本發(fā)明涉及利用共焦圓盤來(lái)取得分段圖像的共焦顯微鏡以及用其進(jìn)行高度測(cè)量的方法。
按照條約第19條修改的中譯文對(duì)原權(quán)利要求1-9進(jìn)行了修改，增加了新的權(quán)利要求10-12。
1.一種共焦顯微鏡，它使用了共焦圓盤，其特征在于具有光源；高NA低放大倍數(shù)的物鏡，將通過(guò)把來(lái)自該光源的光進(jìn)行照射得到的上述共焦圓盤的像在試樣上成像；第1成像透鏡系統(tǒng)，配置在上述共焦圓盤和上述物鏡之間；第1成像透鏡系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置，使上述第1成像透鏡系統(tǒng)在光軸方向移動(dòng)，調(diào)節(jié)上述物鏡相對(duì)于上述試樣的焦點(diǎn)位置；第2成像透鏡系統(tǒng)，使在上述共焦圓盤上成像的分段圖像在光電變換裝置上成像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述物鏡是放大倍數(shù)在10倍以下的低放大倍數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述物鏡是放大倍數(shù)從0.5倍開始到10倍以下的低放大倍數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述第2成像透鏡系統(tǒng)具有變倍光學(xué)系統(tǒng)，使上述共焦圓盤上的分段圖像相對(duì)于上述光電變換裝置改變成像放大倍數(shù)而成像。
5.如權(quán)利要求4所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述變倍光學(xué)系統(tǒng)具有能從低放大倍數(shù)向高放大倍數(shù)變化的變焦光學(xué)系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求4所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述變倍光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成一種轉(zhuǎn)臺(tái)，能夠更換多個(gè)不同放大倍數(shù)的透鏡。
7.如權(quán)利要求1所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述第1成像透鏡系統(tǒng)和上述物鏡形成遠(yuǎn)心布置狀態(tài)。
8.如權(quán)利要求1所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述第2成像透鏡系統(tǒng)相對(duì)于共焦圓盤和上述光電變換裝置的兩側(cè)形成遠(yuǎn)心布置狀態(tài)。
9.如權(quán)利要求1所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述第1成像透鏡驅(qū)動(dòng)裝置根據(jù)計(jì)算機(jī)的驅(qū)動(dòng)指令使上述第1成像透鏡系統(tǒng)在光軸方向焦點(diǎn)移動(dòng)，該計(jì)算機(jī)通過(guò)上述光電變換裝置讀取各個(gè)移動(dòng)位置的上述共焦圓盤上的分段圖像，獲得3維信息。
10.一種高度測(cè)量方法，其特征在于，在使用了共焦圓盤的共焦顯微鏡中，具有光源；高NA低放大倍數(shù)的物鏡，將通過(guò)把來(lái)自該光源的光進(jìn)行照射得到的上述共焦圓盤的像在試樣上成像；第1成像透鏡系統(tǒng)，配置在上述共焦圓盤和上述物鏡之間；第1成像透鏡系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置，使上述第1成像透鏡系統(tǒng)在光軸方向移動(dòng)，調(diào)節(jié)上述物鏡相對(duì)于上述試樣的焦點(diǎn)位置；第2成像透鏡系統(tǒng)，使在上述共焦圓盤上成像的分段圖像在CCD相機(jī)上成像，通過(guò)上述第1成像透鏡系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)裝置使上述第1成像透鏡系統(tǒng)在光軸方向移動(dòng)，根據(jù)在上述CCD相機(jī)上成像的多個(gè)位置的分段圖像的像素的亮度信息，求出IZ峰值位置，獲得上述試樣的高度信息。
11.如權(quán)利要求10所述的高度測(cè)量方法，其特征在于上述第2成像光學(xué)系統(tǒng)具有光點(diǎn)暈映裝置，它能進(jìn)一步增大在上述CCD相機(jī)上成像的光點(diǎn)，使光點(diǎn)大小能橫跨該CCD相機(jī)的相鄰的多個(gè)像素；根據(jù)接受上述點(diǎn)暈映裝置增大的光點(diǎn)的多個(gè)像素所接受的光量的積分亮度值信息，求出IZ峰值位置。
12.如權(quán)利要求10所述的高度測(cè)量方法，其特征在于上述暈映裝置由不改變光學(xué)放大倍數(shù)而改變光點(diǎn)的大小的漫射板或繞射光柵構(gòu)成，并可相對(duì)于上述第2成像透鏡拆卸。
權(quán)利要求
1.一種共焦顯微鏡，它通過(guò)能獲得分段效果的共焦圓盤把照明光照射到試樣上，通過(guò)上述共焦圓盤使來(lái)自該試樣的光在光電變換裝置上成像，其特征在于具有物鏡成像光學(xué)系統(tǒng)，其中具有使上述共焦圓盤圖像在上述試樣上成像的成像透鏡和低放大倍數(shù)的物鏡；以及成像透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，用于使上述成像透鏡在光軸方向上移動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述共焦圓盤、物鏡和成像透鏡形成遠(yuǎn)心布置狀態(tài)。
3.一種共焦顯微鏡，它通過(guò)能獲得分段效果的共焦圓盤把照明光照射到試樣上，通過(guò)上述共焦圓盤使來(lái)自該試樣的光在光電變換裝置上成像，其特征在于具有第1成像光學(xué)系統(tǒng)，它通過(guò)高NA低放大倍數(shù)的物鏡使上述共焦圓盤圖像在上述試樣上成像，使來(lái)自該試樣的光在上述共焦圓盤上成像；以及第2成像光學(xué)系統(tǒng)，它使上述第1成像光學(xué)系統(tǒng)的分段圖像相對(duì)于上述光電變換裝置改變成像放大倍數(shù)來(lái)進(jìn)行成像。
4.如權(quán)利要求3所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述第1成像光學(xué)系統(tǒng)包括光源；視準(zhǔn)透鏡，用于把來(lái)自該光源的光變換成平行光；共焦圓盤，用于取得平行光射入的分段效果；以及物鏡光學(xué)系統(tǒng)，其中具有高NA低放大倍數(shù)的物鏡，用于使該共焦圓盤圖像在上述試樣上成像，同時(shí)使來(lái)自該試樣的光在上述共焦圓盤上成像。
5.如權(quán)利要求3所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述第2成像光學(xué)系統(tǒng)具有能從低放大倍數(shù)向高放大倍數(shù)變化的變焦光學(xué)系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求3所述的共焦顯微鏡，其特征在于上述第2成像光學(xué)系統(tǒng)具有一種轉(zhuǎn)臺(tái)可調(diào)放大系統(tǒng)，能夠更換低放大倍數(shù)成像透鏡和多個(gè)不同放大倍數(shù)的高放大倍數(shù)成像透鏡。
7.一種高度測(cè)量方法，在共焦顯微鏡中，通過(guò)能獲得分段效果的共焦圓盤把照明光照射到試樣上，通過(guò)上述共焦圓盤使來(lái)自該試樣的光在光電變換裝置上成像，其特征在于具有成像透鏡，它用于使通過(guò)上述共焦圓盤而獲得的分段圖像在上述試樣上成像；第1成像光學(xué)系統(tǒng)，其中具有低放大倍數(shù)的物鏡；第2成像光學(xué)系統(tǒng)，使上述第1成像光學(xué)系統(tǒng)的上述分段圖像在上述光電變換裝置上成像，以及成像透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，它使上述成像透鏡在光軸方向上移動(dòng)，使上述成像透鏡在光軸方向上移動(dòng)，根據(jù)在上述光電變換裝置上成像的多個(gè)分段圖像的像素的亮度信息，求出IZ峰值位置，獲得上述試樣的高度信息。
8.如權(quán)利要求7所述的高度測(cè)量方法，其特征在于上述第2成像光學(xué)系統(tǒng)具有光點(diǎn)暈映裝置，它能進(jìn)一步增大在上述光電變換裝置上成像的光點(diǎn)，使光點(diǎn)大小能橫跨多個(gè)受光部，利用上述點(diǎn)暈映裝置來(lái)增大在上述光電變換裝置上成像的上述分段圖像的光點(diǎn)，使其橫跨上述光電變換裝置的多個(gè)受光部，根據(jù)上述光點(diǎn)橫跨的多個(gè)受光部所接受的光量的積分亮度信息來(lái)求出IZ峰值位置。
9.如權(quán)利要求1或3所述的共焦顯微鏡或者權(quán)利要求7所述的高度測(cè)量方法，其特征在于上述物鏡具有放大倍數(shù)為5倍以下的高NA。
全文摘要
本發(fā)明提供一種共焦顯微鏡及用其測(cè)量高度的方法，通過(guò)能獲得分段效果的共焦圓盤把照明光照射到試樣上，再通過(guò)上述共焦圓盤使來(lái)自該試樣的光在光電變換裝置上成像的這種共焦顯微鏡，具有物鏡成像光學(xué)系統(tǒng)，其中具有使上述共焦圓盤圖像在上述試樣上成像的成像透鏡和低放大倍數(shù)的物鏡；以及成像透鏡驅(qū)動(dòng)裝置，用于使上述成像透鏡在光軸方向上移動(dòng)。
文檔編號(hào)G02B21/00GK1392962SQ01802734
公開日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月11日
發(fā)明者江田幸夫, 久田菜穗子, 森田晃正, 上原靖弘 申請(qǐng)人:奧林巴斯光學(xué)工業(yè)株式會(huì)社