JP2003161890A - 形状観察装置 - Google Patents
形状観察装置Info
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- JP2003161890A JP2003161890A JP2001364359A JP2001364359A JP2003161890A JP 2003161890 A JP2003161890 A JP 2003161890A JP 2001364359 A JP2001364359 A JP 2001364359A JP 2001364359 A JP2001364359 A JP 2001364359A JP 2003161890 A JP2003161890 A JP 2003161890A
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Abstract
光学部品を用い複雑な構成にしなくても、単純かつ安価
な光学系でミクロンスケールの微細形状を観察する。 【解決手段】 光源からの白色光を光学系の対物レンズ
外部に配置されたミラーに照射し、そこで反射された光
を光学系に入射させる。これにより、微小な凹凸形状も
コントラストを強調した画像が得られ、微分干渉顕微鏡
で観察される画像と同様の画像が得られる。
Description
し、特に半導体や液晶パネルのミクロンスケールの形状
観察や微細加工部のプロセス中のモニタリング、インク
ジェットプリンタや電子デバイス等の微細な部品の三次
元形状を非接触で観察できる形状観察装置に関する。
査型プローブ顕微鏡(SPM)の一種である原子間力顕
微鏡(AFM)や共焦点レーザー顕微鏡および微分干渉
顕微鏡などが用いられている。
小さなテコを用いて、試料表面の凹凸を試料とテコの先
端間に働く力の変化に伴うテコの変化量として測定する
装置であり、絶縁体の測定も可能である。
れなどがあり変位検出方法により測定量が異なる。一般
的には、テコの変形をテコの背面に斜めから入射する光
の反射角変化として測定する光テコ方式の変位検出方法
が用いられている。測定により得られた変位量はデータ
処理し、画像化される。
る時のプロセス技術を応用し作製されている。
に達するが広範なエリアの測定が出来ないことや測定に
時間がかかるなどの問題がある。また、表面凹凸の高さ
が数ミクロン以上ある場合、プローブの形状の制約によ
り段差に追従できず測定が不可能になってしまう。
高精度の検出機構などが必要であり、これらを制御して
観察画像を得るには高価な装置が必要となってしまう。
示す。共焦点レーザー顕微鏡の基本構成としては、レー
ザー発振器、ピンホール、照射系コンデンサ、対物レン
ズ、ガルバノミラー、光路分割を行うミラー、フィルタ
ー、結像点のピンホールおよび結像した光を測定する光
電子倍増管(フォトマル)である。
ンズによって回折限界まで集光されて被観察物体を照明
する。被観察物体からの反射光は共焦点開口(ピンホー
ル)に結像する光のみがフォトマルに達し、光電変換さ
れて光強度データとなるのでデフォーカス情報は排除さ
れる。共焦点レーザー顕微鏡では、上記のように点光源
とフォトマルの各点を対応させるために被観察物体上の
各点の情報のみが得られるので、二次元の情報を得るた
めには被観察物体上を走査する必要がある。結果とし
て、共焦点レーザー顕微鏡は深さ方向の分解能が存在す
るので、光学的切片による三次元観察が可能となる。さ
らに、観察がフォトマルによる光の検出であるので、そ
のまま測定データを定量的に扱うことができる。
レーザーやフォトマルが用いられ、各部品を高精度に組
み立てる必要があり高価な装置になってしまう。
構成を図3に示す。光学系においては、光源から照射さ
れた照明光を対物レンズに導入するため、光学系内部に
ハーフミラーとノマルスキープリズムが配置されてい
る。
コンデンサレンズ、偏光板を通り直線偏光の光に変換さ
れハーフミラーに入射される。入射された直線偏光の光
は反射され、ノマルスキープリズムに導入され、一定距
離(シェア量)だけ分離され振動方向が互いに垂直な二
つの直線偏光に分離される。この二つの直線偏光が対物
レンズの後側焦点位置で交差し、対物レンズを介して被
観察物体に平行に入射する。
通過しノマルスキープリズムに入射され、二つの光を再
び一つの光に合成する。この光を検光子に通すことによ
り被観察物体上でシェア量だけ離れた段差や勾配が干渉
像となって形成される。干渉像は段差や勾配に応じてコ
ントラストが強調された画像を得ることができる。
プリズム、偏光板などの光学部品が必要で、各部品の位
置関係を高精度に組み立てる必要がある。また、一般的
な微分干渉顕微鏡では、作動距離を長くとることが難し
いために、例えば微細加工部品の加工プロセスをインラ
インでその場観察することは難しい。
ネル、さらにインクジェットプリンタや各種電子デバイ
ス等の技術開発が進み、ミクロンスケールの微細構造の
観察やパーティクルによる欠陥の解析のために形状観察
装置が求められている。また、歩留り向上のために微細
加工部のプロセスをモニタリングするなどミクロンスケ
ールの形状をその場で観察する必要性が生じてきてい
る。
(AFM)や共焦点レーザー顕微鏡、微分干渉顕微鏡に
おいては、装置が高価であったり、限定された条件のみ
でしか観察できないといった欠点があった。
高価な装置や光学部品を用い複雑な装置構成にしなくて
も良好に観察でき、作動距離が長いことからプロセス中
のインラインでの観察も可能である。さらにこの光学系
を用いると、微小な凹凸もコントラストが強調された画
像を得ることが可能で、微分干渉顕微鏡で得られる画像
と同様の画像が得られ、単純かつ安価な光学系でミクロ
ンスケールの微細形状を観察できる。
を解決するために、照明用の光源、照明光を反射するミ
ラー、対物レンズを配置している光学系、画像入力のた
めの撮像素子、画像を処理するための制御装置を配置し
ている観察装置であり、光源からの照明光を光学系外部
に配置されたミラーに照射し、そこで反射された光を光
学系に入射することを特徴とする。これにより、安価で
単純な装置構成でも微小な凹凸形状のコントラストを強
調した画像を得ることが可能で、微分干渉顕微鏡で得ら
れる画像と同様の画像を得ることが可能になる。
いて詳細に説明する。
装置の構成図である。
理系から構成されている。
光源、光源からの照明光を反射するミラー、ズームレン
ズまたは固定焦点レンズを有する。画像入力・処理系
は、観察画像を撮像するためのCCDカメラ、CCDカ
メラからの画像データを入力するための変換ボード、画
像を処理するためのパーソナルコンピュータである。
部に光源からの照明光を反射するミラーを配置する。光
源には白色光が用いられる。特定波長の光を用いる際に
は、光源から照射された白色光を光源と反射ミラーの間
に波長を選択するための偏光板を配置しても構わない。
研磨面に高反射率の金属(アルミニウムなど)薄膜を蒸
着したものを用いる。
光が光学系に入射されるように調整がなされる。
ズや固定焦点レンズに入射され被観察物体を観察する。
たCCDカメラで撮像される。CCDカメラからの画像
は、画像変換ボードに入力され、パーソナルコンピュー
タ等の画像処理装置へ送られ画像化される。得られた画
像から種々の画像処理技術を用いて特徴を抽出すること
により被観察物体の位置、寸法、形状、変位等の計測を
行う。
察装置の構成図である。
イエンティフィックジャパン(株)製ビデオレンズ(V
ZM1000:レンズ倍率2.5〜10倍、作動距離3
5mm)を用いた。照明光を反射するミラーは直角プリ
ズムの斜面にアルミニウムを蒸着したものを用い、ビデ
オレンズの対物レンズ外部に配置した。照明光の光源と
しては、(株)モリテックス製ハロゲン光源MHF−1
50Lを用い、ライトガイドを通して照明光をミラーに
照射した。ミラーで反射された照明光がビデオレンズに
入射されるようにミラーの位置を調整した。ビデオレン
ズ上部に配置した撮像素子として、ソニー(株)製カラ
ーCCDカメラXC−33(1/4インチCCDカメラ
ヘッド)を用いた。CCDカメラにより撮像された画像
は、画像変換ボートを通して入力され、画像データとし
てパーソナルコンピュータに取り込まれ、画像をモニタ
ー上に表示した。表面に形成された高さ0.1μm、幅
8μmの凹凸形状を観察したところ、凹凸形状のコント
ラストが強調された画像が認められた。同じ位置を微分
干渉顕微鏡で観察し比較したところ、同様の画像あっ
た。
形状を観察した。但し、装置構成として、光学系には
(株)モリテックス製固定焦点レンズ(MML8−4
0:光学倍率8倍、作動距離39.9mm)を用いた。
同様に高さ0.1μm、幅8μmの凹凸形状のコントラ
ストが強調された画像が観察された。この画像において
も、微分干渉顕微鏡での観察画像と同様の画像が認めら
れた。
微細な凹凸形状を観察した。但し、照明を直接観察物体
に照射した。この装置構成において観察したところ、表
面の凹凸形状は観察されなかった。
微細な凹凸形状を観察した。但し、照明光を光学系途中
から導入し、同軸落射照明とした。この装置構成で観察
したところ、表面の凹凸形状は観察されなかった。
細形状を観察する際に、従来用いられていたAFM、微
分干渉顕微鏡のような複雑な構成かつ高価な装置を用い
なくとも、対物レンズの外部に配置されたミラーに光源
からの照明光を照射し、ミラーで反射された反射光を光
学系に入射するだけの単純かつ安価な構成の装置におい
て観察物体を観察することにより、微細な凹凸形状もコ
ントラストが強調された画像を得ることができる。さら
に、作動距離が長いことから、微細加工部のプロセスの
モニタリングも可能となる。
る。
18)
査型プローブ顕微鏡(SPM)の一種である原子間力顕
微鏡(AFM)や共焦点顕微鏡および微分干渉顕微鏡な
どが用いられている。
焦点顕微鏡の基本構成としては、光源(レーザー)、ピ
ンホール、対物レンズ、光路分割を行うミラー、結像点
のピンホールおよび結像した光を測定する光電子倍増管
(フォトマル)である。
ンズによって回折限界まで集光されて被観察物体を照明
する。被観察物体からの反射光は共焦点開口(ピンホー
ル)に結像する光のみがフォトマルに達し、光電変換さ
れて光強度データとなるのでデフォーカス情報は排除さ
れる。共焦点顕微鏡では、上記のように点光源とフォト
マルの各点を対応させるために被観察物体上の各点の情
報のみが得られるので、二次元の情報を得るためには被
観察物体上を走査する必要がある。結果として、共焦点
顕微鏡は深さ方向の分解能が存在するので、光学的切片
による三次元観察が可能となる。さらに、観察がフォト
マルによる光の検出であるので、そのまま測定データを
定量的に扱うことができる。
やフォトマルが用いられ、各部品を高精度に組み立てる
必要があり高価な装置になってしまう。
(AFM)や共焦点顕微鏡、微分干渉顕微鏡において
は、装置が高価であったり、限定された条件のみでしか
観察できないといった欠点があった。
る。
Claims (5)
- 【請求項1】 照明用の光源、照明光を反射するミラ
ー、対物レンズを配置している光学系、画像入力のため
の撮像素子、画像を処理するための制御装置を配置して
いる観察装置において、光源からの照明光を光学系外部
に配置されたミラーに照射し、そこで反射された光を光
学系に入射する構成であることを特徴とする形状観察装
置。 - 【請求項2】 上記形状観察装置において、被観察物体
を観察する光学系がズームレンズであることを特徴とす
る請求項1記載の形状観察装置。 - 【請求項3】 上記形状観察装置において、被観察物体
と対物レンズとの作動距離が10mm以上であることを
特徴とする請求項1記載の形状観察装置。 - 【請求項4】 上記形状観察装置において、光源からの
照射光が白色光であることを特徴とする請求項1記載の
形状観察装置。 - 【請求項5】 上記形状観察装置において、被観察物体
を観察する光学系が固定焦点レンズであることを特徴と
する請求項1記載の形状観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001364359A JP2003161890A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 形状観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001364359A JP2003161890A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 形状観察装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003161890A true JP2003161890A (ja) | 2003-06-06 |
Family
ID=19174562
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001364359A Pending JP2003161890A (ja) | 2001-11-29 | 2001-11-29 | 形状観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003161890A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006029881A (ja) * | 2004-07-14 | 2006-02-02 | Hitachi High-Technologies Corp | パターン欠陥検査方法および装置 |
| CN101915555A (zh) * | 2010-07-09 | 2010-12-15 | 上海理工大学 | 采用电控变焦透镜作为共焦显微系统轴向扫描方法 |
| CN102507596A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-06-20 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统 |
| CN105157625A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-12-16 | 北京航空航天大学 | 一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统 |
| CN109187495A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-11 | 北京理工大学 | 飞秒激光加工参数分光瞳差动共焦Raman光谱监测方法与装置 |
-
2001
- 2001-11-29 JP JP2001364359A patent/JP2003161890A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006029881A (ja) * | 2004-07-14 | 2006-02-02 | Hitachi High-Technologies Corp | パターン欠陥検査方法および装置 |
| CN101915555A (zh) * | 2010-07-09 | 2010-12-15 | 上海理工大学 | 采用电控变焦透镜作为共焦显微系统轴向扫描方法 |
| CN102507596A (zh) * | 2011-11-18 | 2012-06-20 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 一种基于激光束主动扫描的光学元件表面疵病检测系统 |
| CN105157625A (zh) * | 2015-05-29 | 2015-12-16 | 北京航空航天大学 | 一种基于变焦成像透镜的光纤端面显微干涉测量系统 |
| CN109187495A (zh) * | 2018-11-13 | 2019-01-11 | 北京理工大学 | 飞秒激光加工参数分光瞳差动共焦Raman光谱监测方法与装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040922 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041005 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041130 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050301 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050802 |