JPH10170831A - Pattern reader - Google Patents
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- JPH10170831A JPH10170831A JP34277896A JP34277896A JPH10170831A JP H10170831 A JPH10170831 A JP H10170831A JP 34277896 A JP34277896 A JP 34277896A JP 34277896 A JP34277896 A JP 34277896A JP H10170831 A JPH10170831 A JP H10170831A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 読み取り対象物が光束を偏向させる作用を有
する場合には、光源の像が軸上ではなく軸外に形成され
るために空間フィルターにより遮ることができない可能
性がある。
【解決手段】 照明部10から発した光は対物レンズ2
0を透過することにより平行光となり、シリコンウェハ
ー1の表面1aを斜め方向から照明する。表面1aで反
射された光束は、再度対物レンズ20を透過して検出部
30側に向かう収束光となり、空間フィルター31に達
する。表面1aからの反射光のうち空間フィルター31
を透過した散乱反射成分は、結像レンズ32に入射す
る。結像レンズ32は、シリコンウェハー1の表面1a
と撮像素子33とを共役にするパワーを有しており、撮
像素子33上には、空間フィルター31を透過した散乱
反射成分により表面1aに刻印されたパターンの微分像
が形成される。光源部10は、照明光の主光線に対して
垂直な面内で調整可能である。
(57) [Problem] When an object to be read has a function of deflecting a light beam, there is a possibility that an image of a light source is formed off-axis instead of on-axis, so that it cannot be blocked by a spatial filter. is there. SOLUTION: Light emitted from a lighting unit 10 is an objective lens 2.
By passing through 0, the light becomes parallel light and illuminates the surface 1a of the silicon wafer 1 from an oblique direction. The light beam reflected by the surface 1a passes through the objective lens 20 again, becomes convergent light toward the detection unit 30 side, and reaches the spatial filter 31. The spatial filter 31 of the reflected light from the surface 1a
The scattered reflection component transmitted through is incident on the imaging lens 32. The imaging lens 32 is provided on the surface 1 a of the silicon wafer 1.
And the imaging element 33 have a power to make them conjugate. On the imaging element 33, a differential image of the pattern imprinted on the surface 1a is formed by the scattered reflection component transmitted through the spatial filter 31. The light source unit 10 is adjustable in a plane perpendicular to the principal ray of the illumination light.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、対象面上に付さ
れたパターンを読み取る装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for reading a pattern provided on an object surface.
【0002】[0002]
【従来の技術】透過型の対象面に形成されたパターンを
所定のフィルタリング処理をして読み取る光学系として
は、フーリエ変換レンズを利用したフィルタリング光学
系が従来から用いられている。この光学系は、この物体
からの光を対物レンズを介してその後側焦点に配置され
た空間フィルターを透過させる。フィルターのさらに後
方にフィルターの位置を前側焦点とする結像レンズを配
置すると、その後側焦点面に物体像がフィルターによる
変化を受けて形成される。2. Description of the Related Art A filtering optical system using a Fourier transform lens has been conventionally used as an optical system for reading a pattern formed on a transmission type target surface by performing a predetermined filtering process. The optical system transmits light from the object through an objective lens through a spatial filter disposed at a rear focal point. When an imaging lens having the position of the filter as the front focal point is disposed further behind the filter, an object image is formed on the rear focal plane by the change by the filter.
【0003】例えば、対象面に形成されたパターンの微
分像を出力したい場合には、空間フィルターとして点光
源の像に相当する軸上の光束を遮る高域フィルターを用
いる。また、読み取ったイメージを加工し、あいるは他
の表示装置に表示させるためには、パターン像の結像位
置に、パターンを読み取る撮像素子を配置すればよい。For example, when it is desired to output a differential image of a pattern formed on a target surface, a high-pass filter that blocks on-axis light flux corresponding to an image of a point light source is used as a spatial filter. Further, in order to process the read image and display the processed image on another display device, an image sensor for reading the pattern may be arranged at an image forming position of the pattern image.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のフィルタリング光学系を利用したパターン読み
取り装置では、読み取り対象である物体が光束を偏向さ
せるプリズム作用を有する場合には、点光源の像が軸上
ではなく軸外に形成されるために空間フィルターにより
遮ることができない可能性があり、その場合には散乱光
成分以外の成分が結像レンズに入射することとなって所
望のフィルタリング出力像を得ることができないという
問題がある。同様の問題は、この種の装置を反射型の対
象物に形成されたパターンを読み取る際に、反射面に傾
きがある場合にも生じ得る。However, in the pattern reading apparatus using the above-mentioned conventional filtering optical system, if the object to be read has a prism function of deflecting a light beam, the image of the point light source is not axial. There is a possibility that it cannot be blocked by the spatial filter because it is formed off-axis instead of above, in which case components other than the scattered light component will enter the imaging lens and the desired filtered output image will be formed. There is a problem that cannot be obtained. A similar problem may occur when the device of this type reads a pattern formed on a reflective object and the reflective surface is inclined.
【0005】この発明は、上述した従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、対象物がプリズム作用を持
つ場合、あるいは反射型の対象物の反射面が傾いている
場合にも点光源の像と空間フィルターの遮光領域とを一
致させることができるパターン読み取り装置を提供する
ことを目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is intended to provide a point light source even when the object has a prismatic function or when the reflection surface of a reflective object is inclined. It is an object of the present invention to provide a pattern reading device capable of making the image of the image and the light shielding area of the spatial filter coincide with each other.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】この発明にかかるパター
ン読み取り装置は、上記の目的を達成させるため、微少
面積を有する光源から発した照明光を読み取り対象であ
るパターンが付された対象面に入射させ、パターンの情
報を持つ光束を対物レンズにより収束させて結像レンズ
に入射させ、結像レンズによりパターンの像を形成して
読み取るパターン読み取り装置において、光源の位置
を、照明光の主光線と交差する面内で調整する調整機構
を設けたことを特徴とする。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, a pattern reading apparatus according to the present invention impinges illumination light emitted from a light source having a very small area on a target surface provided with a pattern to be read. In a pattern reading apparatus, a light beam having pattern information is converged by an objective lens and made incident on an imaging lens, and a pattern image is formed and read by the imaging lens. It is characterized in that an adjusting mechanism for adjusting within an intersecting plane is provided.
【0007】光源は、光源からの光の一部を透過させる
ピンホールを備える。この場合、調整機構は、光源とピ
ンホールとを共に移動させることが望ましい。また、上
記の光源は、ランプと、このランプからの光をピンホー
ルまで導く光ファイバーとから構成することができる。
この場合には、調整機構は、光ファイバーの射出側の端
部とピンホールとを共に移動させることが望ましい。調
整機構による移動方向は、照明光の主光線とほぼ垂直な
面内とすることができる。The light source has a pinhole for transmitting a part of the light from the light source. In this case, it is desirable that the adjusting mechanism moves the light source and the pinhole together. Further, the above light source can be constituted by a lamp and an optical fiber for guiding light from the lamp to a pinhole.
In this case, it is desirable that the adjusting mechanism moves both the end of the optical fiber on the emission side and the pinhole. The direction of movement by the adjustment mechanism can be in a plane substantially perpendicular to the principal ray of the illumination light.
【0008】対象面が反射面である場合には、照明レン
ズと対物レンズとを同一の対物レンズとして構成するこ
とができる。この場合、光源から発して対物レンズ(照
明レンズとして機能)を介して対象面に達した光束を、
対象面で反射させて対物レンズ(対物レンズとして機能)
を再度透過させて結像レンズに入射させる。また、調整
機構は、光源を対物レンズの光軸に対して垂直な面内で
移動させるようにしてもよい。When the object surface is a reflection surface, the illumination lens and the objective lens can be configured as the same objective lens. In this case, the luminous flux emitted from the light source and reaching the target surface via the objective lens (functioning as an illumination lens)
Objective lens that reflects off the target surface (acts as an objective lens)
Is transmitted again and is incident on the imaging lens. Further, the adjustment mechanism may move the light source in a plane perpendicular to the optical axis of the objective lens.
【0009】さらに、対象面が反射面である場合には、
光源と結像レンズとを対物レンズの光軸を挟んで互いに
反対側に配置することができ、光源を、照明光を対象面
に対して斜めに入射させる位置に設けることができる。Further, when the target surface is a reflection surface,
The light source and the imaging lens can be arranged on opposite sides of the optical axis of the objective lens, and the light source can be provided at a position where the illumination light is obliquely incident on the target surface.
【0010】所定のフィルタリング効果を得るために
は、対物レンズと結像レンズとの間の光路中に、軸上光
を遮光する遮光領域を有する空間フィルタを配置するこ
とができる。この場合、調整機構は、対物レンズにより
形成される光源の位置と空間フィルターの遮光領域との
相対的な位置関係を結像レンズの光軸に交差する面内で
調整するよう構成できる。すなわち、光源の位置自体を
調整する場合と、空間フィルター側を調整する場合との
いずれでもよい。In order to obtain a predetermined filtering effect, a spatial filter having a light-blocking region for blocking axial light can be arranged in an optical path between the objective lens and the imaging lens. In this case, the adjusting mechanism can be configured to adjust the relative positional relationship between the position of the light source formed by the objective lens and the light shielding area of the spatial filter in a plane intersecting the optical axis of the imaging lens. That is, either the case where the position of the light source itself is adjusted or the case where the spatial filter side is adjusted may be used.
【0011】なお、対物レンズが球面収差を持つ場合に
は、空間フィルターは、対物レンズを介して形成される
光源の近軸像点より対物レンズ側に配置することが望ま
しい。なお、読み取ったイメージを加工し、あるいは他
の表示装置に表示させるためには、パターン像の結像位
置に、パターンを読み取る撮像素子を配置すればよい。When the objective lens has a spherical aberration, it is desirable that the spatial filter is disposed closer to the objective lens than the paraxial image point of the light source formed via the objective lens. In order to process the read image or to display the read image on another display device, an image sensor for reading the pattern may be arranged at the image forming position of the pattern image.
【0012】[0012]
【発明の実施の形態】以下、この発明にかかるパターン
読み取り光学系の実施形態を説明する。ここでは、最初
に図1に基づいて発明の基本構成について説明し、続い
て、図2から図5に基づいてこの発明のパターン読み取
り光学系を反射型の対象物を読み取る装置に適用した実
施形態について説明し、さらに、図6から図11に基づ
いて実施形態の光学系を適用した装置の機械的な構成例
について説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a pattern reading optical system according to the present invention will be described below. Here, a basic configuration of the present invention will be described first with reference to FIG. 1, and subsequently, an embodiment in which the pattern reading optical system of the present invention is applied to an apparatus for reading a reflective object based on FIG. 2 to FIG. And a mechanical configuration example of a device to which the optical system according to the embodiment is applied will be described with reference to FIGS.
【0013】図1(A),(B)は、この発明の基本構成を
示すためのフィルタリング光学系の説明図である。図示
せぬ光源からの光束はピンホール板12により微少面積
を有する光源となり、照明レンズ21を介して透過型の
被検査物Oに入射する。被検物Oを透過した光束は、対
物レンズ22を介して空間フィルター31に入射し、こ
れを透過して結像レンズ32により撮像面33a上に被
検物の微分像を形成する。空間フィルター31は、光源
の像を形成する光束を遮光する遮光領域を有するフィル
タであり、光源の幾何光学的な結像面IMより対物レン
ズ22側に配置されている。FIGS. 1A and 1B are explanatory views of a filtering optical system for showing a basic configuration of the present invention. A light beam from a light source (not shown) becomes a light source having a very small area by the pinhole plate 12, and is incident on a transmission type inspection object O via the illumination lens 21. The light beam transmitted through the test object O enters the spatial filter 31 via the objective lens 22, passes through the spatial filter 31, and forms a differential image of the test object on the imaging surface 33 a by the imaging lens 32. The spatial filter 31 is a filter having a light-blocking region for blocking a light beam forming an image of the light source, and is disposed closer to the objective lens 22 than the geometric optical image plane IM of the light source.
【0014】フーリエ変換レンズを利用した光学系で
は、図1(A)に示されるように、ピンホール板12によ
り形成される光源が照明レンズ21の前側焦点に位置
し、被検物Oは平行光により照明される。また、被検物
Oはフーリエ変換レンズである対物レンズ22の前側焦
点に位置し、さらに対物レンズ22の後側焦点と結像レ
ンズ32の前側焦点とが一致し、結像レンズ32の焦点
に撮像面33aが位置する。In an optical system using a Fourier transform lens, as shown in FIG. 1A, a light source formed by a pinhole plate 12 is located at a front focal point of an illumination lens 21 and an object O is parallel. Illuminated by light. Further, the test object O is located at the front focal point of the objective lens 22 which is a Fourier transform lens, and the rear focal point of the objective lens 22 and the front focal point of the imaging lens 32 coincide with each other. The imaging surface 33a is located.
【0015】この発明では、図示せぬ光源とピンホール
板12とが、図中の矢印で示したように光軸と直交する
面内で移動可能に支持されている。In the present invention, the light source (not shown) and the pinhole plate 12 are movably supported in a plane perpendicular to the optical axis as indicated by the arrow in the figure.
【0016】図1(B)(C)は、被検物Oがプリズム作用
を持つ場合を示している。この場合には、被検物Oを射
出する光束が図中上側に偏向されるため、ピンホール板
12が図1(A)に示したままの状態では、光源の像が図
中上側に移動し、空間フィルター31の遮光領域により
遮ることができない可能性がある。そこで、図1(B)の
例では、光源とピンホール板12とを図中上方向に所定
量移動させる。この移動により被検物Oのプリズム作用
による光源の像位置の移動を相殺することができ、光源
の像を形成する光束はプリズム作用がない場合と同様に
空間フィルター31により遮光される。図1(B)中の光
線を示す実線はピンホールが光軸上にある場合、光線を
示す一点鎖線はピンホール板を図中上側に移動させた場
合を示している。また、図1(C)の例では、ピンホール
板12を移動させる代わりに、空間フィルター31を光
軸に直交する面内で図中上方向に所定量移動させてい
る。これによっても、光源の像の位置を空間フィルター
の遮光領域に一致させることができる。FIGS. 1B and 1C show the case where the test object O has a prism action. In this case, since the light beam emitted from the test object O is deflected upward in the figure, the image of the light source moves upward in the figure while the pinhole plate 12 remains as shown in FIG. However, there is a possibility that the light cannot be blocked by the light blocking area of the spatial filter 31. Therefore, in the example of FIG. 1B, the light source and the pinhole plate 12 are moved upward by a predetermined amount in the figure. This movement can offset the movement of the image position of the light source due to the prism action of the test object O, and the light beam forming the light source image is shielded by the spatial filter 31 as in the case without the prism action. The solid line indicating the light beam in FIG. 1B indicates the case where the pinhole is on the optical axis, and the one-dot chain line indicating the light beam indicates the case where the pinhole plate is moved upward in the figure. In the example of FIG. 1C, instead of moving the pinhole plate 12, the spatial filter 31 is moved upward by a predetermined amount in a plane orthogonal to the optical axis. This also allows the position of the image of the light source to coincide with the light shielding area of the spatial filter.
【0017】なお、この例では、対物レンズ22が有す
る球面収差、そして、軸外光により生じるコマ収差、像
面湾曲による影響を考慮し、光源の像の広がりが近軸像
点における広がりより小さくなる位置に空間フィルター
31が配置されている。これにより、従来より小さい遮
光領域で光源の像を形成する範囲の光線を遮ると共に、
被検物Oからの散乱成分を透過させることができる。具
体的には、対物レンズ22の最終面から空間フィルター
31までの距離Lが、対物レンズ22の焦点距離foに
対して、0.60fo < L < 0.95foの条件を満
たす位置に配置される。この範囲では、光源像の広がり
が近軸像点における広がりより小さくなるため、遮光領
域を従来より小さくすることができる。実際の光学系に
適用する場合には、光線追跡により光源の像の大きさが
最小となる位置を求め、その位置に配置することが望ま
しい。In this example, the spread of the light source image is smaller than the spread at the paraxial image point in consideration of the spherical aberration of the objective lens 22, the coma caused by off-axis light, and the influence of field curvature. A spatial filter 31 is arranged at a position. Thereby, while blocking light rays in a range where an image of the light source is formed in a light-shielding region smaller than the conventional one,
Scattered components from the test object O can be transmitted. Specifically, the distance L from the final surface of the objective lens 22 to the spatial filter 31 is arranged at a position that satisfies the condition of 0.60 fo <L <0.95 fo with respect to the focal length fo of the objective lens 22. . In this range, the spread of the light source image is smaller than the spread at the paraxial image point, so that the light-shielding region can be made smaller than before. When applied to an actual optical system, it is desirable to obtain a position where the size of the image of the light source is minimized by ray tracing, and to arrange the position at that position.
【0018】図2は、この発明を反射型の対象物の読み
取り光学系に適用した実施形態にかかるパターン読み取
り光学系の構成を示す概略図である。ここでは、シリコ
ンウェハーを読み取り対象としている。FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a pattern reading optical system according to an embodiment in which the present invention is applied to a reflection type object reading optical system. Here, a silicon wafer is to be read.
【0019】半導体部品の製造工程では、シリコンウェ
ハー等の半導体基板にエッチングや蒸着等のプロセスを
繰り返すことにより半導体層を積層する。シリコンウェ
ハーには、一般に部品生成プロセスの前段階でシリアル
番号がレーザーエッチングにより付され、以下の工程は
このシリアル番号により管理される。シリコンウェハー
は鏡面加工されており、シリアル番号を読み取る際には
ウェハーを光にかざして斜めから見る等の方法によらな
ければ十分に認識することができず、また、エッチング
や蒸着等のプロセスが進むにしたがって文字品質が劣化
するため、最終プロセスに近いウェハーのシリアル番号
は特に判読が困難になる。In a semiconductor component manufacturing process, a semiconductor layer is laminated on a semiconductor substrate such as a silicon wafer by repeating processes such as etching and vapor deposition. In general, a serial number is given to a silicon wafer by laser etching at a stage prior to the component generation process, and the following steps are managed by the serial number. The silicon wafer is mirror-finished, and when reading the serial number, it cannot be fully recognized unless the wafer is viewed from an angle by holding the wafer over light, and processes such as etching and vapor deposition are not possible. As the character quality deteriorates as the process proceeds, the serial number of the wafer near the final process becomes particularly difficult to read.
【0020】実施形態の光学系は、このようなシリコン
ウェハー上に形成されたシリアル番号等の不鮮明なパタ
ーン、特にエッチングや蒸着等のプロセスを経て劣化し
たパターンを読み取ることができるよう構成されてい
る。The optical system according to the embodiment is configured to be able to read an unclear pattern such as a serial number formed on such a silicon wafer, particularly a pattern deteriorated through processes such as etching and vapor deposition. .
【0021】図中の符号1はシリコンウェハーであり、
その鏡面加工された表面1aには読み取り対象となるパ
ターンとしてシリアル番号がレーザーエッチングにより
刻印されている。装置の光学系は、照明部10、対物レ
ンズ20、検出部30から構成されている。対物レンズ
20は、基準状態でその光軸Axが反射面である表面1
aに対して垂直となるよう配置されており、対物レンズ
20の光軸に対して垂直な回動軸Rxを回動中心として
図中矢印で示したように回動可能とされている。照明部
10と検出部30とは、基準状態での対物レンズ20の
光軸Axを挟んでほぼ対称に配置されている。Reference numeral 1 in the figure denotes a silicon wafer,
A serial number is engraved on the mirror-finished surface 1a by laser etching as a pattern to be read. The optical system of the apparatus includes an illumination unit 10, an objective lens 20, and a detection unit 30. The objective lens 20 has a surface 1 whose optical axis Ax is a reflection surface in a reference state.
It is arranged so as to be perpendicular to “a”, and is rotatable around a rotation axis Rx perpendicular to the optical axis of the objective lens 20 as indicated by an arrow in the figure. The illumination unit 10 and the detection unit 30 are disposed substantially symmetrically with respect to the optical axis Ax of the objective lens 20 in the reference state.
【0022】照明部10は、ハロゲンランプ等を用いた
光源11と、この光源からの光の一部を透過させるピン
ホール12aが形成されたピンホール板12とを備え、
微少面積を有する光源を構成している。光源11とピン
ホール板12との間には、ランプのフィラメントの像の
影響をなくすため、拡散板13が配置されている。検出
部30は、空間フィルター31と、結像レンズ32、そ
して、CCDイメージセンサ等の撮像素子33とから構
成されている。図2の例では、検出部30が表面1aか
らの正反射成分の反射方向の延長上に配置されている。The illumination unit 10 includes a light source 11 using a halogen lamp or the like, and a pinhole plate 12 having a pinhole 12a for transmitting a part of light from the light source.
The light source has a very small area. A diffusion plate 13 is arranged between the light source 11 and the pinhole plate 12 to eliminate the influence of the filament image of the lamp. The detection unit 30 includes a spatial filter 31, an imaging lens 32, and an image sensor 33 such as a CCD image sensor. In the example of FIG. 2, the detection unit 30 is disposed on the extension of the direction of reflection of the specular reflection component from the surface 1a.
【0023】この例では、回動軸Rxは、照明光の主光
線Ax1に対して垂直な平面と、結像レンズ32の光軸
Ax2に対して垂直な平面との交線に対して平行であ
る。対物レンズ20の回動範囲は、基準状態を中心とし
て±45度程度を確保すれば十分である。In this example, the rotation axis Rx is parallel to the intersection of the plane perpendicular to the principal ray Ax1 of the illumination light and the plane perpendicular to the optical axis Ax2 of the imaging lens 32. is there. It is sufficient that the rotation range of the objective lens 20 be about ± 45 degrees around the reference state.
【0024】光源から発して対物レンズ20を介して表
面1aに達した光束は、表面1aで反射されて対物レン
ズ20を再度透過して空間フィルター31に入射する。
この例では、シリコンウェハー1に対して照明光を平行
光として入射させるように、微少面積を有する光源とな
るピンホール12aが対物レンズ20の前側焦点位置に
配置されている。光源から発した光は対物レンズ20を
透過して平行光となり、シリコンウェハー1の表面1a
を斜め方向から照明する。表面1aに達した照明光は、
刻印されたパターン部分では散乱反射され、それ以外の
部分では正反射する。The light beam emitted from the light source and reaching the surface 1a via the objective lens 20 is reflected by the surface 1a, passes through the objective lens 20 again, and enters the spatial filter 31.
In this example, a pinhole 12 a serving as a light source having a small area is arranged at a front focal position of the objective lens 20 so that the illumination light is incident on the silicon wafer 1 as parallel light. The light emitted from the light source passes through the objective lens 20 and becomes parallel light, and the surface 1a of the silicon wafer 1
Is illuminated from an oblique direction. The illumination light reaching the surface 1a is
The light is scattered and reflected at the engraved pattern portion, and specularly reflected at other portions.
【0025】表面1aで反射された光束は、再度対物レ
ンズ20を透過して検出部30側に向かう収束光とな
り、空間フィルター31に達する。空間フィルター31
は、結像レンズ32と対物レンズ20との間の光路中
で、対物レンズ20により形成される光源の像より対物
レンズ20側に配置されている。空間フィルター31
は、図3に示されるように結像レンズ32の瞳の中心部
を覆う遮光領域31bを有する。微少面積を有する光源
である照明部10から発した照明光のうちの表面1aで
正反射した成分は、空間フィルター31上で遮光領域3
1bにほぼ収束して遮られる。The light beam reflected by the surface 1 a passes through the objective lens 20 again, becomes convergent light toward the detection unit 30, and reaches the spatial filter 31. Spatial filter 31
Is located closer to the objective lens 20 than the light source image formed by the objective lens 20 in the optical path between the imaging lens 32 and the objective lens 20. Spatial filter 31
Has a light-shielding region 31b that covers the center of the pupil of the imaging lens 32, as shown in FIG. The component of the illumination light emitted from the illumination unit 10, which is a light source having a very small area, is specularly reflected on the surface 1 a.
1b.
【0026】表面1aからの反射光のうち空間フィルタ
ー31を透過した散乱反射成分は、結像レンズ32に入
射する。結像レンズ32は、シリコンウェハー1の表面
1aと撮像素子33とを共役にするパワーを有してお
り、撮像素子33上には、空間フィルター31を透過し
た散乱反射成分により表面1aに刻印されたパターンの
像が形成される。撮像素子33は、形成されたパターン
の像の情報を電気信号に変換して出力し、図示せぬ画像
処理装置に入力させる。画像処理装置は、入力された画
像信号に基づいてパターンの像をディスプレイ画面上に
表示したり、文字認識のアルゴリズムを用いてパターン
の内容を解析する。The scattered reflection component transmitted through the spatial filter 31 of the light reflected from the surface 1a enters the imaging lens 32. The imaging lens 32 has a power to conjugate the surface 1a of the silicon wafer 1 and the image sensor 33, and is stamped on the surface 1a on the image sensor 33 by a scattered reflection component transmitted through the spatial filter 31. The image of the pattern is formed. The image sensor 33 converts the information of the image of the formed pattern into an electric signal, outputs the electric signal, and inputs the electric signal to an image processing device (not shown). The image processing apparatus displays an image of a pattern on a display screen based on an input image signal, and analyzes the contents of the pattern using a character recognition algorithm.
【0027】なお、光源部10は、光源の像の位置を空
間フィルター31の遮光領域31bに対して調整するた
め、照明光の主光線Ax1と交差する面内、この例では
対物レンズの基準時の光軸Axに対して垂直な面内で光
軸Axに対して離反し、あるいは接近する方向に調整可
能である。The light source unit 10 adjusts the position of the image of the light source with respect to the light shielding area 31b of the spatial filter 31, so that the light source unit 10 is located within a plane intersecting with the principal ray Ax1 of the illumination light, in this example, at the reference time of the objective lens. Can be adjusted in a direction away from or approaching the optical axis Ax in a plane perpendicular to the optical axis Ax.
【0028】さらに、結像レンズ32と撮像素子33と
は、結像倍率を変化させるために結像レンズの光軸Ax
2に沿って移動できるよう構成されている。また、この
結像レンズの移動による倍率変更を可能とするため、対
物レンズと対象面である表面1aとの距離Xが0<X<
0.7foの条件を満たすよう設定されている。すなわ
ち、前述した図1(A)の構成では、X=foであり、破
線で示す被検物の一点から出た光線が平行光となるた
め、結像レンズ32を移動させても倍率を変えることは
できないが、上記の条件を満たすことにより被検物の一
点から出た光線が非平行となり、結像レンズ32を光軸
方向に移動させることにより結像倍率を変化させること
ができるようになる。Further, the imaging lens 32 and the image pickup device 33 are connected to the optical axis Ax of the imaging lens in order to change the imaging magnification.
It is configured to be able to move along 2. Further, in order to enable the magnification change by moving the imaging lens, the distance X between the objective lens and the surface 1a which is the target surface is 0 <X <
It is set to satisfy the condition of 0.7fo. That is, in the configuration of FIG. 1A described above, X = fo, and a light beam emitted from one point of the test object indicated by a broken line becomes parallel light, so that the magnification is changed even when the imaging lens 32 is moved. However, by satisfying the above condition, the light beam emitted from one point of the test object becomes non-parallel, and the imaging magnification can be changed by moving the imaging lens 32 in the optical axis direction. Become.
【0029】図2の例では、前述したように検出部30
が表面1aからの正反射成分の反射方向の延長上に配置
されているため、空間フィルター31が設けられていな
い場合には、正反射成分が結像レンズに入射する。しか
しながら、正反射成分はパターンの情報をほとんど持た
ない成分であり、かつ、強度が大きいため、正反射成分
が撮像素子に取り込まれるとパターンに関する情報のS
/N比が低下してパターンの検出が困難となる。そこ
で、この例では空間フィルター31を用いて正反射成分
を除去し、散乱反射成分のみが撮像素子に取り込まれる
ようにすることにより、パターンに関する情報のS/N
比を向上させ、パターンの認識、識別が容易になるよう
構成している。撮像素子上に形成される強調像は、スペ
クトルの低周波成分が抑えられて主として高周波成分に
より形成される像であり、実際にはパターンの部分が強
調された像となる。In the example of FIG. 2, the detection unit 30
Are arranged on the extension of the reflection direction of the specular reflection component from the surface 1a, and when the spatial filter 31 is not provided, the specular reflection component enters the imaging lens. However, the specular reflection component is a component having little information on the pattern and has a large intensity.
The / N ratio decreases, making it difficult to detect patterns. Therefore, in this example, the specular reflection component is removed by using the spatial filter 31, and only the scattered reflection component is taken into the image pickup device, so that the S / N of the information regarding the pattern is improved.
The ratio is improved so that the pattern can be easily recognized and identified. The emphasized image formed on the image sensor is an image formed mainly by high-frequency components while suppressing low-frequency components of the spectrum, and is actually an image in which a pattern portion is emphasized.
【0030】光源11からの照明光が対物レンズ20の
表面で反射されて発生したゴースト光が結像レンズ32
に入射した場合、撮像素子33上のパターン像の位置と
ゴースト光とが重なると、パターン像のコントラストが
低下して読み取りが困難となる。このような場合には、
対物レンズ20を回動させてゴースト光がパターン像に
重ならないよう調整することにより、コントラストの低
下を防止し、パターンの正確な読み取りが可能となる。The ghost light generated when the illumination light from the light source 11 is reflected on the surface of the objective lens 20 is converted into an image forming lens 32.
When the ghost light overlaps with the position of the pattern image on the image sensor 33, the contrast of the pattern image is reduced and reading becomes difficult. In such a case,
By adjusting the ghost light so that the ghost light does not overlap the pattern image by rotating the objective lens 20, it is possible to prevent a decrease in contrast and to accurately read the pattern.
【0031】表面1aでの散乱反射光の分布に偏りがあ
る場合には、光源の像の形状が変化して空間フィルター
31の遮光領域31bから外れる可能性がある。このよ
うな場合にも、対物レンズ20を回動させることにより
コマ収差をコントロールして光源の像の形状を変化させ
ることができる。また、表面1aが傾きを持つ場合に
は、光源部10の位置を調整して光源の像の位置を調整
することにより、光源の像のできる位置を遮光領域31
bに一致させることができる。If the distribution of the scattered and reflected light on the surface 1a is biased, the shape of the image of the light source may change and deviate from the light shielding area 31b of the spatial filter 31. Even in such a case, the shape of the image of the light source can be changed by controlling the coma aberration by rotating the objective lens 20. When the surface 1a has an inclination, the position of the image of the light source is adjusted by adjusting the position of the light source unit 10 so that the position where the image of the light source can be formed is shielded by the light shielding area 31.
b.
【0032】図4は、図2の光学系を展開して示す光路
図である。ピンホール板12から射出された光束が対物
レンズ20により平行光となり、表面1aで反射(図中
では透過)されて再度対物レンズ20に入射し、収束光
として空間フィルター31を透過し、結像レンズ32を
介して撮像素子33上にパターンの像を形成する。図2
の光学系は、図4の光学系の表面1aを境とする一方側
を折り返すことにより構成されるものである。この例で
は、表面1aは対物レンズ20の焦点位置より対物レン
ズに近接しており、表面1aの一点からの反射光線は、
図1に示すような平行光ではなく発散光として結像レン
ズ32に入射する。FIG. 4 is an optical path diagram showing the optical system of FIG. 2 in an expanded manner. The luminous flux emitted from the pinhole plate 12 becomes parallel light by the objective lens 20, is reflected (transmitted in the figure) by the surface 1a, reenters the objective lens 20, passes through the spatial filter 31 as convergent light, and forms an image. An image of the pattern is formed on the image sensor 33 via the lens 32. FIG.
Is constructed by folding one side of the optical system shown in FIG. In this example, the surface 1a is closer to the objective lens than the focal position of the objective lens 20, and the reflected light from one point of the surface 1a is
The light enters the imaging lens 32 as divergent light instead of parallel light as shown in FIG.
【0033】なお、結像レンズ32の焦点距離は、読み
取り対象であるシリアル番号の文字列の長さと撮像素子
の撮像面のサイズとにより決定される画角と撮影倍率、
全体の大きさ(移動量)等から求められる。一方、対物レ
ンズ20の焦点距離は、結像レンズ32の焦点距離と結
像倍率により決定される表面1aと結像レンズ32との
距離に基づいて決定される。The focal length of the imaging lens 32 is determined by the angle of view and the photographing magnification determined by the length of the character string of the serial number to be read and the size of the imaging surface of the imaging device.
It is obtained from the overall size (movement amount) and the like. On the other hand, the focal length of the objective lens 20 is determined based on the focal length of the imaging lens 32 and the distance between the imaging lens 32 and the surface 1a determined by the imaging magnification.
【0034】図5は、文字列の長さを2cm、撮像素子
の撮像面のサイズを対角1/2インチであると想定した
場合の設計例を示す光学系の説明図である。この例で
は、結像レンズ32の焦点距離は50mm、対物レンズ
20の焦点距離foは220mmである。また、ピンホ
ール12aからシリコンウェハー1の表面1aまでの距
離aは約270mm、対物レンズ20から表面1aまで
の距離bは約50mm、対物レンズ20の最終面から空
間フィルター31までの距離Lは約190mmとなる。
したがってこの例では、対物レンズ20の最も空間フィ
ルター側の面と空間フィルターとの距離Lを定める条件
0.60fo < L < 0.95foは、おおよそ130
mm<L<210mmとなる。また、対物レンズと対象
面である表面1aとの距離Xを定める条件0<X<0.
7fo は、0<X<154mmとなる。FIG. 5 is an explanatory diagram of an optical system showing a design example in a case where the length of a character string is 2 cm and the size of the imaging surface of the imaging device is 1/2 inch diagonally. In this example, the focal length of the imaging lens 32 is 50 mm, and the focal length fo of the objective lens 20 is 220 mm. The distance a from the pinhole 12a to the surface 1a of the silicon wafer 1 is about 270 mm, the distance b from the objective lens 20 to the surface 1a is about 50 mm, and the distance L from the final surface of the objective lens 20 to the spatial filter 31 is about It becomes 190 mm.
Therefore, in this example, the condition 0.60fo <L <0.95fo that determines the distance L between the surface of the objective lens 20 closest to the spatial filter and the spatial filter is approximately 130
mm <L <210 mm. Further, a condition 0 <X <0.0 that defines a distance X between the objective lens and the surface 1a as the target surface.
7fo is 0 <X <154 mm.
【0035】次に、上述した光学系を組み込んだ装置の
具体的な機械的構成について図6、図7を参照して説明
する。なお、説明のため、図中対物レンズの基準状態で
の光軸と平行なx方向、x方向と垂直な面内で互いに直
交するy方向とz方向とを定義する。照明光の主光線A
x1と結像レンズの光軸Ax2とは、x−z平面に含まれ
る。Next, a specific mechanical configuration of a device incorporating the above-described optical system will be described with reference to FIGS. For the sake of explanation, the x direction parallel to the optical axis in the reference state of the objective lens and the y direction and the z direction orthogonal to each other in a plane perpendicular to the x direction are defined in the drawing. Principal ray A of illumination light
x1 and the optical axis Ax2 of the imaging lens are included in the xz plane.
【0036】実施形態のパターン読み取り装置は、検査
対象であるシリコンウェハーが一点鎖線で示した基準位
置Tに載置されるベースフレーム100と、このベース
フレーム100上にベアリング110を介して設けら
れ、ベースフレーム100に対して図中y方向にスライ
ド可能に設けられた可動フレーム200とを備える。The pattern reading apparatus according to the embodiment is provided with a base frame 100 on which a silicon wafer to be inspected is placed at a reference position T indicated by a dashed line, and a bearing 110 on the base frame 100. And a movable frame 200 provided slidably with respect to the base frame 100 in the y direction in the figure.
【0037】可動フレーム200の移動は、図7に示す
ボールネジを用いたフレーム駆動機構210により実現
される。フレーム駆動機構210は、ベースフレーム1
00に固定されたネジ支持部102に回転調整可能に配
置されたボールネジ211と、可動フレーム200の水
平保持板201(y−z平面に平行)に固定された螺合部
材212とから構成されている。ボールネジ211は、
ベース側に形成された検査者が操作する操作つまみ21
1aと、可動フレーム側に突出する部分に形成されたネ
ジ部211bとを備えている。ボールネジ211のネジ
部211bは、螺合部材212に形成されたネジ孔に螺
合しており、ベースフレーム100側の操作つまみ21
1aを持ってボールネジ211を回転させると、可動フ
レーム200が図中y方向にスライドする。The movement of the movable frame 200 is realized by a frame driving mechanism 210 using a ball screw shown in FIG. The frame driving mechanism 210 is a base frame 1
The ball screw 211 is arranged on the screw support portion 102 fixed to 00 so as to be adjustable in rotation, and a screw member 212 fixed to the horizontal holding plate 201 (parallel to the yz plane) of the movable frame 200. I have. The ball screw 211 is
Operation knob 21 formed on the base side and operated by the inspector
1a and a screw portion 211b formed at a portion protruding toward the movable frame. The screw portion 211b of the ball screw 211 is screwed into a screw hole formed in the screwing member 212, and the operation knob 21 on the base frame 100 side.
When the ball screw 211 is rotated while holding 1a, the movable frame 200 slides in the y direction in the figure.
【0038】可動フレーム200の水平保持板201に
は、対物レンズ20を回動可能に保持するティルト機構
220が配置されると共に、この水平支持板201から
鉛直に立ち上げられた支柱202には垂直保持板203
(x−z平面に平行)が固定されている。垂直保持板20
3には、微少面積を持つ光源を構成する光ファイバー1
1d及びピンホール板12と、結像レンズ32が内蔵さ
れた鏡筒32Aと撮像素子33が内部に設けられたCC
Dユニット33Aから構成される撮像ユニット320と
が固定されている。可動フレーム200の水平保持板2
01、ベースフレーム100、ティルト機構220の基
板221には、光源11からのシリコンウェハーに導
き、また、シリコンウェハーからの反射光を撮像ユニッ
ト320に導くための光路孔100a,201a,221
aがそれぞれ一致した位置に形成されている。A tilt mechanism 220 for rotatably holding the objective lens 20 is disposed on a horizontal holding plate 201 of the movable frame 200, and a column 202 vertically raised from the horizontal supporting plate 201 is vertically attached to the column 202. Holding plate 203
(parallel to the xz plane) is fixed. Vertical holding plate 20
3 is an optical fiber 1 constituting a light source having a very small area.
1d, a pinhole plate 12, a lens barrel 32A in which the imaging lens 32 is incorporated, and a CC in which an image sensor 33 is provided.
The imaging unit 320 including the D unit 33A is fixed. Horizontal holding plate 2 of movable frame 200
01, the base frame 100, and the substrate 221 of the tilt mechanism 220, optical path holes 100a, 201a, 221 for guiding the silicon wafer from the light source 11 and guiding the reflected light from the silicon wafer to the imaging unit 320.
a are formed at positions where they coincide with each other.
【0039】ティルト機構220は、支柱202、およ
びこれと平行に水平保持板201に立設された支持部材
204(図6参照)との間に架設された基板221と、こ
の基板221の下方に延設された軸受け部222(図7
参照)とを備えている。対物レンズ20は、z方向の回
動軸223aを持つレンズ枠223に収納されており、
このレンズ枠223は、回動軸223aにより軸受け部
222に回動可能に取り付けられている。レンズ枠22
3の回動軸の両端は、軸受け部222から突出してお
り、フレーム駆動機構210側に突出した端部には従動
プーリー224が固着され、他方側に突出した端部には
エンコーダ用の回転板225が固着されている。The tilt mechanism 220 includes a substrate 221 erected between the column 202 and a support member 204 (see FIG. 6) erected on the horizontal holding plate 201 in parallel with the column 202, and is provided below the substrate 221. The extended bearing portion 222 (FIG. 7)
See). The objective lens 20 is housed in a lens frame 223 having a rotation axis 223a in the z direction.
The lens frame 223 is rotatably attached to the bearing 222 by a rotation shaft 223a. Lens frame 22
Both ends of the rotation shaft 3 project from the bearing 222, and a driven pulley 224 is fixed to an end protruding toward the frame drive mechanism 210, and a rotary plate for an encoder is mounted on an end protruding to the other side. 225 is fixed.
【0040】レンズ支持機構220の基板221上に
は、レンズ駆動用モータ226が取り付けられており、
このモータ226の回転軸に固定された駆動プーリー2
26aと従動プーリー224との間にはタイミングベル
ト227が掛け渡されている。エンコーダは、回動軸に
取り付けられた回転板225と、この回転板225を挟
んで発光素子と受光素子とを配置して構成されるフォト
インタラプタ228とから構成されている。回転板22
5には、周方向の一カ所にスリットが形成されており、
対物レンズ20が初期位置に設定された際に発光素子か
ら発した光束がスリットを介して受光素子により検出さ
れるよう調整されている。対物レンズ20の初期位置
は、この例では対物レンズ20の光軸Axが理想的な対
象面(傾きのない平面)に対して垂直となる位置である。A lens drive motor 226 is mounted on the substrate 221 of the lens support mechanism 220.
The drive pulley 2 fixed to the rotation shaft of the motor 226
A timing belt 227 is stretched between the driven pulley 224 and the driven pulley 224. The encoder includes a rotating plate 225 attached to a rotating shaft, and a photo interrupter 228 having a light emitting element and a light receiving element arranged with the rotating plate 225 interposed therebetween. Rotating plate 22
5, a slit is formed at one location in the circumferential direction,
The light beam emitted from the light emitting element when the objective lens 20 is set at the initial position is adjusted so as to be detected by the light receiving element via the slit. In this example, the initial position of the objective lens 20 is a position at which the optical axis Ax of the objective lens 20 is perpendicular to an ideal target surface (a plane without inclination).
【0041】光源11は、ハロゲンランプ11a、ハロ
ゲンランプ11aから発する収束光の熱線をカットする
赤外線カットフィルター11b、フィルターを透過した
収束光をほぼ平行光にする負レンズ11c、そして、こ
の負レンズを介して光が入射する光ファイバー11dか
ら構成されている。ピンホール板12は、光ファイバー
の射出側の端部を保持する保持部121が一体に形成さ
れたピンホールユニット120として構成され、このユ
ニットにピンホール板12に対して垂直に形成された取
り付け板部122を介して垂直保持板203にボルト1
23,123により取り付けられている。取り付け板部
122に形成された固定用の長孔124,124は、照
明光の主光線Ax1に対して垂直な面内に延びており、
ボルト123を緩めることにより、この面内でユニット
120が一体として撮像ユニット320に接近し、ある
いは離反する方向に移動できるよう構成されている。The light source 11 includes a halogen lamp 11a, an infrared cut filter 11b for cutting a heat ray of the convergent light emitted from the halogen lamp 11a, a negative lens 11c for converting the convergent light transmitted through the filter into substantially parallel light, and a negative lens 11c. It is composed of an optical fiber 11d through which light enters. The pinhole plate 12 is configured as a pinhole unit 120 integrally formed with a holding portion 121 for holding an end of the optical fiber on the emission side, and a mounting plate formed perpendicular to the pinhole plate 12 in this unit. The bolt 1 is attached to the vertical holding plate 203 through the portion 122.
23, 123 attached. The fixing long holes 124, 124 formed in the mounting plate 122 extend in a plane perpendicular to the principal ray Ax1 of the illumination light,
By loosening the bolt 123, the unit 120 can be integrally moved in the plane toward or away from the imaging unit 320 in this plane.
【0042】なお、この例では、ファイバー11dは一
般に市販されている直径5mm程度の光ファイバーであ
り、これを微少面積を有する光源とするためのピンホー
ルを用いているが、ファイバーの直径が1mm〜2mm
であれば、ピンホールは不要である。また、ファイバー
11dの端面から射出する光束の密度に偏りがある場合
には、ファイバー端面とピンホールとの間に拡散板を配
置することが望ましい。In this example, the fiber 11d is a generally commercially available optical fiber having a diameter of about 5 mm, and a pinhole for using this as a light source having a very small area is used. 2mm
If so, no pinhole is required. When the density of the light beam emitted from the end face of the fiber 11d is uneven, it is desirable to dispose a diffusion plate between the fiber end face and the pinhole.
【0043】空間フィルター31は、この例では垂直保
持板203に固定されたフィルターホルダー130を介
して固定して設けられている。なお、対物レンズ20が
実施形態のような球面単レンズである場合、球面収差が
必ず残存する。また、レンズに対して光束が斜めに入射
するため、コマ収差と像面湾曲とも発生する。そしてこ
れらの収差の影響により、光源の像を形成する光線が一
点に集まらずに拡散し、その拡散の度合いは光源の近軸
像点ではかなり大きくなる。したがって、空間フィルタ
ー31がこの近軸像点に配置されている場合には、確実
なフィルタリングのために遮光領域を大きく確保する必
要があり、像の光量が低下する。そこで、実施形態の装
置では、空間フィルター31が近軸像点より対物レンズ
20側であって、対物レンズ20により形成される光源
の像の広がりが最小となる位置に配置されている。In this example, the spatial filter 31 is fixedly provided via a filter holder 130 fixed to the vertical holding plate 203. In the case where the objective lens 20 is a spherical single lens as in the embodiment, spherical aberration always remains. Further, since the light beam is obliquely incident on the lens, both coma and field curvature occur. Under the influence of these aberrations, light rays forming an image of the light source are diffused without converging at one point, and the degree of the diffusion is considerably large at the paraxial image point of the light source. Therefore, when the spatial filter 31 is arranged at this paraxial image point, it is necessary to secure a large light-shielding area for reliable filtering, and the light amount of the image decreases. Therefore, in the apparatus according to the embodiment, the spatial filter 31 is disposed at a position closer to the objective lens 20 than the paraxial image point and at which the spread of the image of the light source formed by the objective lens 20 is minimized.
【0044】撮像ユニット320は、垂直保持板203
に結像レンズ32の光軸Ax2方向に沿って形成された
長孔205を介してボルト321により垂直保持板20
3に取り付けられており、ボルト321を緩めることに
より光軸Ax2方向に沿ってスライド調整可能である。
すなわち、図7に示すように、長孔205は幅広の第1
段部205aが撮像ユニット320側に板厚のほぼ半分
の深さで形成されると共に、この第1段部205aの幅
方向の中央に、第1段部から垂直保持板203を貫通し
て幅狭の第2段部205bが形成されて構成されてい
る。撮像ユニット320には、取り付け用の2つのアー
ム322が形成されており、それぞれのアーム322の
先端に第1段部205aより小径で第2段部より大径の
ワッシャー323を介在させてボルト321が垂直保持
板203の反対側から螺合している。上記の構成によ
り、撮像ユニット320は、一体として結像レンズ32
の光軸Ax2方向に移動可能であり、かつ、結像レンズ
32は図示せぬ鏡筒の調整機構により光軸方向に調整可
能である。上記の2つの調整により、結像倍率を変化さ
せることが可能となる。The imaging unit 320 includes a vertical holding plate 203
The vertical holding plate 20 is bolted by a bolt 321 through an elongated hole 205 formed along the optical axis Ax2 direction of the imaging lens 32.
3, and can be slid along the optical axis Ax2 by loosening the bolt 321.
That is, as shown in FIG.
A step portion 205a is formed on the imaging unit 320 side at a depth of approximately half the plate thickness, and the first step portion 205a has a width extending through the vertical holding plate 203 from the first step portion at the center in the width direction. A narrow second step portion 205b is formed. Two arms 322 for attachment are formed in the imaging unit 320, and a bolt 321 is provided at the tip of each arm 322 with a washer 323 smaller in diameter than the first step 205 a and larger in diameter than the second step. Are screwed from the opposite side of the vertical holding plate 203. With the above configuration, the imaging unit 320 is integrally formed with the imaging lens 32.
Can be moved in the direction of the optical axis Ax2, and the imaging lens 32 can be adjusted in the direction of the optical axis by a lens barrel adjustment mechanism (not shown). By the above two adjustments, the imaging magnification can be changed.
【0045】実施形態の装置では、結像レンズ20の焦
点より手前にシリコンウェハーが位置するよう位置Tが
定められており、シリコンウェハーの表面の一点からの
反射光線は、発散光として結像レンズ32に入射する。
このため、実施形態の構成によれば結像レンズ32を光
軸方向に移動させることにより、結像倍率を変化させる
ことができる。なお、倍率を変化させるために結像レン
ズを移動させると、撮像素子33に対するパターンの合
焦状態も変化することとなる。In the apparatus according to the embodiment, the position T is determined so that the silicon wafer is located before the focal point of the imaging lens 20. The reflected light from one point on the surface of the silicon wafer is converted into divergent light by the imaging lens. At 32.
For this reason, according to the configuration of the embodiment, the imaging magnification can be changed by moving the imaging lens 32 in the optical axis direction. When the imaging lens is moved to change the magnification, the focus state of the pattern on the image sensor 33 also changes.
【0046】そこで、パターンの合焦状態を維持しつつ
倍率を変化させるため、結像レンズ32と撮像素子33
とが図8に示す軌跡に沿って移動するようそれぞれの位
置を調整する。図8は、図中の上方向から下方向に向け
て倍率が漸次高くなる位置を示し、物体面であるシリコ
ンウェハーの表面を不動として、結像レンズ32と撮像
素子33とが設定されるべき位置を示している。すなわ
ち、任意の水平方向の直線が各軌跡線と交差する位置に
結像レンズ32と撮像素子33とがそれぞれ位置すると
きに、その倍率でピントの合うパターン像が撮像素子3
3上に形成されることを意味している。Therefore, in order to change the magnification while maintaining the focused state of the pattern, the imaging lens 32 and the image pickup device 33
Are moved along the locus shown in FIG. FIG. 8 shows a position where the magnification gradually increases from the upper side to the lower side in the figure. The imaging lens 32 and the image sensor 33 should be set with the surface of the silicon wafer as the object plane immobile. Indicates the position. That is, when the imaging lens 32 and the imaging device 33 are respectively located at positions where an arbitrary horizontal straight line intersects with each locus line, a pattern image focused at that magnification is formed by the imaging device 3.
3 means that it is formed on
【0047】パターンを読み取る際には、シリコンウェ
ハーを図6及び図7の一点鎖線で示した基準位置Tに配
置し、ハロゲンランプ11aを点灯させて撮像素子33
を駆動して画像信号を読み取る。光ファイバー11dの
射出側の端面から射出した光は、ピンホール板12の中
央に形成されたピンホール12aを通って照明光として
対物レンズ20に斜めに入射し、対物レンズを透過して
対象面であるシリコンウェハーに達する。シリコンウェ
ハーには、文字、記号等のパターンが形成されている
が、装置にセットする際には、パターン配列の長手方向
がy方向に一致するように位置決めする。When reading the pattern, the silicon wafer is placed at the reference position T shown by the alternate long and short dash line in FIGS.
To read an image signal. Light emitted from the end face on the emission side of the optical fiber 11d passes through a pinhole 12a formed in the center of the pinhole plate 12, enters the objective lens 20 obliquely as illumination light, passes through the objective lens, and passes through the objective lens at the target surface. Reach a certain silicon wafer. Patterns such as characters and symbols are formed on the silicon wafer. When setting the pattern on the apparatus, positioning is performed so that the longitudinal direction of the pattern arrangement coincides with the y direction.
【0048】シリコンウェハーの表面で反射された光束
は、再度対物レンズ20を透過して撮像ユニット320
側に向かう。空間フィルター31の位置で光束中の軸上
領域を通る光線は空間フィルター31の遮光部31bに
より遮断され、周囲の部分のみが撮像ユニット320に
入射する。撮像ユニット320の撮像素子33上には、
軸外光によりパターンの強調像が形成される。対物レン
ズ20の表面反射によるゴースト光がパターン像に重な
る場合には、レンズ駆動モータ226を制御して対物レ
ンズ20の傾きを変化させる。The light beam reflected on the surface of the silicon wafer passes through the objective lens 20 again and passes through the imaging unit 320.
Head to the side. Light rays passing through the on-axis region in the light beam at the position of the spatial filter 31 are blocked by the light shielding portion 31 b of the spatial filter 31, and only the surrounding portion enters the imaging unit 320. On the imaging device 33 of the imaging unit 320,
An off-axis light forms an enhanced image of the pattern. When the ghost light due to the surface reflection of the objective lens 20 overlaps the pattern image, the lens drive motor 226 is controlled to change the inclination of the objective lens 20.
【0049】また、シリコンウェハーの表面に傾きがあ
る場合には、傾きがない場合と比較して反射の方向が変
化するため、光源の像が空間フィルター31の遮光領域
31bに一致しない可能性がある。このような場合に
は、シリコンウェハーの表面からの鏡面反射成分が撮像
素子33に達するため、正確な強調像を形成できず、パ
ターンの読み取りが困難になる可能性がある。このよう
な場合には、ピンホールユニット120を調整すること
により誤差による影響を補償することができる。すなわ
ち、この例では、ピンホールユニット120が照明光の
主光線Ax1と垂直な面内で撮像ユニット320に対し
て離反、接近可能であるため、このピンホールユニット
120の位置を適宜調整することにより、光源の位置を
調整し、遮光領域31b上に光源の像ができるようにす
ることができる。When the surface of the silicon wafer is inclined, the direction of reflection changes as compared with the case where the surface is not inclined, so that the image of the light source may not coincide with the light shielding area 31 b of the spatial filter 31. is there. In such a case, since the specular reflection component from the surface of the silicon wafer reaches the image sensor 33, an accurate emphasized image cannot be formed, and it may be difficult to read the pattern. In such a case, the influence of the error can be compensated by adjusting the pinhole unit 120. That is, in this example, since the pinhole unit 120 can move away from and approach the imaging unit 320 in a plane perpendicular to the principal ray Ax1 of the illumination light, the position of the pinhole unit 120 is appropriately adjusted. By adjusting the position of the light source, an image of the light source can be formed on the light shielding area 31b.
【0050】なお、光源の像の位置を調整するために
は、シリコンウェハー自体の傾きを調整するようにして
もよいが、逐次交換されて検査される対象物側に傾き機
構を設けるのは機構の複雑化を招くこと、そして、反射
面の傾きを調整することによる光束の反射方向の制御は
調整の感度が高すぎて微少な調整が困難であることの理
由から、実施形態の装置ではピンホールユニット120
を調整する構成を採用している。In order to adjust the position of the image of the light source, the tilt of the silicon wafer itself may be adjusted. However, the tilt mechanism is provided on the side of the object to be inspected after being replaced one after another. In the apparatus of the embodiment, the control of the direction of reflection of the light beam by adjusting the inclination of the reflection surface is difficult because the sensitivity of the adjustment is too high and the fine adjustment is difficult. Hall unit 120
Is adjusted.
【0051】図9は、ピンホールユニットを調整するた
めの他の構成例を示す説明図である。この例では、z方
向に延びるガイド溝125aが形成されたレール部材1
25が可動フレーム(図示せず)に固定されており、ピン
ホール板12とファイバー11dの射出側の端部とが固
定されたピンホールユニット120aが、このガイド溝
125aに沿ってz方向に移動できるよう取り付けられ
ている。ピンホールユニットは、図6の例のように照明
光の主光線Ax1に対して垂直な面内で移動できるよう
にしてもよいし、この例のように対物レンズ20の光軸
Axに対して垂直な面内で移動できるようにしてもよ
い。FIG. 9 is an explanatory view showing another example of the structure for adjusting the pinhole unit. In this example, the rail member 1 in which the guide groove 125a extending in the z direction is formed.
25 is fixed to a movable frame (not shown), and the pinhole unit 120a to which the pinhole plate 12 and the end of the fiber 11d on the emission side are fixed moves in the z direction along the guide groove 125a. It is attached so that it can be done. The pinhole unit may be movable in a plane perpendicular to the principal ray Ax1 of the illumination light as in the example of FIG. 6, or may be moved with respect to the optical axis Ax of the objective lens 20 as in this example. It may be possible to move in a vertical plane.
【0052】光源の調整は、光源の像と空間フィルター
31の遮光領域31bとの相互の位置関係の調整を目的
とするため、光源側のみでなく、空間フィルター31の
位置を調整するようにしてもよい。空間フィルター31
の位置を調整可能とするための機構の一例を図10およ
び図11に示す。図10(A)は可動枠の平面図、(B)は
そのB−B線に沿う断面図であり、図11は可動枠を固
定レールに組み付けた様子を示す平面図である。図示さ
れるように、所定の距離をおいて開口を互いに内側に向
けて平行に配置された断面「コ」字状の2本のレール部
材131a,131bと、これらのレール部材の間に両
端近くで渡された2本の梁部材132a,132bとか
ら矩形の可動枠を形成し、空間フィルター31をレール
部材131a,131bのコ字状の開口に挿入してし抑
えネジ133で固定する。可動枠には、四方の端部にガ
イドピン134が設けられており、これらのガイドピン
134をそれぞれガイド溝136a,136bが形成さ
れた2本の固定レール135a,135bに係合させて
取り付ける。The purpose of adjusting the light source is to adjust the mutual positional relationship between the image of the light source and the light shielding area 31b of the spatial filter 31, so that the position of the spatial filter 31 is adjusted not only on the light source side. Is also good. Spatial filter 31
FIGS. 10 and 11 show an example of a mechanism for enabling the position to be adjusted. 10A is a plan view of the movable frame, FIG. 10B is a cross-sectional view along the line BB, and FIG. 11 is a plan view showing a state where the movable frame is assembled to a fixed rail. As shown in the figure, two rail members 131a and 131b having a “U” -shaped cross section are arranged in parallel with their openings facing each other at a predetermined distance, and near both ends between these rail members. A rectangular movable frame is formed from the two beam members 132a, 132b passed by the above, and the spatial filter 31 is inserted into the U-shaped opening of the rail members 131a, 131b and fixed with the holding screw 133. Guide pins 134 are provided on four ends of the movable frame, and these guide pins 134 are engaged with and fixed to two fixed rails 135a and 135b having guide grooves 136a and 136b, respectively.
【0053】図10の構成によれば、可動枠にはめ込ま
れた空間フィルター31は可動枠に対して図中のY方向
に移動可能であり、この可動枠はさらに固定レールに取
り付けられてZ方向に移動可能である。したがって、こ
れらの機能をあわせることにより、空間フィルターはY
−Z平面内で位置調整が可能となる。この調整により、
空間フィルター31の遮光領域31bの位置を調整し、
遮光領域31b上に光源の像ができるようにすることが
できる。According to the configuration shown in FIG. 10, the spatial filter 31 fitted in the movable frame can be moved in the Y direction in the figure with respect to the movable frame, and this movable frame is further attached to a fixed rail to be moved in the Z direction. Can be moved to Therefore, by combining these functions, the spatial filter becomes Y
The position can be adjusted in the -Z plane. With this adjustment,
By adjusting the position of the light shielding area 31b of the spatial filter 31,
An image of the light source can be formed on the light shielding area 31b.
【0054】[0054]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、光源の位置、あるいは空間フィルターの位置を調整
することにより、対象物がプリズム作用を持つ場合、あ
るいは反射型の対象物の反射面が傾いている場合にも光
源の像を空間フィルターの遮光領域に一致させることが
できる。As described above, according to the present invention, by adjusting the position of the light source or the position of the spatial filter, when the object has a prismatic function, or the reflection surface of a reflective object, Can be made to coincide with the light shielding area of the spatial filter even when the image is inclined.
【図1】 この発明の基本構成を示す光学系の説明図で
ある。FIG. 1 is an explanatory diagram of an optical system showing a basic configuration of the present invention.
【図2】 実施形態にかかるパターン読み取り装置の光
学系を概念的に示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view conceptually showing an optical system of the pattern reading apparatus according to the embodiment.
【図3】 空間フィルターの例を示す平面図である。FIG. 3 is a plan view showing an example of a spatial filter.
【図4】 図2の光学系を反射面で展開して示す光路図
である。FIG. 4 is an optical path diagram showing the optical system of FIG. 2 developed on a reflection surface.
【図5】 実施形態の光学系の設計例を示す説明図であ
る。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a design example of the optical system according to the embodiment.
【図6】 図5の光学系を適用したパターン読み取り装
置の具体的な機械系の構成を示す正面図である。FIG. 6 is a front view showing a specific mechanical system configuration of the pattern reading apparatus to which the optical system of FIG. 5 is applied.
【図7】 図6の装置を90度異なる方向から見た側面
図である。FIG. 7 is a side view of the device of FIG. 6 viewed from a direction different by 90 degrees.
【図8】 倍率を調整するための結像レンズと撮像素子
との移動軌跡を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing the movement trajectory of the imaging lens for adjusting the magnification and the image sensor.
【図9】 ピンホールユニットを調整するための他の構
成例を示す説明図であるFIG. 9 is an explanatory diagram showing another configuration example for adjusting the pinhole unit.
【図10】 空間フィルターの取り付け部分の他の構成
例を示す説明図であり、(A)は可動枠の平面図、(B)は
そのB−B線に沿う断面図である。FIGS. 10A and 10B are explanatory views showing another configuration example of a mounting portion of a spatial filter, wherein FIG. 10A is a plan view of a movable frame, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line BB.
【図11】 図10の空間フィルターの取り付け部分の
全体を示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing the entire mounting portion of the spatial filter of FIG. 10;
11 光源 12 ピンホール板 12a ピンホール 20 対物レンズ 31 空間フィルター 32 結像レンズ 33 撮像素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Light source 12 Pinhole plate 12a Pinhole 20 Objective lens 31 Spatial filter 32 Imaging lens 33 Image sensor
Claims (15)
を読み取り対象であるパターンが付された対象面に入射
させ、前記パターンの情報を持つ光束を対物レンズによ
り収束させて結像レンズに入射させ、該結像レンズによ
り前記パターンの像を形成して読み取るパターン読み取
り装置において、 前記光源の位置を、前記照明光の主光線と交差する面内
で調整する調整機構が設けられていることを特徴とする
パターン読み取り装置。1. An illumination light emitted from a light source having a very small area is made incident on a target surface provided with a pattern to be read, and a light beam having information on the pattern is converged by an objective lens and made incident on an imaging lens. A pattern reading device that forms and reads the image of the pattern with the imaging lens, wherein an adjustment mechanism that adjusts the position of the light source in a plane that intersects with the principal ray of the illumination light is provided. Characteristic pattern reading device.
過させるピンホールを備えており、前記調整機構は、前
記光源とピンホールとを共に移動させることを特徴とす
る請求項1に記載のパターン読み取り装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein the light source includes a pinhole for transmitting a part of light from the light source, and the adjusting mechanism moves the light source and the pinhole together. The pattern reading device according to item 1.
光をピンホールまで導く光ファイバーとを備え、前記調
整機構は、前記光ファイバーの射出側の端部と前記ピン
ホールとを共に移動させることを特徴とする請求項2に
記載のパターン読み取り装置。3. The light source includes a lamp and an optical fiber for guiding light from the lamp to a pinhole, and the adjusting mechanism moves the end of the optical fiber on the emission side and the pinhole together. The pattern reading device according to claim 2, wherein:
の主光線とほぼ垂直な面内で移動させることを特徴とす
る請求項1に記載のパターン読み取り装置。4. The pattern reading apparatus according to claim 1, wherein the adjustment mechanism moves the light source in a plane substantially perpendicular to a principal ray of the illumination light.
ら発して前記対物レンズを介して前記対象面に達した光
束を、前記対象面で反射させて前記対物レンズを再度透
過させて前記結像レンズに入射させるよう配置されてい
ることを特徴とする請求項1に記載のパターン読み取り
装置。5. The object surface is a reflection surface, and a light beam emitted from the light source and reaching the object surface via the objective lens is reflected by the object surface and transmitted again through the object lens, and The pattern reading device according to claim 1, wherein the pattern reading device is arranged so as to be incident on an imaging lens.
レンズの光軸を挟んで互いに反対側に配置されており、
前記光源は、前記照明光を前記対象面に対して斜めに入
射させる位置に設けられていることを特徴とする請求項
5に記載のパターン読み取り装置。6. The light source and the imaging lens are disposed on opposite sides of the optical axis of the objective lens,
The pattern reading device according to claim 5, wherein the light source is provided at a position where the illumination light is obliquely incident on the target surface.
ンズの光軸とほぼ垂直な面内で移動させることを特徴と
する請求項1に記載のパターン読み取り装置。7. The pattern reading apparatus according to claim 1, wherein the adjusting mechanism moves the light source in a plane substantially perpendicular to an optical axis of the objective lens.
前記パターンを読み取る撮像素子を備えることを特徴と
する請求項1〜7のいずれかに記載のパターン読み取り
装置。8. An image forming apparatus, comprising:
The pattern reading device according to claim 1, further comprising an image sensor that reads the pattern.
を読み取り対象であるパターンが付された対象面に入射
させ、前記パターンの情報を持つ光束を対物レンズによ
り収束させ、該対物レンズを透過した光束を空間フィル
ターを介して結像レンズに入射させ、該結像レンズによ
り前記パターンの像を形成して読み取るパターン読み取
り光学系において、 前記空間フィルターは、軸上光を遮光する遮光領域を有
するフィルタであり、前記対物レンズにより形成される
前記光源の像の位置と前記空間フィルターの遮光領域と
の相対的な位置関係を前記結像レンズの光軸に交差する
面内で調整する調整機構を備えることを特徴とするパタ
ーン読み取り装置。9. Illumination light emitted from a light source having a very small area is made incident on a target surface provided with a pattern to be read, a light beam having information on the pattern is converged by an objective lens, and transmitted through the objective lens. In the pattern reading optical system that forms the image of the pattern by the imaging lens and reads the light beam through a spatial filter through a spatial filter, wherein the spatial filter has a light-blocking region that blocks on-axis light. An adjusting mechanism that adjusts a relative positional relationship between a position of an image of the light source formed by the objective lens and a light shielding area of the spatial filter in a plane that intersects an optical axis of the imaging lens. A pattern reading device, comprising:
動させることを特徴とする請求項9に記載のパターン読
み取り装置。10. The pattern reading apparatus according to claim 9, wherein said adjusting means moves a position of said light source.
透過させるピンホールを備えており、前記光源調整機構
は、前記光源とピンホールとを共に移動させることを特
徴とする請求項10に記載のパターン読み取り装置。11. The light source includes a pinhole for transmitting a part of light from the light source, and the light source adjusting mechanism moves the light source and the pinhole together. The pattern reading device according to claim 10.
の遮光部分を移動させることを特徴とする請求項9に記
載のパターン読み取り装置。12. The pattern reading apparatus according to claim 9, wherein said adjusting means moves a light shielding portion of said spatial filter.
から発して前記対物レンズを介して前記対象面に達した
光束を、前記対象面で反射させて前記対物レンズを再度
透過させて前記結像レンズに入射させるよう配置されて
いることを特徴とする請求項9に記載のパターン読み取
り装置。13. The object surface is a reflection surface, and a light beam emitted from the light source and reaching the object surface via the objective lens is reflected by the object surface and transmitted again through the object lens, and The pattern reading device according to claim 9, wherein the pattern reading device is arranged to be incident on the imaging lens.
物レンズの光軸を挟んで互いに異なる側に配置されてお
り、前記光源は、前記照明光を前記対象面に対して斜め
に入射させる位置に設けられていることを特徴とする請
求項13に記載のパターン読み取り装置。14. The light source and the imaging lens are arranged on different sides with respect to an optical axis of the objective lens, and the light source makes the illumination light obliquely enter the object plane. The pattern reading device according to claim 13, wherein the pattern reading device is provided at a position.
ズを介して形成される前記光源の近軸像点より前記対物
レンズ側に配置されていることを特徴とする請求項9に
記載のパターン読み取り装置。15. The pattern reading apparatus according to claim 9, wherein the spatial filter is arranged on the side of the objective lens from a paraxial image point of the light source formed via the objective lens. .
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Cited By (1)
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JP2015007725A (en) * | 2013-06-26 | 2015-01-15 | 株式会社フォトニックラティス | Optical imaging device |
-
1996
- 1996-12-06 JP JP34277896A patent/JPH10170831A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
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