JPH10253887A - Pattern reading optical system - Google Patents
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- JPH10253887A JPH10253887A JP34277596A JP34277596A JPH10253887A JP H10253887 A JPH10253887 A JP H10253887A JP 34277596 A JP34277596 A JP 34277596A JP 34277596 A JP34277596 A JP 34277596A JP H10253887 A JPH10253887 A JP H10253887A
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Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】球面収差やコマ収差、像面湾曲により像面上で
の点光源の像が拡がった場合にも、像の光量をできるだ
け低下させずにフィルタリングをすることができるパタ
ーン読み取り光学系を提供する。
【解決手段】照明部10から発した光は対物レンズ20
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を斜め方向から照らし表面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に入射し、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強調像が形成され
る。
(57) [Abstract] (with correction) [Problem] Even when an image of a point light source on an image plane is widened due to spherical aberration, coma aberration, and field curvature, filtering is performed without reducing the light amount of the image as much as possible. The present invention provides a pattern reading optical system capable of performing the following. A light emitted from an illumination unit is an objective lens.
Is transmitted, and becomes parallel light. The light beam which illuminates the surface 1a of the silicon wafer 1 from an oblique direction and is reflected by the surface 1a again becomes convergent light which passes through the objective lens 20 and travels to the detection unit 30 side, and becomes a spatial filter 31. Reach
Of the light reflected from the surface 1a, the scattered reflection component transmitted through the spatial filter 31 is incident on the imaging lens 32, and the imaging lens 32 has a power to conjugate the surface 1a of the silicon wafer 1 and the imaging device 33. Image pickup device 33
On the upper side, an enhanced image of the pattern imprinted on the surface 1a is formed by the scattered reflection component transmitted through the spatial filter 31.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、読み取り対象物
に形成されたパターンの像を所定のフィルタリング処理
をして読み取るパターン読み取り光学系に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a pattern reading optical system for reading an image of a pattern formed on an object to be read by performing a predetermined filtering process.
【0002】[0002]
【従来の技術】フーリエ変換レンズを利用したフィルタ
リング光学系は、フーリエ変換レンズである対物レンズ
の前側焦点に配置された物体に点光源からの光を平面波
に変換して照明し、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。
例えば、対象面に形成されたパターンの強調像を出力し
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。2. Description of the Related Art A filtering optical system using a Fourier transform lens illuminates an object disposed at a front focal point of an objective lens, which is a Fourier transform lens, by converting light from a point light source into a plane wave and illuminating the object. The light is transmitted through the objective lens through a spatial filter located at the 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.
For example, when it is desired to output an enhanced image of a pattern formed on a target surface, a high-pass filter that blocks an on-axis light beam corresponding to an image of a point light source is used as a spatial filter.
【0003】[0003]
【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では、対物レンズが例え
ば球面単レンズのような球面収差のあるレンズである場
合、あるいは光束が対物レンズに対して斜めに入射する
ためにコマ収差や像面湾曲が発生した場合には、点光源
の像を形成する光線が一点に集まらずに拡散するため、
確実なフィルタリングのためには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という問題があ
る。However, in the above-mentioned conventional filtering optical system, when the objective lens is a lens having a spherical aberration such as a single spherical lens, or a light beam is obliquely incident on the objective lens. When coma aberration and field curvature occur, the light rays forming the image of the point light source are diffused without converging at one point.
For reliable filtering, it is necessary to secure a large light-shielding region, and there is a problem that the light amount of an image is reduced.
【0004】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、球面収差やコマ収差、像面
湾曲により像面上での点光源の像が拡がった場合にも、
像の光量をできるだけ低下させずにフィルタリングをす
ることができるパターン読み取り光学系を提供すること
を目的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art. Even when an image of a point light source on an image plane is expanded on the image plane due to spherical aberration, coma aberration, and field curvature, the present invention has been made.
An object of the present invention is to provide a pattern reading optical system capable of performing filtering without reducing the light amount of an image as much as possible.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】この発明にかかるパター
ン読み取り光学系は、上記の目的を達成させるため、読
み取り対象であるパターンが付された対象面に照明光を
入射させる微少面積の光源と、パターンの情報を持つ光
束を収束させる対物レンズと、対物レンズにより形成さ
れる光源の像の広がりが近軸像点における像の広がりよ
り小さくなる位置に配置され、対物レンズを透過した光
束中の光源の像を形成する光束を遮光する遮光領域を有
する空間フィルターと、空間フィルターを透過した光束
によりパターンの像を形成する結像レンズとを備えるこ
とを特徴とする。In order to achieve the above object, a pattern reading optical system according to the present invention comprises: a light source having a small area for causing illumination light to enter a target surface on which a pattern to be read is provided; An objective lens for converging a light beam having pattern information, and a light source in the light beam transmitted through the objective lens, which is disposed at a position where the image spread of the light source formed by the objective lens is smaller than the image spread at the paraxial image point A spatial filter having a light-blocking region for blocking the light beam that forms the image, and an imaging lens that forms a pattern image by the light beam transmitted through the spatial filter.
【0006】空間フィルターの遮光領域は、対象面から
の非散乱成分を遮ると共に、対象面からの散乱成分を透
過させるよう形成されることが望ましい。また、対物レ
ンズの最も空間フィルター側の面から空間フィルターま
での距離Lは、対物レンズの焦点距離foに対して、
0.60fo < L < 0.95foの条件を満たすこと
が望ましく、最も好ましくは、対物レンズにより形成さ
れる光源の像の広がりが最も小さくなる位置に配置すれ
ばよい。The light-shielding region of the spatial filter is desirably formed so as to block non-scattered components from the target surface and transmit scattered components from the target surface. Further, the distance L from the surface of the objective lens closest to the spatial filter to the spatial filter is equal to the focal length fo of the objective lens.
It is desirable to satisfy the condition of 0.60fo <L <0.95fo, and most preferably, it should be arranged at a position where the spread of the image of the light source formed by the objective lens is minimized.
【0007】対象面が反射面である場合には、対物レン
ズを介して照明光を対象面に入射させることができる。
この場合、光源から発して対物レンズを介して対象面に
達した光束を、対象面で反射させて対物レンズを再度透
過させて空間フィルターに入射させる。また、この場
合、対物レンズを、その光軸が反射面と垂直になるよう
配置し、微少面積の光源と結像レンズとを光軸を挟んで
互いに反対側に配置することができる。When the target surface is a reflection surface, illumination light can be made incident on the target surface via the objective lens.
In this case, the light beam emitted from the light source and reaching the target surface via the objective lens is reflected on the target surface, transmitted again through the objective lens, and made incident on the spatial filter. In this case, the objective lens can be arranged so that its optical axis is perpendicular to the reflection surface, and the light source having a small area and the imaging lens can be arranged on opposite sides of the optical axis.
【0008】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、パターンの結像位置
に、パターンの像を読み取る撮像素子を配置すればよ
い。また、この場合、対象面の一点から発して対物レン
ズを射出した光が非平行光となるよう対物レンズの位置
を定め、かつ、結像レンズと撮像素子とを結像レンズの
光軸方向に沿って移動調整可能とすれば、結像倍率を変
化させることができる。In order to process the read image and display it on another display device, an image sensor for reading the image of the pattern may be arranged at the image forming position of the pattern. In this case, the position of the objective lens is determined so that light emitted from one point on the target surface and emitted from the objective lens becomes non-parallel light, and the imaging lens and the image sensor are moved in the optical axis direction of the imaging lens. If the movement can be adjusted along, the imaging magnification can be changed.
【0009】[0009]
【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6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例
を2例説明し、最後に図7に基づいて第1の実施形態の
光学系の収差による微少面積の光源の像の広がりについ
て実際の計算結果を示す。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 then, an example in which the pattern reading optical system of the present invention is applied to a device for reading a reflection type object will be described with reference to FIGS. Two examples will be described, and finally, based on FIG. 7, actual calculation results regarding the spread of the image of the light source having a small area due to the aberration of the optical system of the first embodiment will be shown.
【0010】図1(A),(B),(C)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
面積の光源となり、照明レンズ(第1のレンズ手段)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(第2のレンズ手段)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上に被検物の強調像を形
成する。空間フィルター31は、被検物Oにより散乱さ
れずに入射した微少面積の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、光源の近軸像
面IMより対物レンズ22側に配置されている。FIGS. 1A, 1B and 1C 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 the illumination lens (first lens means) 21
And enters the transmissive inspection object O through. The light beam transmitted through the test object O enters the spatial filter 31 via the objective lens (second lens means) 22, passes through the spatial filter 31, and is emphasized by the imaging lens 32 on the imaging surface 33 a. Form an image. The spatial filter 31 is a filter having a light-shielding region that shields a light beam that forms an image of a light source having a very small area that is incident without being scattered by the test object O, and is located closer to the objective lens 22 than the paraxial image plane IM of the light source. Are located.
【0011】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
り形成される微少面積の光源が照明レンズ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2
2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。従来の光学系で
は、空間フィルター31が微少面積の光源の近軸像点I
M、すなわちこの例では対物レンズ22の後側焦点に一
致して設けられている。In an optical system using a Fourier transform lens, as shown in FIG. 1A, a light source having a small area formed by a pinhole plate 12 is positioned at a front focal point of an illumination lens 21, and O is illuminated by parallel light. The object O is an objective lens 2 which is a Fourier transform lens.
2, the rear focal point of the objective lens 22 and the front focal point of the imaging lens 32 coincide with each other, and the imaging surface 33a is located at the focal point of the imaging lens 32. In the conventional optical system, the spatial filter 31 has a paraxial image point I of a light source having a small area.
M, that is, in this example, provided so as to coincide with the rear focal point of the objective lens 22.
【0012】この発明では、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、微少面積の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を配置している。これにより、従来より小さ
い遮光領域で微少面積の光源と共役な範囲の光線を遮る
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。な
お、実際の光学系に適用する場合には、光線追跡により
微少面積の光源の像の大きさが最小となる位置を求め、
空間フィルターをその像の形状に合わせてその位置に配
置することが望ましい。In the present invention, considering the spherical aberration of the objective lens 22, the coma caused by off-axis light, and the influence of the field curvature, the spread of the image of the light source having a small area is larger than the spread at the paraxial image point. The spatial filter 31 is arranged at a position where the spatial filter 31 becomes smaller. Accordingly, it is possible to block light rays in a range conjugate with the light source having a small area in a light-shielding region smaller than in the related art, and transmit a scattered component from the test object O. 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, a position where the size of the image of the light source with a small area is minimized by ray tracing,
It is desirable to place a spatial filter at that position according to the shape of the image.
【0013】図1(B)は、結像倍率を調整可能とするた
めの(A)の光学系の変形例である。図1(A)の構成で
は、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。そこで、図1(B)の光学系では、対物レ
ンズ22を被検物Oに近づけることにより、被検物Oの
一点から発して対物レンズ22を射出した光が非平行光
となるよう配置している。これにより、結像レンズ32
と撮像面33aとを光軸方向に移動させて結像倍率を変
化させることができるようになる。なお、対物レンズ2
2を被検物Oに近接させることにより、微少面積の光源
の像の形成位置IMも被検物に近づくため、空間フィル
ター31も(A)の光学系より被検物Oに近づけることが
できる。これにより、結像レンズ32の可動範囲が広く
なり、倍率調整の幅を拡げるのに有利となる。FIG. 1B is a modification of the optical system of FIG. 1A for adjusting the imaging magnification. In the configuration shown in FIG. 1A, since the light beam emitted from one point of the test object indicated by the broken line becomes parallel light, the magnification cannot be changed even if the imaging lens 32 is moved. Therefore, in the optical system of FIG. 1B, the object lens 22 is arranged so that the light emitted from one point of the object O and emitted from the object lens 22 becomes non-parallel light by bringing the object lens 22 closer to the object O. ing. Thereby, the imaging lens 32
And the imaging surface 33a in the optical axis direction to change the imaging magnification. The objective lens 2
By bringing 2 closer to the test object O, the image formation position IM of the light source having a very small area also approaches the test object, so that the spatial filter 31 can also be closer to the test object O than the optical system of FIG. . Thereby, the movable range of the imaging lens 32 is widened, which is advantageous for expanding the range of magnification adjustment.
【0014】図1(C)は、結像倍率を(B)の光学系より
さらに上げることができるように微少面積の光源の位置
を照明レンズ21の前側焦点より照明レンズ21から離
して配置している。このように配置すると、照明レンズ
21を射出する照明光が収束光となり、したがって、対
物レンズ22を介して形成される微少面積の光源の位置
をさらに被検物Oに近づけることができる。これによ
り、空間フィルター31が(B)の光学系よりさらに被検
物Oに近くなり、結像レンズ32の可動範囲がさらに拡
げられる。したがって、倍率調整の幅をさらに拡げるこ
とができる。FIG. 1C shows a light source having a very small area arranged at a distance from the illumination lens 21 with respect to the front focal point of the illumination lens 21 so that the imaging magnification can be further increased as compared with the optical system shown in FIG. ing. With this arrangement, the illuminating light emitted from the illuminating lens 21 becomes convergent light, and therefore, the position of the light source having a small area formed via the objective lens 22 can be brought closer to the test object O. Thereby, the spatial filter 31 is closer to the test object O than the optical system of FIG. 3B, and the movable range of the imaging lens 32 is further expanded. Therefore, the range of magnification adjustment can be further expanded.
【0015】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第1の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 a first embodiment in which the present invention is applied to a reflection type object reading optical system. here,
A silicon wafer is to be read.
【0016】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.
【0017】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 a process such as etching or vapor deposition. .
【0018】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、その光軸Axが反射面である表面1aに対して
垂直となるよう配置されており、照明部10と検出部3
0とはその光軸Axを挟んでほぼ対象に配置されてい
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 is arranged so that its optical axis Ax is perpendicular to the surface 1a that is a reflection surface, and the illumination unit 10 and the detection unit 3
0 is disposed almost symmetrically with respect to the optical axis Ax.
【0019】照明部10は、ハロゲンランプ等の光源1
1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
積の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 1 such as a halogen lamp.
1 and a pinhole plate 12 in which a pinhole 12a for transmitting a part of the light from the light source is formed, thereby constituting a light source having a small area. Light source 11 and pinhole plate 12
In order to eliminate the influence of the image of the filament of the lamp, a diffusion plate 13 is disposed between the first and second lamps. The detection unit 30 includes a spatial filter 31, an imaging lens 32, and a CCD.
And an image sensor 33 such as an 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.
【0020】この例では、光源11から発して対物レン
ズ20を介して表面1aに達した光束が、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。また、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、微少面積の光源
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。微少面積の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のエッジ部分では散
乱反射され、それ以外の部分では正反射する。In this example, a light beam emitted from the light source 11 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. Further, a pinhole 12 a serving as a light source having a very small area is disposed 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. Light emitted from a light source having a small area passes through the objective lens 20 and becomes parallel light, illuminating the surface 1a of the silicon wafer 1 from an oblique direction. The illumination light that has reached the surface 1a is scattered and reflected at the edge portion of the imprinted pattern, and is specularly reflected at other portions.
【0021】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により形成される微少面積の光源の
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
のうちの正反射成分が入射する範囲に相当する中心部を
覆う遮光領域31bを有する。微少面積の光源である照
明部10から発した照明光のうちの正反射成分は、空間
フィルター31上で遮光領域31bにほぼ収束する。空
間フィルター31の遮光領域31bは、微少面積の光源
の像を形成する光束、すなわち正反射成分を遮る。The light beam reflected by the surface 1a passes through the objective lens 20 again, becomes convergent light toward the detector 30 side, and reaches the spatial filter 31. Spatial filter 31
Is disposed closer to the objective lens 20 than an image of a light source having a small area formed by the objective lens 20 in an optical path between the imaging lens 32 and the objective lens 20. As shown in FIG. 3, the spatial filter 31 has a light-shielding region 31b that covers a central portion of a pupil of the imaging lens 32 corresponding to a range where a regular reflection component is incident. The specular reflection component of the illumination light emitted from the illumination unit 10, which is a light source having a very small area, substantially converges on the spatial filter 31 to the light shielding area 31 b. The light shielding region 31b of the spatial filter 31 blocks a light beam forming an image of a light source having a very small area, that is, a regular reflection component.
【0022】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
強調像が形成される。撮像素子33は、形成されたパタ
ーンの強調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. An enhanced image of the resulting pattern is formed. The image sensor 33 converts the information of the emphasized image of the formed pattern into an electric signal and 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.
【0023】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エッジ部分が強調さ
れた像となる。In the example of FIG. 2, as described above, the detecting 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 no pattern information and has a large intensity. Therefore, when the specular reflection component is captured by the image sensor, the S / N ratio of the information on the pattern is reduced, and it is difficult to detect the pattern. Becomes Therefore, in this example, the specular reflection component is removed using the spatial filter 31, and
By allowing only the scattered reflection component to be taken into the image pickup device, the S / N ratio of the information on the pattern is improved, and the pattern is 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 edge portions of a pattern are emphasized.
【0024】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り、光束の入
射方向と被検物の透過/反射の特性を除けば基本的には
図1(B)の光学系と等価である。すなわち、図2、図4
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の一点からの光線
は、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. 4 with the surface 1a as a boundary. Basically, except for the incident direction of the light beam and the characteristics of transmission / reflection of the test object. Is equivalent to the optical system of FIG. That is, FIGS.
In the example, the surface 1a is closer to the objective lens than the focal position of the objective lens 20, and light rays from one point of the surface 1a enter the imaging lens 32 as divergent light instead of parallel light.
【0025】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結像倍率から求め
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 obtained from the imaging 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. On the other hand, the focal length of the objective lens 20 is determined by the focal length of the imaging lens 32 and the imaging magnification.
Is determined based on the distance between the lens and the imaging lens 32.
【0026】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cは約190mmとなる。した
がってこの例では、0.60fo < L < 0.95fo
の条件は、132mm<L<209mmとなる。FIG. 5 is an explanatory view of an optical system showing a design example in the 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 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 c from the final surface of the objective lens 20 to the spatial filter 31 is about 190 mm. Therefore, in this example, 0.60fo <L <0.95fo
Is 132 mm <L <209 mm.
【0027】図6は、この発明の第2の実施形態を示す
光学系の説明図であり、照明部10の構成と検出部30
中の結像レンズ32と撮像素子33との構成は図1に示
される第1の実施形態と同一である。FIG. 6 is an explanatory view of an optical system showing a second embodiment of the present invention.
The configuration of the imaging lens 32 and the image sensor 33 in the middle is the same as that of the first embodiment shown in FIG.
【0028】第2の実施形態では、照明光をシリコンウ
ェハー1の表面1aに対して垂直に入射させる位置に照
明部10が配置されている。すなわち、表面1aに対し
て垂直な対物レンズ20の光軸Ax上に微少面積の光源
を形成するピンホール12aが配置されている。そし
て、ピンホール板12と対物レンズ20との間の光路中
に、照明部10から発する照明光の光路と表面1aから
の反射光の光路とを分離するビームスプリッター40が
設けられている。In the second embodiment, the illuminating section 10 is arranged at a position where the illuminating light is perpendicularly incident on the surface 1a of the silicon wafer 1. That is, the pinhole 12a which forms a light source with a very small area is arranged on the optical axis Ax of the objective lens 20 perpendicular to the surface 1a. In the optical path between the pinhole plate 12 and the objective lens 20, there is provided a beam splitter 40 for separating the optical path of the illumination light emitted from the illumination unit 10 from the optical path of the light reflected from the surface 1a.
【0029】ピンホール12aを透過した照明光の一部
がビームスプリッター40を透過して対物レンズ20に
入射し、光軸Axと平行な平行光となって表面1aを照
明する。表面1aからの反射光は、再び対物レンズ20
を透過して収束光となり、その一部がビームスプリッタ
ー40で反射されて空間フィルター31に達する。空間
フィルター31は、第1の実施形態と同様に微少面積の
光源と共役な位置より対物レンズ20に近い側に配置さ
れており、表面1aからの正反射成分を遮断する。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
を介して撮像素子33上にパターンの強調像を形成す
る。A part of the illumination light transmitted through the pinhole 12a is transmitted through the beam splitter 40 and is incident on the objective lens 20, and becomes parallel light parallel to the optical axis Ax to illuminate the surface 1a. The reflected light from the surface 1a is again
, And a part of the light is reflected by the beam splitter 40 and reaches the spatial filter 31. The spatial filter 31 is arranged on the side closer to the objective lens 20 than the position conjugate with the light source having a very small area, as in the first embodiment, and blocks the regular reflection component from the surface 1a. The scattered reflection component transmitted through the spatial filter 31 forms an enhanced image of the pattern on the image sensor 33 via the imaging lens.
【0030】図7は、図5に示したモデルに基づいて計
算された微少面積の光源の像の広がり、すなわち、表面
1aからの鏡面反射成分を構成する光線の分布を、微少
面積の光源の近軸像点からの各距離毎に示すスポットダ
イアグラムである。距離DFの符号は、対物レンズ20
に近づく方向がマイナスである。この例では、近軸像点
より30mm、あるいは40mm対物レンズに近い側で
微少面積の光源の像の範囲が最小となるため、この範囲
に空間フィルターを配置することにより面積の小さい遮
光領域で鏡面反射成分を遮断することができ、パターン
の強調像を形成するために用いられる光量を最大限確保
して明るい像を形成することが可能となる。FIG. 7 shows the spread of the image of the light source having a very small area calculated based on the model shown in FIG. 5, that is, the distribution of light rays constituting the specular reflection component from the surface 1a. It is a spot diagram shown for every distance from a paraxial image point. The sign of the distance DF is
The direction approaching is negative. In this example, the range of the image of the light source having a very small area on the side closer to the objective lens 30 mm or 40 mm from the paraxial image point is minimized. The reflection component can be blocked, and a bright image can be formed while securing the maximum amount of light used for forming an enhanced image of the pattern.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、空間フィルターを第2のレンズ手段により形成され
る微少面積の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配置したことにより、空間フィ
ルターに形成される遮光領域の面積が小さくとも光源か
ら散乱せずに入射する光線を遮ることができ、パターン
の強調像を形成するために用いられる光量を低減させず
に明るい像を形成することが可能となる。As described above, according to the present invention, the spatial filter is arranged at a position where the spread of the image of the light source having a small area formed by the second lens means is smaller than the spread at the paraxial image point. As a result, even if the area of the light-blocking region formed in the spatial filter is small, it is possible to block incident light without scattering from the light source, and to reduce the amount of light used to form an emphasized image of the pattern, thereby reducing the amount of light. An image can be formed.
【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】 第1の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 diagram conceptually showing an optical system of the pattern reading device according to the first 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】 第1の実施形態の実際の構成例を示す光学系
の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an optical system showing an actual configuration example of the first embodiment.
【図6】 第2の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. 6 is an explanatory view conceptually showing an optical system of a pattern reading device according to a second embodiment.
【図7】 図5に示したモデルに基づいて計算された微
少面積の光源の像の広がりを、微少面積の光源の近軸像
点からの各距離毎に示すスポットダイアグラムである。7 is a spot diagram showing the spread of an image of a light source having a small area calculated based on the model shown in FIG. 5 at each distance from a paraxial image point of the light source having a small area.
1a 表面 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 1a Surface 12 Pinhole Plate 12a Pinhole 20 Objective Lens 31 Spatial Filter 32 Imaging Lens 33 Image Sensor
Claims (15)
対象面に照明光を入射させる微少面積の光源と、 前記パターンの情報を持つ光束を収束させる対物レンズ
と、 前記対物レンズにより形成される前記光源の像の広がり
が近軸像点における前記像の広がりより小さくなる位置
に配置され、前記対物レンズを透過した光束中の前記光
源の像を形成する光束を遮光する遮光領域を有する空間
フィルターと、 該空間フィルターを透過した光束により前記パターンの
像を形成する結像レンズとを備えることを特徴とするパ
ターン読み取り光学系。1. A light source having a small area for irradiating illumination light on a target surface provided with a pattern to be read, an objective lens for converging a light beam having information of the pattern, and the objective lens formed by the objective lens A spatial filter that is disposed at a position where the spread of the image of the light source is smaller than the spread of the image at the paraxial image point, and has a light-blocking region that blocks a light flux that forms the image of the light source in the light flux transmitted through the objective lens; An image forming lens for forming an image of the pattern by a light beam transmitted through the spatial filter.
対象面からの非散乱成分を遮ると共に、前記対象面から
の散乱成分を透過させるよう形成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光学系。2. The light-shielding region of the spatial filter is formed to block non-scattered components from the target surface and transmit scattered components from the target surface. Pattern reading optical system.
ー側の面から前記空間フィルターまでの距離Lは、前記
対物レンズの焦点距離foに対して、0.60fo < L
< 0.95foの条件を満たすことを特徴とする請求
項1に記載のパターン読み取り光学系。3. The distance L from the surface of the objective lens closest to the spatial filter to the spatial filter is 0.60fo <L with respect to the focal length fo of the objective lens.
2. The pattern reading optical system according to claim 1, wherein a condition of <0.95fo is satisfied.
により形成される前記光源の像の広がりが最も小さくな
る位置に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光学系。4. The pattern reading optical system according to claim 1, wherein the spatial filter is arranged at a position where the spread of the image of the light source formed by the objective lens is minimized.
は、該光源から発した照明光が前記対物レンズを介して
前記対象面に達し、前記対象面で反射した光束が前記対
物レンズを透過して前記空間フィルターに入射するよう
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
ーン読み取り光学系。5. The object surface is a reflection surface, and the light source is configured such that illumination light emitted from the light source reaches the object surface via the objective lens, and a light beam reflected by the object surface passes through the object lens. 2. The pattern reading optical system according to claim 1, wherein the pattern reading optical system is arranged so as to be transmitted and incident on the spatial filter.
面と垂直になるよう配置されており、前記光源と前記結
像レンズとは前記光軸を挟んで互いに反対側に配置され
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
取り光学系。6. The objective lens is arranged so that its optical axis is perpendicular to the object plane, and the light source and the imaging lens are arranged on opposite sides of the optical axis. The pattern reading optical system according to claim 5, wherein:
記パターンの像を読み取る撮像素子を備えることを特徴
とする請求項1〜6のいずれかに記載のパターン読み取
り光学系。7. The pattern reading optical system according to claim 1, further comprising an image pickup device arranged at an image forming position of the pattern and reading an image of the pattern.
ら発して前記対物レンズを射出した光が非平行光となる
よう配置され、結像倍率を変化させるために前記結像レ
ンズ及び前記撮像素子を前記結像レンズの光軸方向に沿
って移動可能としたことを特徴とする請求項7に記載の
パターン読み取り光学系。8. The objective lens is arranged such that light emitted from one point of the target surface and emitted from the objective lens becomes non-parallel light, and the imaging lens and the imaging device are used to change an imaging magnification. The pattern reading optical system according to claim 7, wherein the element is movable along an optical axis direction of the imaging lens.
対象面に照明光を入射させる微少面積の光源と、 前記パターンの情報を持つ光束を収束させる対物レンズ
と、 前記対物レンズにより形成される前記光源の像の近軸像
点より前記対物レンズ側に配置され、前記対物レンズを
透過した光束中の前記光源の像を形成する光束を遮光す
る遮光領域を有する空間フィルターと、 該空間フィルターを透過した光束により前記パターンの
像を形成する結像レンズとを備えることを特徴とするパ
ターン読み取り光学系。9. A light source having a small area for causing illumination light to enter a target surface provided with a pattern to be read, an objective lens for converging a light beam having information on the pattern, and the objective lens formed by the objective lens A spatial filter that is disposed closer to the objective lens than the paraxial image point of the image of the light source and has a light-shielding region that shields a light flux that forms an image of the light source in a light flux transmitted through the objective lens; An image forming lens for forming an image of the pattern by using a light beam.
記対象面からの非散乱成分を遮ると共に、前記対象面か
らの散乱成分を透過させるよう形成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光学系。10. The light-shielding region of the spatial filter is formed to block non-scattered components from the target surface and transmit scattered components from the target surface. Pattern reading optical system.
ター側の面から前記空間フィルターまでの距離Lは、前
記対物レンズの焦点距離foに対して、0.60fo <
L < 0.95foの条件を満たすことを特徴とする請
求項9に記載のパターン読み取り光学系。11. The distance L from the surface of the objective lens closest to the spatial filter to the spatial filter is 0.60 fo <fo with respect to the focal length fo of the objective lens.
10. The pattern reading optical system according to claim 9, wherein a condition of L <0.95fo is satisfied.
は、該光源から発した照明光が前記対物レンズを介して
前記対象面に達し、前記対象面で反射した光束が前記対
物レンズを透過して前記空間フィルターに入射するよう
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
ーン読み取り光学系。12. The object surface is a reflection surface, and the light source is configured such that illumination light emitted from the light source reaches the object surface via the objective lens, and a light beam reflected by the object surface passes through the object lens. 10. The pattern reading optical system according to claim 9, wherein the pattern reading optical system is arranged so as to be transmitted and incident on the spatial filter.
からの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、前記対象面で反射された光を収束さ
せる対物レンズと、前記対物レン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、
前記対物レンズを透過した反射光束中の散乱反射成分を
取り出す空間フィルターと、該空間フィルターを透過し
た成分により前記パターンの像を結像させる結像レンズ
と、前記パターン像の結像位置に配置され、前記パター
ンを読み取る撮像素子とを備えることを特徴とするパタ
ーン読み取り光学系。13. A light source having a very small area and an objective lens for making illumination light from the light source having a very small area incident on a target surface provided with a pattern to be read and converging light reflected by the target surface. Is disposed closer to the objective lens side than the paraxial image point of the light source formed via the objective lens,
A spatial filter that extracts a scattered reflection component in the reflected light beam transmitted through the objective lens, an imaging lens that forms an image of the pattern by the component transmitted through the spatial filter, and an imaging lens that is disposed at an imaging position of the pattern image. And an image sensor for reading the pattern.
を形成する光束を遮る遮光領域を有することを特徴とす
る請求項13に記載のパターン読み取り光学系。14. The pattern reading optical system according to claim 13, wherein the spatial filter has a light-blocking region that blocks a light beam forming an image of the light source.
て、第1レンズ手段、読み取り対象面、第2レンズ手
段、空間フィルター、結像面が配置されて構成されるフ
ーリエ変換光学系を用いたパターン読み取り光学系にお
いて、前記空間フィルターを前記第2レンズの後側焦点
より前記第2レンズ手段側に配置したことを特徴とする
パターン読み取り光学系。15. A Fourier transform optical system comprising a first lens unit, a reading target surface, a second lens unit, a spatial filter, and an image forming surface arranged along the light traveling direction from the light source side. In the above-mentioned pattern reading optical system, the spatial filter is arranged closer to the second lens means than the rear focal point of the second lens.
Priority Applications (10)
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---|---|---|---|
JP34277596A JPH10253887A (en) | 1996-12-06 | 1996-12-06 | Pattern reading optical system |
US08/916,408 US6310689B1 (en) | 1996-08-23 | 1997-08-22 | Pattern reading apparatus |
US09/820,633 US6476917B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
US09/820,821 US6369886B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
US09/820,820 US6943888B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
US09/821,019 US6421129B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
US09/820,822 US6429937B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
US09/821,018 US6498649B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
US09/820,825 US6483591B1 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
US09/821,017 US6622915B2 (en) | 1996-08-23 | 2001-03-30 | Pattern reading apparatus |
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---|---|---|---|
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Publications (1)
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JPH10253887A true JPH10253887A (en) | 1998-09-25 |
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Family Applications (1)
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---|---|
JP (1) | JPH10253887A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007316221A (en) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Japan Science & Technology Agency | Dark field microscope and adjustment method thereof |
-
1996
- 1996-12-06 JP JP34277596A patent/JPH10253887A/en not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007316221A (en) * | 2006-05-24 | 2007-12-06 | Japan Science & Technology Agency | Dark field microscope and adjustment method thereof |
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