(57)【要約】【課題】撮像手段側に平坦面部を有し、対象物側に傾斜面を有する撮像レンズを用いた場合でも、撮像を可能にする同軸落射ユニットを提供する。【解決手段】撮像手段側で撮像方向Ａに対して垂直に配設される平坦面部１３と、対象物１側で撮像方向Ａに対して傾斜する傾斜面１５とを有し、傾斜面１５に入射した光が平坦面部１３から撮像方向Ａと平行に出射されるように構成された撮像レンズ７を介して、撮像手段で対象物１を撮像する際に用いられる同軸落射ユニットであって、撮像レンズ７の平坦面部１３と傾斜面１５との間に介在すると共に、光源６から照射された光を撮像方向Ａと平行に対象物１側へ反射し、かつ、対象物１からの反射光をそのまま撮像手段側へ透過するハーフミラー８を備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段側で撮像方向に対して垂直に配設される平坦面部と、対象物側で撮像方向に対して傾斜する傾斜面とを有し、前記傾斜面に入射した光が前記平坦面部から撮像方向と平行に出射されるように構成された撮像レンズを介して、
撮像手段で対象物を撮像する際に用いられる同軸落射ユニットであって、
前記撮像レンズの前記平坦面部と前記傾斜面との間に介在すると共に、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま撮像手段側へ透過するハーフミラーを備えたことを特徴とする同軸落射ユニット。
【請求項２】
前記撮像レンズは、前記撮像手段側の平坦面部と平行に配設された対象物側の平坦面部を有し、
前記撮像手段側と前記対象物側の各平坦面部の間にも、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま撮像手段側へ透過するハーフミラーを介在させた請求項１に記載の同軸落射ユニット。
【請求項３】
前記撮像レンズは、撮像手段側の面から対象物側の面へ貫通する貫通孔を有し、
前記貫通孔内にも、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま撮像手段側へ透過するハーフミラーを配設した請求項１に記載の同軸落射ユニット。
【請求項４】
前記傾斜面に対応する位置に配設されるハーフミラーと、前記対象物側の平坦面部に対応する位置に配設されるハーフミラーとを、別個の光源からの光を反射するように互いに向き又は撮像方向における高さ位置を異ならせて配設した請求項２に記載の同軸落射ユニット。
【請求項５】
前記傾斜面に対応する位置に配設されるハーフミラーと、前記貫通孔に対応する位置に配設されるハーフミラーとを、別個の光源からの光を反射するように互いに向き又は撮像方向における高さ位置を異ならせて配設した請求項３に記載の同軸落射ユニット。
【請求項６】
撮像方向に対して垂直に配設される撮像手段側と対象物側の各平坦面部と、撮像方向に対して傾斜する撮像手段側と対象物側の各傾斜面とを有し、前記対象物側の傾斜面に入射した光が前記撮像手段側の傾斜面から撮像方向と平行に出射されると共に、前記対象物側の平坦面部に入射した光が前記撮像手段側の平坦面部から撮像方向と平行に出射されるように構成された撮像レンズを介して、
撮像手段で対象物を撮像する際に用いられる同軸落射ユニットであって、
前記撮像レンズと対象物との間に配設されると共に、光源から照射された光を撮像方向に対して斜め方向に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま前記対象物側の傾斜面へ透過させる第１のハーフミラーと、
前記撮像レンズと対象物との間に配設されると共に、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま前記対象物側の平坦面部へ透過させる第２のハーフミラーとを備えたことを特徴とする同軸落射ユニット。
【請求項７】
光を照射する光源と、同軸落射ユニットと、撮像手段とを備える撮像装置であって、
前記同軸落射ユニットとして、請求項１から６のいずれか１項に記載の同軸落射ユニットを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記撮像手段を、テレセントリック光学系を備えるカメラとした請求項７に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物を撮像手段で撮像する際に用いる同軸落射ユニット、及び同軸落射ユニットを備える撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の外観を検査する検査装置などにおいて、対象物に対してカメラの撮像方向（カメラレンズの光軸）と同じ方向から光を照射する同軸落射照明装置が用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
具体的に、同軸落射照明装置は、図２２に示すように、光源１００とハーフミラー２００とを備えており、光源１００から照射された光を、ハーフミラー２００で撮像方向と同方向に反射して対象物３００に当て、対象物３００からの反射光は、ハーフミラー２００を透過してカメラ４００へと入射されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−９１８４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者は、特願２０１２−１８８９５５号において、対象物を複数方向から同時に撮像するための撮像レンズを提案している。図２３で示すのが、本発明者が提案する撮像レンズの一実施形態である。図２３に示す撮像レンズは、対象物３００側の面に、カメラの撮像方向Ａに対して傾斜する複数の傾斜面５００を有する。一方、カメラ側の面（図の上面）は、撮像方向Ａに対して垂直な平坦面部６００となっている。また、各傾斜面５００から入射した光は、反対側の平坦面部６００から撮像方向Ａと平行に出射されるようになっている。これにより、各傾斜面５００を介して対象物３００を複数の斜め方向から撮像することを可能としている。
【０００６】
ところが、図２３に示すような撮像レンズを用いた場合、これまでの同軸落射照明装置を利用することが困難となる問題が生じた。
具体的には、図２４に示すように、上記撮像レンズをハーフミラー２００と対象物３００との間に配設した場合、ハーフミラー２００で反射した光が、その光軸と垂直な平坦面部６００で反射されるため、撮像画像の視野が暗くなり、良好な観察が行えないといった問題がある。
【０００７】
一方、図２５に示すように、上記撮像レンズをカメラ４００とハーフミラー２００との間に配設した場合は、傾斜面５００に対して撮像方向と平行な光が入射し、斜め方向からの光が入射しないため、対象物３００を斜め方向から撮像することができないといった問題がある。
【０００８】
そこで、本発明は、斯かる事情に鑑み、上記のように、撮像手段側に平坦面部を有し、対象物側に傾斜面を有する撮像レンズを用いた場合でも、撮像を可能にする同軸落射ユニット、及びその同軸落射ユニットを備えた撮像装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、撮像手段側で撮像方向に対して垂直に配設される平坦面部と、対象物側で撮像方向に対して傾斜する傾斜面とを有し、前記傾斜面に入射した光が前記平坦面部から撮像方向と平行に出射されるように構成された撮像レンズを介して、撮像手段で対象物を撮像する際に用いられる同軸落射ユニットであって、前記撮像レンズの前記平坦面部と前記傾斜面との間に介在すると共に、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま撮像手段側へ透過するハーフミラーを備えたものである。
【００１０】
ハーフミラーを平坦面部と傾斜面との間に介在させたことにより、ハーフミラーで反射する光が平坦面部によって反射されることはない。また、ハーフミラーで反射した光は、傾斜面を介することで撮像レンズから対象物側へ撮像方向に対して斜めに出射するので、対象物から斜めの反射光が得られるようになる。これにより、撮像手段側に平坦面部を有し、対象物側に傾斜面を有する撮像レンズを用いても、対象物を斜め方向から撮像した像を取得することが可能となる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の同軸落射ユニットにおいて、前記撮像レンズは、前記撮像手段側の平坦面部と平行に配設された対象物側の平坦面部を有し、前記撮像手段側と前記対象物側の各平坦面部の間にも、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま撮像手段側へ透過するハーフミラーを介在させたものである。
【００１２】
この場合、各平坦面部の間に介在するハーフミラーによって光を反射することで、対象物に対して撮像方向と平行に光を照射することができる。これにより、対象物から撮像方向と平行な反射光が得られるので、対象物を撮像方向と平行な方向から撮像した像も取得することが可能となる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１に記載の同軸落射ユニットにおいて、前記撮像レンズは、撮像手段側の面から対象物側の面へ貫通する貫通孔を有し、前記貫通孔内にも、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま撮像手段側へ透過するハーフミラーを配設したものである。
【００１４】
この場合、貫通孔内に配設されたハーフミラーによって光を反射することで、対象物に対して撮像方向と平行に光を照射することができる。これにより、対象物から撮像方向と平行な反射光が得られるので、対象物を撮像方向と平行な方向から撮像した像も取得することが可能となる。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項２に記載の同軸落射ユニットにおいて、前記傾斜面に対応する位置に配設されるハーフミラーと、前記対象物側の平坦面部に対応する位置に配設されるハーフミラーとを、別個の光源からの光を反射するように互いに向き又は撮像方向における高さ位置を異ならせて配設したものである。
【００１６】
この場合、発光させる光源を選択することで、傾斜面を通る光軸を介して得られる像か、平坦面部を通る光軸を介して得られる像の、いずれか一方の像を取得することができる。
【００１７】
請求項５の発明は、請求項３に記載の同軸落射ユニットにおいて、前記傾斜面に対応する位置に配設されるハーフミラーと、前記貫通孔に対応する位置に配設されるハーフミラーとを、別個の光源からの光を反射するように互いに向き又は撮像方向における高さ位置を異ならせて配設したものである。
【００１８】
この場合、発光させる光源を選択することで、傾斜面を通る光軸を介して得られる像か、貫通孔を通る光軸を介して得られる像の、いずれか一方の像を取得することができる。
【００１９】
請求項６の発明は、撮像方向に対して垂直に配設される撮像手段側と対象物側の各平坦面部と、撮像方向に対して傾斜する撮像手段側と対象物側の各傾斜面とを有し、前記対象物側の傾斜面に入射した光が前記撮像手段側の傾斜面から撮像方向と平行に出射されると共に、前記対象物側の平坦面部に入射した光が前記撮像手段側の平坦面部から撮像方向と平行に出射されるように構成された撮像レンズを介して、撮像手段で対象物を撮像する際に用いられる同軸落射ユニットであって、前記撮像レンズと対象物との間に配設されると共に、光源から照射された光を撮像方向に対して斜め方向に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま前記対象物側の傾斜面へ透過させる第１のハーフミラーと、前記撮像レンズと対象物との間に配設されると共に、光源から照射された光を撮像方向と平行に対象物側へ反射し、かつ、対象物からの反射光をそのまま前記対象物側の平坦面部へ透過させる第２のハーフミラーとを備えたものである。
【００２０】
第１のハーフミラーによって、光源から照射された光を撮像方向に対して斜め方向に反射することで、対象物から斜めの反射光が得られるようになる。これにより、傾斜面を介して対象物を斜め方向から撮像した像を取得することができる。また、第２のハーフミラーで撮像方向と平行に反射した光は、撮像手段側に平坦面部によって反射されることはない。これにより、対象物からの反射光を対象物側の平坦面部を介して得ることで、対象物を撮像方向と平行な方向から撮像した像を取得することができる。
【００２１】
請求項７の発明は、光を照射する光源と、同軸落射ユニットと、撮像手段とを備える撮像装置であって、前記同軸落射ユニットとして、請求項１から６のいずれか１項に記載の同軸落射ユニットを備えたものである。
【００２２】
撮像装置が、請求項１から６のいずれか１項に記載の同軸落射ユニットを備えることで、撮像手段側に平坦面部を有し、対象物側に傾斜面を有する撮像レンズを用いても、対象物を斜め方向から撮像した像を取得することが可能となる。
【００２３】
請求項８の発明は、請求項７に記載の撮像装置において、前記撮像手段を、テレセントリック光学系を備えるカメラとしたものである。
【００２４】
撮像手段を、テレセントリック光学系を備えるカメラとすることで、画像処理に適したものとなる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、撮像手段側に平坦面部を有し、対象物側に傾斜面を有する撮像レンズを用いた場合でも、対象物を良好に撮像することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る同軸落射ユニットを用いた検査装置の概略構成図である。
【図２】第１実施形態における撮像レンズの斜視図である。
【図３】第１実施形態の同軸落射ユニットを用いた場合の透過光路を示す図である。
【図４】第１実施形態においてモニタに表示される半導体ウェハの画像を示す図である。
【図５】リング状の光源を用いた場合、又は、複数の光源を用いた場合の、ハーフミラーの構成を示す図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
【図７】第２実施形態における撮像レンズの斜視図である。
【図８】第２実施形態においてモニタに表示される半導体ウェハの画像を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
【図１０】第３実施形態に係る同軸落射ユニットの製造方法を示す図である。
【図１１】第３実施形態に係る同軸落射ユニットを分離可能に構成した場合の使用例を説明するための図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
【図１３】本発明の第５実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
【図１５】第４実施形態の構成を、貫通孔を有する撮像レンズに適用した例を示す図である。
【図１６】第５実施形態の構成を、貫通孔を有する撮像レンズに適用した例を示す図である。
【図１７】第６実施形態の構成を、貫通孔を有する撮像レンズに適用した例を示す図である。
【図１８】本発明の第７実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
【図１９】本発明の第８実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
【図２０】省スペース化を図った構成を示す図である。
【図２１】さらに省スペース化を図った構成を示す図である。
【図２２】一般的な同軸落射ユニットの構成を示す図である。
【図２３】撮像手段側に平坦面部を有し、対象物側に傾斜面を有する撮像レンズを示す図である。
【図２４】図２３に示す撮像レンズを用いた場合の同軸落射の問題点を説明するための図である。
【図２５】図２３に示す撮像レンズを用いた場合の同軸落射の問題点を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明に係る実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００２８】
図１は、本発明の第１実施形態に係る同軸落射ユニットを用いた検査装置の概略構成図である。
図１に示す検査装置は、半導体ウェハ１を支持する支持部材としての可動台２と、半導体ウェハ１を撮像する撮像装置３と、撮像した画像を表示するモニタ４とを備える。また、撮像装置３は、撮像手段としてカメラ５と、光を照射する光源６と、半導体ウェハ１とカメラ５の間に介在する撮像レンズ７と、同軸落射ユニットとして撮像レンズ７に内蔵されたハーフミラー８とを備えている。
【００２９】
可動台２は、図示しない移動機構によって、水平方向及び鉛直方向に移動可能に構成されており、半導体ウェハ１を適切な位置に配設できるようになっている。光源６は、例えば、発光ダイオードやハロゲンランプ等であり、公知の光源から任意に選択したものを適用可能である。
【００３０】
カメラ５は、カメラ本体９と、カメラ本体９に取り付けられたレンズ鏡筒１０とを備える。カメラ本体９内には、光学系を介して形成される像を電気信号に変換する撮像素子１１が設けられている。また、レンズ鏡筒１０内には、テレセントリック光学系であるテレセントリックレンズ１２が設けてある。
【００３１】
ここで、テレセントリック光学系とは、主光線がレンズ光軸に対して平行となるように設計された光学系であり、特に画像処理に最適な光学系である。テレセントリック光学系には、物体側にのみ主光線がレンズ光軸と平行となる物体側テレセントリック光学系と、像側にのみ主光線がレンズ光軸と平行となる像側テレセントリック光学系と、物体側と像側との両方で主光線がレンズ光軸と平行となる両側テレセントリック光学系がある。そのうち、ここでは、少なくとも物体側に主光線がレンズ光軸と平行となるテレセントリック光学系、すなわち、物体側テレセントリック光学系又は両側テレセントリック光学系を用いる。
【００３２】
撮像レンズ７は、そのカメラ５側に配設される面（図の上面）が、カメラ５の撮像方向Ａ（カメラレンズの光軸）に対して垂直な平坦面部１３となっている。一方、平坦面部１３とは反対側の半導体ウェハ１側に配設される面（図の下面）は、撮像方向Ａに対して傾斜する複数の傾斜面１５を有する凹面部１４となっている。
【００３３】
凹面部１４の形状としては、例えば、図２（ａ）に示すような４つの三角形状の傾斜面１５を有する四角錐状や、角錐状以外に、図２（ｂ）に示すような互いに対向する一対の傾斜面１５を有する形状などを採用できる。
【００３４】
また、図１に示すように、撮像レンズ７の平坦面部１３と傾斜面１５との間には、ハーフミラー８が介在している。このハーフミラー８は、透光性部材から成る撮像レンズ７のレンズ本体を斜めにカットし、そのカット面にＡｇやＡｌ等の反射材料を蒸着することで作成できる。あるいは、撮像レンズ７のカット面に予め反射材料を蒸着して作成したハーフミラーフィルムを貼り付けてもよい。
【００３５】
図３は、第１実施形態の同軸落射ユニットを用いた場合の透過光路を示す図である。
図３に示すように、本実施形態では、光源６から照射された光は、撮像レンズ７内のハーフミラー８によって撮像方向Ａと平行に反射されるが、その反射光は各傾斜面１５から出射されるときに、撮像方向Ａに対して斜めに屈折する。このため、半導体ウェハ１には撮像方向Ａに対して斜め方向の光が照射される。また、半導体ウェハ１から撮像方向Ａに対して斜め方向に反射される光は、各傾斜面１５に入射し、このとき、撮像方向Ａと平行を成すように屈折する。そして、反射光はハーフミラー８をそのまま通過し、平坦面部１３から撮像方向Ａと平行に出射される。
【００３６】
上記平坦面部１３から出射された光が、図１に示すテレセントリックレンズ１２を介して撮像素子１１に入射すると、撮像素子１１に半導体ウェハ１の像が形成される。そして、この像を、撮像素子１１によって電気信号に変換してモニタ４へと送り、モニタ４で電気信号に基づき半導体ウェハ１の像がコントラスト画像として表示される。
【００３７】
図４に、第１実施形態においてモニタに表示される半導体ウェハの画像を示す。
図４において、（ａ）は、上記図２（ａ）に示す４つの傾斜面１５を有する撮像レンズ７を用いた場合の画像を示し、（ｂ）は、上記図２（ｂ）に示す一対の傾斜面１５を有する撮像レンズ７を用いた場合の画像を示している。
【００３８】
図４（ａ）又は（ｂ）に示すように、モニタ画面には、各傾斜面１５に対応した表示区画Ｈ１〜Ｈ４又はＨ１，Ｈ３があり、表示区画ごとに半導体ウェハの画像Ｐ１〜Ｐ４又はＰ１，Ｐ３が表示される。なお、図４（ａ）（ｂ）において、各画像中の丸印示した部分ｅ１〜ｅ４又はｅ１，ｅ３は、各画像中の同じ箇所を示している。
【００３９】
このように、本実施形態では、複数の傾斜面１５を有する撮像レンズ７を介して半導体ウェハ１を撮像することで、半導体ウェハ１を複数の斜め方向から同時に撮像することができる。
【００４０】
また、図３に示すように、本実施形態では、ハーフミラー８を撮像レンズ７に内に設け、撮像レンズ７内で光を反射させているので、図２４に示す例のように、光が撮像レンズの平坦面部６００で反射されることがない。また、本実施形態の場合、図２５に示す例とは異なり、半導体ウェハ１からの反射光の光軸が、撮像方向Ａに対して斜めになるので、その斜めの光を傾斜面１５で受けてカメラへと導くことが可能である。
【００４１】
このように、本実施形態に係る同軸落射ユニットを用いることで、撮像手段側に平坦面部１３を有し、対象物側に傾斜面１５を有する撮像レンズ７を用いた場合でも、所望の像を良好に撮像することが可能である。
【００４２】
本実施形態では、撮像レンズ７の片側（図３中の左側）から光を照射しているが、光源６をリング状にしたり、光源６を複数用いたりして、撮像レンズ７の全周又は複数方向から光を照射することも可能である。その場合、図５に示すように、ハーフミラー８をＶ字型又は多角錐状に形成し、全周又は複数方向から照射される光を半導体ウェハ１側へ反射できるように形成すればよい。
【００４３】
図６は、本発明の第２実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
第２実施形態では、撮像レンズ７の形状が上記第１実施形態と異なる。それ以外は、基本的に第１実施形態と同様である。具体的に、図６に示す撮像レンズ７は、凹面部１４の中央に平坦面部１６が設けられている。この平坦面部１６（以下、中央平坦面部という）は、カメラ６側の平坦面部１３と平行に配設されている。また、中央平坦面部１６の周囲には、上記と同様の複数の傾斜面１５が設けられている。
【００４４】
この場合、凹面部１４の形状としては、例えば、図７（ａ）に示すような角錐台状や、図７（ｂ）に示すような互いに対向する一対の傾斜面１５の間に中央平坦面部１６を設けた形状などがある。
【００４５】
また、第２実施形態においても、撮像レンズ７内にハーフミラー８が設けられている。詳しくは、ハーフミラー８は、撮像レンズ７の平坦面部１３と傾斜面１５との間、及び平坦面部１３と中央平坦面部１６に、それぞれ介在している。なお、ここでは、ハーフミラー８が光源６に向かって一方向に傾斜して配設されているが、図５に示すのと同様に、ハーフミラー８が多方向を向くように配設してもよい。
【００４６】
図６に示すように、第２実施形態では、ハーフミラー８によって反射された光は、各傾斜面１５と中央平坦面部１６を介して半導体ウェハ１へ照射される。このとき、傾斜面１５を通過する光は屈折して、撮像方向Ａに対して斜め方向に照射されるが、中央平坦面部１６を通過する光は屈折せずに直進して、撮像方向Ａと平行に照射される。
【００４７】
また、各傾斜面１５に対しては、半導体ウェハ１から撮像方向Ａに対して斜め方向に反射される光が入射する。一方、中央平坦面部１６に対しては、半導体ウェハ１から撮像方向Ａと平行に反射される光が入射する。各傾斜面１５に入射した光は、傾斜面１５で屈折し、ハーフミラー８をそのまま通過して平坦面部１３から撮像方向Ａと平行に出射される。また、中央平坦面部１６に入射した光は、屈折せず直進し、ハーフミラー８をそのまま通過して平坦面部１３から撮像方向Ａと平行に出射される。
【００４８】
このように、第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、ハーフミラー８を撮像レンズ７に内に設け、撮像レンズ７内で光を反射させているので、光が撮像レンズ７の平坦面部１３で反射されることがない。また、半導体ウェハ１からの反射光の光軸が、撮像方向Ａに対して斜めになるので、その斜めの光を傾斜面１５で受けてカメラへと導くことにより、半導体ウェハ１を斜め上方から撮像することが可能である。
【００４９】
さらに、この場合は、複数の傾斜面１５を介して半導体ウェハ１を斜め上方から撮像した画像に加え、中央平坦面部１６を介して半導体ウェハ１を鉛直上方から撮像した画像を同時に得ることが可能である。
【００５０】
図８に、第２実施形態の撮像レンズを用いた場合に得られる画像の一例を示す。
ここでは、四角錐台状の凹面部１４を有する撮像レンズ７を用いた場合の画像を示している。
図８に示すように、モニタの画面には、中央にある四角形状の表示区画Ｈ５と、その周囲にある台形状の４つの表示区画Ｈ１〜Ｈ４に、それぞれ、半導体ウェハの画像Ｐ１〜Ｐ５が表示される。これらの画像中、周囲の４つの表示区画Ｈ１〜Ｈ４に表示された各画像Ｐ１〜Ｐ４は、半導体ウェハを各傾斜面を介して斜め上方から撮像したものであり、中央の表示区画Ｈ５に表示された画像Ｐ５は、半導体ウェハを上記中央平坦面部を介して鉛直上方（撮像手段の撮像方向と平行な方向）から撮像したものである。なお、図８において、各画像中の丸印示した部分ｅ１〜ｅ５は、各画像中の同じ箇所を示している。
【００５１】
図９は、本発明の第３実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
第３実施形態では、撮像レンズ７に、平坦面部１３の中央から凹面部１４の中央へ貫通する貫通孔１７が形成されている。また、貫通孔１７の凹面部１４側の開口部周辺には、複数の傾斜面１５が配設されている。すなわち、第３実施形態の撮像レンズ７は、上記図６に示す第２実施形態の撮像レンズ７において、中央平坦面部１６の箇所で上下方向に貫通させた形状となっている。
【００５２】
また、第３実施形態では、ハーフミラー８が、撮像レンズ７の平坦面部１３と傾斜面１５との間に配設されると共に、貫通孔１７内にも配設されている。なお、この例では、ハーフミラー８が一方を向くように配設されているが、上記図５に示すのと同様に、ハーフミラー８を多方向に向けて配設してもよい。
【００５３】
図９に示すように、第３実施形態の撮像レンズの透過光路は、基本的に、図６に示す第２実施形態の撮像レンズの透過光路と同様である。異なる点は、第２実施形態では、撮像レンズ７の中央部（中央平坦面部１６）を通過する光がレンズ内を直進するのに対し、第３実施形態では、撮像レンズ７の中央部を通過する光がレンズのない空間部（貫通孔１７）を直進する点である。ただし、いずれの場合も透過光路は同じとなるので、モニタに表示される画像も同様となる。
【００５４】
従って、第３実施形態の撮像レンズを用いた場合も、第２実施形態と同様に、半導体ウェハを、複数の斜め上方向からと鉛直上方（撮像手段の撮像方向と平行な方向）から同時に撮像することが可能である。
【００５５】
図１０は、上記第３実施形態に係る同軸落射ユニットの製造方法の一例を示す図である。
図１０に示す製造方法では、まず、中央に貫通孔１７が形成されたレンズ本体部７０と、そのレンズ本体部７０の貫通孔１７に挿入可能な筒状レンズ部７１とを別々に作成する。そして、筒状レンズ部７１の軸方向に対して傾斜する一端面には、後に貫通孔１７内に配設される中央ハーフミラー８１を取り付け、レンズ本体部７０の平坦面部１３と傾斜面１５との間には、周辺ハーフミラー８０を介在させる。なお、レンズ本体部７０に対しては、ＡｇやＡｌ等の蒸着、ハーフミラーフィルムの貼付のどちらでも可能であるが、筒状レンズ部７１に対しては、中空部に蒸着はできないのでフィルムの貼付により作成すればよい。そして、ハーフミラーフィルムを貼り付けた筒状レンズ部７１を、レンズ本体部７０の貫通孔１７内に挿入することで、図９に示すような同軸落射ユニットを製造することができる。
【００５６】
また、筒状レンズ部７１をレンズ本体部７０に対して分離可能に構成することで、撮像したい方向に応じて同軸落射ユニットを使い分けることができる。つまり、図１１（ａ）に示すように、レンズ本体部７０のみ設置した場合は、半導体ウェハ１を斜め上方向からのみ撮像することができ、図１１（ｂ）に示すように、筒状レンズ部７１のみ設置した場合は、半導体ウェハ１を鉛直上方からのみ撮像することができる。
【００５７】
また、図示省略するが、同様に、図６に示す第２実施形態の構成においても、撮像レンズ７を、中央平坦面部１６を有する中央部と、傾斜面１５を有する周辺部とで、分離可能に構成することで、撮像したい方向に応じて同軸落射ユニットを使い分けることが可能である。
【００５８】
図１２は、本発明の第４実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
第４実施形態では、撮像レンズ７の片側に配設された第１の光源６Ａと、それとは反対側に配設された第２の光源６Ｂを備える。また、この実施形態では、図６に示す第２実施形態と同様の形状（凹面部１４が傾斜面１５と中央平坦面部１６を有する形状）の撮像レンズ７を用いている。ただし、撮像レンズ７内に配設されるハーフミラー８は、傾斜面１５に対応する位置に配設される周辺部分８ａ（第１のハーフミラー）と、中央平坦面部１６に対応する位置に配設される中央部分８ｂ（第２のハーフミラー）とで、互いに向きが異なっている。具体的に、ハーフミラー８の周辺部分８ａは、第１の光源６Ａからの光を半導体ウェハ１側へ反射するように傾斜し、中央部分８ｂは、第２の光源６Ｂからの光を半導体ウェハ１側へ反射するように傾斜している。
【００５９】
また、撮像レンズ７には、複数の遮光部材３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃが設けられている。これら遮光部材３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃのうち、ハーフミラー８の周辺部分８ａの背面側（第２の光源６Ｂ側）に配設される遮光部材３０Ａ，３０Ｂは、それぞれ周辺部分８ａへの第２の光源６Ｂからの光を遮光するために設けられている。一方、ハーフミラー８の中央部分８ｂの背面側（第１の光源６Ａ側）に配設される遮光部材３０Ｃは、当該中央部分８ｂへの第１の光源６Ａからの光を遮光するために設けられている。また、周辺部分８ａの背面側に配設される遮光部材３０Ａ，３０Ｂは、第２の光源６Ｂから光が照射される側の周方向１８０°の範囲を遮光するように配設され、中央部分８ｂの背面側に配設される遮光部材３０Ｃは、第１の光源６Ａから光が照射される側の周方向１８０°の範囲を遮光するように配設されている。
【００６０】
第４実施形態において、第１の光源６Ａから照射した光は、ハーフミラー８の周辺部分８ａにより反射され、各傾斜面１５を介して半導体ウェハ１に照射される。そして、各傾斜面１５によって、半導体ウェハ１から撮像方向Ａに対して斜め方向に反射される光を入射することで、上記と同様に、半導体ウェハ１を斜め上方から撮像した画像が得られる。
【００６１】
一方、第２の光源６Ｂから照射した光は、ハーフミラー８の中央部分８ｂにより反射され、中央平坦面部１６を介して半導体ウェハ１に照射される。そして、中央平坦面部１６によって、半導体ウェハ１から撮像方向Ａと平行に反射される光を入射することで、上記と同様に、半導体ウェハ１を鉛直上方から撮像した画像が得られる。
【００６２】
第４実施形態の同軸落射ユニットは、上記の如く構成されているので、第１の光源６Ａのみを発光させると、半導体ウェハ１を斜め上方から撮像した画像のみが得られ、第２の光源６Ｂのみを発光させると、半導体ウェハ１を鉛直上方から撮像した画像のみが得られる。また、両光源６Ａ，６Ｂを同時に発光させた場合は、両方の画像が得られる。このように、本実施形態では、発光させる光源６Ａ，６Ｂを選択することで、撮像したい方向に応じて同軸落射ユニットを使い分けることができる。
【００６３】
さらに、この実施形態においては、遮光部材３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを設けているので、各遮光部材３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃによって、ハーフミラー８の各部分８ａ，８ｂに対して背面側から照射される光を遮光できる。これにより、ハーフミラー８の各部分８ａ，８ｂに背面側から光が照射されることによる、カメラ側への光の反射を回避でき、良好な撮像を行うことができる。
【００６４】
図１３は、本発明の第５実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
第５実施形態では、ハーフミラー８の、傾斜面１５に対応する位置に配設される周辺部分８ａと、中央平坦面部１６に対応する位置に配設される中央部分８ｂとで、撮像方向Ａにおける高さ位置が異なっている。具体的には、レンズ本体部７０の上面中央部において、上方に突出させた突出部７２を設け、その突出部７２にハーフミラー８の中央部分８ｂを内装している。一方、ハーフミラー８の周辺部分８ａは、レンズ本体部７０に内装されている。
【００６５】
また、第５実施形態では、リング状の光源が２つ（光源６Ａ，６Ｂ）設けてあり、一方の光源６Ａは、ハーフミラー８の周辺部分８ａに対応する高さ位置に配設され、他方の光源６Ｂは、ハーフミラー８の中央部分８ｂに対応する高さ位置に配設されている。また、ハーフミラー８の周辺部分８ａと中央部分８ｂは、それぞれ、対応する光源６Ａ，６Ｂからの光を半導体ウェハ１側へ反射できる向きに配設されている。
【００６６】
第５実施形態において、第１の光源６Ａから照射した光は、ハーフミラー８の周辺部分８ａにより反射され、各傾斜面１５を介して半導体ウェハ１に照射される。そして、各傾斜面１５によって、半導体ウェハ１から撮像方向Ａに対して斜め方向に反射される光を入射することで、上記と同様に、半導体ウェハ１を斜め上方から撮像した画像が得られる。
【００６７】
一方、第２の光源６Ｂから照射した光は、ハーフミラー８の中央部分８ｂにより反射され、中央平坦面部１６を介して半導体ウェハ１に照射される。そして、中央平坦面部１６によって、半導体ウェハ１から撮像方向Ａと平行に反射される光を入射することで、上記と同様に、半導体ウェハ１を鉛直上方から撮像した画像が得られる。
【００６８】
従って、第５実施形態においても、上記図１２に示す第４実施形態と同様に、発光させる光源６Ａ，６Ｂを選択することで、撮像したい方向に応じて同軸落射ユニットを使い分けることができる。
【００６９】
なお、図１３に示す例では、ハーフミラー８の中央部分８ｂが上方に配設され、周辺部分８ａが下方に配設されているが、これらを上下逆とすることによっても上記と同様の作用・効果が得られる。
【００７０】
図１４は、本発明の第６実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
第６実施形態では、上記図１３に示す第５実施形態と同様に、ハーフミラー８の周辺部分８ａと中央部分８ｂ、及び２つの光源６Ａ，６Ｂの、撮像方向Ａにおける高さ位置を異ならせている。しかし、第６実施形態では、第５実施形態におけるリング状の光源６Ａ，６Ｂに代えて、片側から光を照射するタイプの光源６Ａ，６Ｂを用いている。そのため、ハーフミラー８の周辺部分８ａと中央部分８ｂの向きも、片側から照射される光を半導体ウェハ１側へ反射できるように一方向へ向いている。それ以外の構成は、基本的に第５実施形態と同様である。従って、第６実施形態においても、発光させる光源６Ａ，６Ｂを選択することで、第５実施形態と同様に、撮像したい方向に応じて同軸落射ユニットを使い分けることができる。
【００７１】
なお、第６実施形態においても、ハーフミラー８の周辺部分８ａと中央部分８ｂの位置を、上下逆に入れ換えてもよい。また、第５実施形態の全周照射タイプと、第６実施形態の片側照射タイプの、それぞれの上部分と下部分を入れ換えて組み合わせることも可能である。
【００７２】
また、図１５〜図１７に、上記第４〜第６実施形態の構成を、貫通孔１７を有する撮像レンズ７に適用した例を示す。
図１５〜図１７に示す各同軸落射ユニットにおける構成は、貫通孔１７を設けた以外、上記図１２〜図１４に示す第４〜第６実施形態における構成と基本的に同様であり、また、各透過光路も同様となるので、詳しい説明は省略する。また、これらの構成において、ハーフミラー８の中央部分８ｂが取り付けられる突出部７２は、製造性の観点から、図１０に示すのと同様に、筒状レンズ部に形成することが望ましい。
【００７３】
図１８は、本発明の第７実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
第７実施形態では、撮像レンズ７のカメラ６側に配設される面（図の上面）を、凸面部１８としている。具体的に、凸面部１８は、その中央に設けられた平坦面部２０（以下、中央平坦面部という）と、その周囲に設けられた複数の傾斜面１９とを有する。中央平坦面部２０は、撮像方向Ａに対して垂直に配設されている。また、各傾斜面１９は、凸面部１８の周囲から中央に向かって突出すると共に互いに異なる向きに傾斜して配設されている。
【００７４】
一方、半導体ウェハ１側に配設される面（図の下面）は、中央平坦面部１６と複数の傾斜面１５とを有する凹面部１４で構成されている。この凹面部１４は、上記と同様の、図７（ａ）に示すような角錐台状や、図７（ｂ）に示すような互いに対向する一対の傾斜面１５の間に中央平坦面部１６を設けた形状などである。また、凸面部１８の全体形状は、凹面部１４の全体形状に対応するように形成されている。
【００７５】
また、第７実施形態では、撮像レンズ７と半導体ウェハ１との間にハーフミラー８が配設されている。ハーフミラー８は、凹面部１４の傾斜面１５に対応する位置に配設される周辺部分８ａ（第１のハーフミラー）と、凹面部１４の中央平坦面部１６に対応する位置に配設される中央部分８ｂ（第２のハーフミラー）とを有する。図１８に示す例では、周辺部分８ａを水平方向に配設される平坦状のハーフミラーで構成し、中央部分８ｂを半導体ウェハ１側へ突出するように配設される円錐状又は多角錐状のハーフミラーで構成している。
【００７６】
また、第７実施形態では、リング状の光源を２つ（光源６Ａ，６Ｂ）設けている。２つの光源６Ａ，６Ｂのうち、一方の光源６Ａは、ハーフミラー８の周辺部分８ａに光を照射するように配設され、他方の光源６Ｂは、ハーフミラー８の中央部分８ｂに光を照射するように配設されている。なお、本実施形態において、上記説明した構成以外は、上記実施形態と同様となっている。
【００７７】
以下、図１８を参照しつつ、第７実施形態における透過光路について説明する。
図１８に示すように、本実施形態では、第１の光源６Ａから照射した光は、ハーフミラー８の周辺部分８ａにより撮像方向Ａに対して傾斜する方向に反射され、半導体ウェハ１に照射される。また、半導体ウェハ１から撮像方向Ａに対して斜め方向に反射される光は、ハーフミラー８の周辺部分８ａをそのまま透過し、凹面部１４の各傾斜面１５に入射するようになっている。そして、傾斜面１５に入射した光は、撮像レンズ７を通過して、反対側の凸面部１８の各傾斜面１９から撮像方向Ａと平行に出射される。
【００７８】
なお、ここでは、光が、凹面部１４の傾斜面１５を通過する際と、凸面部１８の傾斜面１９を通過する際に、それぞれ屈折するようになっているが、凹面部１４の傾斜面１５を光の入射方向と垂直に配設することで、当該傾斜面１５における光の屈折をなくすことも可能である。
【００７９】
一方、第２の光源６Ｂから照射した光は、ハーフミラー８の中央部分８ｂにより撮像方向Ａと平行に反射され、半導体ウェハ１に照射される。また、半導体ウェハ１から撮像方向Ａと平行に反射される光は、ハーフミラー８の中央部分８ｂをそのまま透過し、凹面部１４の中央平坦面部１６に入射するようになっている。そして、中央平坦面部１６に入射した光は、直進して、反対側の凸面部１８の中央平坦面部２０から撮像方向Ａと平行に出射される。
【００８０】
上記のように、第７実施形態では、第１の光源６Ａを発光させた場合、半導体ウェハ１から撮像方向Ａに対して斜め方向に反射される光を、カメラへと導くことができるので、上記と同様に、半導体ウェハ１を斜め上方から撮像した画像が得られる。一方、第２の光源６Ｂを発光させた場合は、半導体ウェハ１から撮像方向Ａと平行に反射される光を、カメラへと導くことができるので、上記と同様に、半導体ウェハ１を鉛直上方から撮像した画像が得られる。従って、第７実施形態においても、発光させる光源６Ａ，６Ｂを選択することで、撮像したい方向に応じて同軸落射ユニットを使い分けることが可能である。
【００８１】
また、第７実施形態では、ハーフミラー８を撮像レンズ７と半導体ウェハ１との間に配設しているので、図２４に示す例のように、光が撮像レンズの平坦面部６００で反射されることがない。また、本実施形態では、図２５に示す例とは異なり、ハーフミラー８の周辺部分８ａによって、第１の光源６Ａからの光を撮像方向Ａに対して斜めに反射することができる。これにより、半導体ウェハ１から反射される斜めの光を受けてカメラへと導くことができ、所望の像を良好に撮像することが可能である。
【００８２】
図１９は、本発明の第８実施形態に係る同軸落射ユニットの図である。
第８実施形態に係る同軸落射ユニットは、上記図１８に示す第７実施形態と同様の撮像レンズ７を用いた構成であるが、ここでは、１つの光源６で、半導体ウェハ１への斜め方向の光の照射と垂直方向の光の照射の両方を実現している。
【００８３】
具体的には、図１９に示すように、リング状の光源６によって、ハーフミラー８の周辺部分８ａと中央部分８ｂに対し図の斜め下方から光を照射するようにしている。また、ハーフミラー８の中央部分８ｂを、図１８に示す構成に比べて、開き角度を大きく（９０°より大きく）している。
【００８４】
これにより、ハーフミラー８の周辺部分８ａと中央部分８ｂの両方が、１つの光源６からの光を受けて所定方向に光を反射することができ、半導体ウェハ１を斜め上方から撮像した画像と鉛直上方から撮像した画像が得られる。この場合、２つの光源を有する場合に比べて、光源の個数を減らすことができるので、省スペース化と低コスト化を図れる。
【００８５】
また、省スペース化を図りたい場合は、図２０に示すように、光源６Ａ，６Ｂの配設位置を、撮像レンズ７の視野境界線Ｂの外側近傍に設定することが望ましい。図２０に示す例では、光源を２つ設けているが、図２１に示すように、光源を１つ（光源６）にし、それを撮像レンズ７の視野境界線Ｂに沿ってその外側近傍に配設することで、より一層の省スペース化を図れるようになる。
【００８６】
以上のように、本発明によれば、撮像手段側に平坦面部１３を有し、対象物側に傾斜面１５を有する撮像レンズ７を用いた場合でも、平坦面部１３における光の反射を回避することができると共に、対象物から斜めの反射光が得られるようになる。これにより、所望の像を良好に撮像することができるようになる。
【００８７】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加え得ることは勿論である。
上述の実施形態では、半導体ウェハのクラックの有無を検査する検査装置に、本発明に係る同軸落射ユニットを適用した場合を例に説明したが、半導体ウェハ以外の対象物の検査を行う装置にも本発明を適用することは可能である。また、撮像対象物は、半導体ウェハのような透光性ワークに限らず、非透光性のワークであってもよい。また、検査以外の目的、例えば観察や位置認識あるいは計測などの目的で用いられる撮像装置にも本発明を適用可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１    半導体ウェハ（対象物）
４    撮像装置
５    カメラ（撮像手段）
６    光源
７    撮像レンズ
８    ハーフミラー
８ａ  周辺部分（第１のハーフミラー）
８ｂ  中央部分（第２のハーフミラー）
１２  テレセントリックレンズ
１３  平坦面部
１５  傾斜面
１６  中央平坦面部
１７  貫通孔
１９  傾斜面
２０  中央平坦面部
Ａ    撮像方向
【図１】
2014062869.tif 000003
【図２】
2014062869.tif 000004
【図３】
2014062869.tif 000005
【図４】
2014062869.tif 000006
【図５】
2014062869.tif 000007
【図６】
2014062869.tif 000008
【図７】
2014062869.tif 000009
【図８】
2014062869.tif 000010
【図９】
2014062869.tif 000011
【図１０】
2014062869.tif 000012
【図１１】
2014062869.tif 000013
【図１２】
2014062869.tif 000014
【図１３】
2014062869.tif 000015
【図１４】
2014062869.tif 000016
【図１５】
2014062869.tif 000017
【図１６】
2014062869.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
2014062869.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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