(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する２物体の対向面の画像を重ね合わせて観察する画像重ね合わせ光学装置であって、
前記２物体の対向面に光を照射する照明系と、
対物レンズと、
この対物レンズで結像された画像を撮像する撮像手段と、
前記２物体の対向面の画像を重ね合わせて前記対物レンズに入射させる画像重ね合わせ光学系とを備えたことを特徴とする画像重ね合わせ光学装置。
【請求項２】
請求項１に記載の画像重ね合わせ光学装置において、前記画像重ね合わせ光学系は、前記２物体の対向面の間に配置され、対角面に前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ方向へ反射させるとともに前記他方の対向面の画像を対物レンズ方向とは反対方向へ反射させるビームスプリッタを有し、かつ、前記対物レンズとは反対側の面に光反射面を有するビームスプリッタプリズムから構成されている、ことを特徴とする画像重ね合わせ光学装置。
【請求項３】
請求項１に記載の画像重ね合わせ光学装置において、前記画像重ね合わせ光学系は、前記２物体の対向面の間に配置され、対角面に前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ方向へ反射させるとともに前記他方の対向面の画像を対物レンズ方向とは反対方向へ反射させるビームスプリッタを有するビームスプリッタプリズムと、このビームスプリッタプリズムの前記対物レンズとは反対側の面に対向配置されたミラーとから構成されている、ことを特徴とする画像重ね合わせ光学装置。
【請求項４】
請求項１に記載の画像重ね合わせ光学装置において、前記画像重ね合わせ光学系は、前記一方の対向面の画像を前記対物レンズの光軸上に配置されたキューブプリズムに入射させるペンタプリズムと、前記他方の対向面の画像を前記キューブプリズムに入射させる菱形プリズムとを備え、前記キューブプリズムは、前記ペンタプリズムおよび菱形プリズムからの画像を重ね合わせて前記対物レンズに入射させることを特徴とする画像重ね合わせ光学装置。
【請求項５】
請求項１に記載の画像重ね合わせ光学装置において、画像重ね合わせ光学系に代えて、前記２物体の対向面の画像を交互に前記対物レンズに入射させる可動ミラーを設けるとともに、交互に取り込まれる対向面の画像を記憶し互いに重ね合わせて表示する手段を設けた、ことを特徴とする画像重ね合わせ光学装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、対向する２物体の対向面の画像を重ね合わせて観察する画像重ね合わせ光学装置に関する。たとえば、ＩＣパターンの欠陥検査などに利用できる。
【０００２】
【背景技術】
たとえば、ＩＣパターンの欠陥検査などでは、検査対象物とマスタとを対向配置した状態において、互いに対向する対向面の画像を取り込み、これらを重ね合わせて観察することによって、検査対象物の欠陥を検査することが行われている。
従来、対向する２物体の対向面の画像を重ね合わせて観察するには、２本の対物レンズを用い、それぞれの対物レンズによって各対向面の画像を撮像し、これを重ね合わせた状態で観察するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のような方式では、２本の対物レンズを用いる関係から専有スペースが比較的大きく、２物体の対向面の間隔が狭い場合には観察が困難な場合があった。
しかも、観察が可能な場合でも、対物レンズを２本必要とするため、高価になりがちであった。
【０００４】
本発明の目的は、このような従来の問題を解決し、２物体の対向面の間隔が狭い場合でも２物体の対向面の画像を重ね合わせた状態で観察でき、しかも、安価にできる画像重ね合わせ光学装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の画像重ね合わせ光学装置は、対向する２物体の対向面の画像を重ね合わせて観察する画像重ね合わせ光学装置であって、前記２物体の対向面に光を照射する照明系と、対物レンズと、この対物レンズで結像された画像を撮像する撮像手段と、前記２物体の対向面の画像を重ね合わせて前記対物レンズに入射させる画像重ね合わせ光学系とを備えた構成である。
【０００６】
前記画像重ね合わせ光学系としては、前記２物体の対向面の間に配置され、対角面に前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ方向へ反射させるとともに前記他方の対向面の画像を対物レンズ方向とは反対方向へ反射させるビームスプリッタを有し、かつ、前記対物レンズとは反対側の面に光反射面を有するビームスプリッタプリズムから構成されたもの、前記２物体の対向面の間に配置され、対角面に前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ方向へ反射させるとともに前記他方の対向面の画像を対物レンズ方向とは反対方向へ反射させるビームスプリッタを有するビームスプリッタプリズムと、このビームスプリッタプリズムの前記対物レンズとは反対側の面に対向配置されたミラーとから構成されたもの、前記一方の対向面の画像を前記対物レンズの光軸上に配置されたキューブプリズムに入射させるペンタプリズムと、前記他方の対向面の画像を前記キューブプリズムに入射させる菱形プリズムとを備え、前記キューブプリズムが、前記対物レンズの光軸上に配置され前記ペンタプリズムおよび菱形プリズムからの画像を重ね合わせて前記対物レンズに入射させるように構成されたもの、のいずれの構成でもよい。
また、画像重ね合わせ光学系に代えて、前記２物体の対向面の画像を交互に前記対物レンズに入射させる可動ミラーを設けるとともに、交互に取り込まれる対向面の画像を記憶し互いに重ね合わせて表示する手段を設けた、構成でもよい。
【０００７】
【作用】
本発明の画像重ね合わせ光学装置では、画像重ね合わせ光学系によって２物体の対向面の画像が重ね合わされたのち、対物レンズに入射される。すると、その画像は、対物レンズによって結像されたのち、撮像手段によって撮像される。従って、１本の対物レンズでよいから、つまり、従来のように２本の対物レンズを用いなくてもよいから、２物体の対向面の間隔が狭い場合でも２物体の対向面の画像を重ね合わせた状態で観察でき、しかも、安価にできる。
【０００８】
また、画像重ね合わせ光学系を、前記２物体の対向面の間に配置され、対角面に前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ方向へ反射させるとともに前記他方の対向面の画像を対物レンズ方向とは反対方向へ反射させるビームスプリッタを有し、かつ、前記対物レンズとは反対側の面に光反射面を有するビームスプリッタプリズムから構成すれば、よりコンパクトにできる。この際、光反射面に代えて、ビームスプリッタプリズムの前記対物レンズとは反対側の面にミラーを対向配置しても、同様な効果が期待できる。
また、画像重ね合わせ光学系を、前記一方の対向面の画像を前記対物レンズの光軸上に配置されたキューブプリズムに入射させるペンタプリズムと、前記他方の対向面の画像を前記キューブプリズムに入射させる菱形プリズムとを備え、前記キューブプリズムは、前記ペンタプリズムおよび菱形プリズムからの画像を重ね合わせて前記対物レンズに入射させる構成とすれば、ペンタプリズムおよび菱形プリズムをそれぞれ別々に回動調整することによって、２物体の対向面の画像を個別に位置調整しながら重ね合わすことができる。
【０００９】
また、画像重ね合わせ光学系に代えて、前記２物体の対向面の画像を交互に前記対物レンズに入射させる可動ミラーを設けるとともに、交互に取り込まれる対向面の画像を記憶し互いに重ね合わせて表示する手段を設けた構成とすれば、プリズムなどを用いることなく構成できるから、光学系としてはより安価にできる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
本実施例の画像重ね合わせ光学装置の原理を図１を参照しながら説明する。同図において、１１，１２  は互いに対向する２物体（ここでは、検査対象物である試料Ｗ１  とマスタである試料Ｗ２  ）の対向面に光を照射する照明系、５は対物レンズ、６は対物レンズ５で結像された画像を撮像する撮像手段、１１は試料Ｗ１，Ｗ２  の対向面の画像を重ね合わせて前記対物レンズ５に入射させる画像重ね合わせ光学系である。
【００１１】
前記各照明系１１，１２  は、光源２１，２２  と、光源２１，２２  からの光を平行光とするレンズ３１，３２  と、レンズ３１，３２  からの平行光を試料Ｗ１，Ｗ２  に向かって反射させるとともに試料Ｗ１，Ｗ２  からの反射光を透過させるビームスプリッタ４１，４２  とから構成されている。
前記撮像手段６は、対物レンズ５を透過した画像を撮像する測定用高倍率白黒カメラ７と、対物レンズ５を透過した光をビームスプリッタ９およびレンズ１０を介して分岐した光を撮像する観察用低倍率カラーカメラ８とを含む。
前記画像重ね合わせ光学系１１は、前記試料Ｗ１，Ｗ２  の対向面の間に配置され、対角面に前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ５方向へ反射させるとともに前記他方の対向面の画像を対物レンズ５方向とは反対方向へ反射させるビームスプリッタ１２Ａを有し、かつ、前記対物レンズ５とは反対側の面に光反射面１２Ｂを有するビームスプリッタプリズム１２によって構成されている。
【００１２】
いま、各光源２１，２２  から光が出射されると、その光はレンズ３１，３２  により平行光とされたのち、ビームスブリッタ４１，４２  によって反射され試料Ｗ１，Ｗ２  に照射される。一方の試料Ｗ１  からの反射光は、ビームスプリッタ４１  を透過し、続いて、ビームスプリッタプリズム１２のビームスプリッタ１２Ａ面で反射される。他方の試料Ｗ２  からの反射光は、ビームスプリッタ４２  を透過し、ビームスプリッタプリズム１２のビームスプリッタ１２Ａ面と光反射面１２Ｂとで反射され、続いて、ビームスプリッタ１２Ａ面を透過して一方の試料Ｗ１  の反射光と重ね合わされたのち、対物レンズ５によって結像される。従って、観察用低倍率カラーカメラ８を見ながら検査部位を確認し、その部位について測定用高倍率白黒カメラ７によって重ね合わされた２つの試料Ｗ１，Ｗ２  の画像を確認することによって、欠陥の有無を検査することができる。
【００１３】
次に、本実施例の画像重ね合わせ光学装置の具体的構造を図２〜図６を参照しながら詳細に説明する。
図２は同画像重ね合わせ光学装置の外観を示している。同図において、２１は本体、２２は本体２１の先端に螺合され内部に前記対物レンズ５を収納した対物レンズ鏡筒、２３は対物レンズ鏡筒２２の先端にその対物レンズ鏡筒２２の光軸を中心として回動可能かつ固定可能に取り付けられた光照射ヘッド、２４は前記光源２１，２２  からの光を前記光照射ヘッド２３に供給する光ファイバ２５１，２５２  を保持するファイバガイドである。なお、前記本体２１には、その基端側に前記測定用高倍率白黒カメラ７および観察用低倍率カラーカメラ８が装着されているとともに、内部に前記ビームスプリッタ９やレンズ１０が収納されている。
【００１４】
前記光照射ヘッド２３は、図３および図４に示すように、Ｌ字形状のベース３１と、天板３２と、一対の側板３３１，３３２  と、端板３４とから箱状に形成されている。ベース３１の起立片３１Ａは前記対物レンズ鏡筒２２の先端部に回動可能かつ固定可能に保持されているとともに、水平片３１Ｂには内部に前記ビームスプリッタプリズム１２を有するビームスプリッタプリズムユニット３５と、前記一対のビームスプリッタ４１，４２  と、ビームスプリッタプリズムユニット３５を回動調整する調整装置３６とがそれぞれ設けられている。
【００１５】
前記ビームスプリッタプリズムユニット３５は、図５に示すように、前記Ｌ字形状ベース３１の水平片３１Ｂに回動自在に支持された回転軸５１と、この回転軸５１の上部に設けられたプリズムホルダ５２と、このプリズムホルダ５２内に保持された前記ビームスプリッタプリズム１２と、前記プリズムホルダ５２の前端面から前方へ向かって突出されたアーム５３とから構成されている。
前記各ビームスプリッタ４１，４２  は、前記ビームスプリッタプリズムユニット３５を挟んだ両側でかつ前記Ｌ字形状ベース３１の水平片３１Ｂに保持プレート４１１，４１２  を介して斜めに取り付けられている。
前記調整装置３６は、前記各ビームスプリッタ４１，４２  より前方でかつ前記Ｌ字形状ベース３１の水平片３１Ｂに設けられた支持ブロック４２１，４２２  と、この各支持ブロック４２１，４２２  に螺合され前記ビームスプリッタプリズムユニット３５のアーム５３を両側から挟持する調整ねじ４３１，４３２  とから構成されている。
【００１６】
前記天板３２には、前記光ファイバ２５１，２５２  から出射された光を前記ビームスプリッタ４１，４２  に反射させるミラーユニット４４１，４４２  が取り付けられている。各ミラーユニット４４１，４４２  は、図６に示すように、前記各ビームスプリッタ４１，４２  の真上でかつ前記天板３２に貫通支持され内部に前記レンズ３１，３２  を有する第１の保持筒６１と、この第１の保持筒６１の上端面に斜めに取り付けられたミラー６２と、前記第１の保持筒６１の上部に設けられ前記光ファイバ２５１，２５２  の先端部を保持する第２の保持筒６３とから構成されている。
前記各側板３３１，３３２  には、前記ビームスプリッタ４１，４２  によって両側外側へ向かって反射された光を光照射ヘッド２３の外側に位置する試料Ｗ１，Ｗ２  へ出射する透過窓４５１，４５２  が形成されている。各透過窓４５１，４５２  にはガラス４６１，４６２  が装着されている。
【００１７】
次に、本実施例の作用を説明する。
各光ファイバ２５１，２５２  からの光は、ミラーユニット４４１，４４２  のミラー６２およびレンズ３１，３２  を介してビームスプリッタ４１，４２  に入射され、そのビームスプリッタ４１，４２  で外側に反射されたのち、透過窓４５１，４５２  を通って試料Ｗ１，Ｗ２  に照射される。試料Ｗ１  からの反射光は、ビームスプリッタ４１  を透過し、続いて、ビームスプリッタプリズム１２のビームスプリッタ１２Ａ面で反射される。他方の試料Ｗ２  からの反射光は、ビームスプリッタ４２  を透過し、ビームスプリッタプリズム１２のビームスプリッタ１２Ａ面と光反射面１２Ｂとで反射され、続いて、ビームスプリッタ１２Ａ面を透過して一方の試料Ｗ１  の反射光と重ね合わされたのち、対物レンズ５によって結像される。
【００１８】
従って、試料Ｗ１，Ｗ２  と本画像重ね合わせ光学装置とを相対移動させながら、観察用低倍率カラーカメラ８で確認しながら検査部位に順次移動させる。各検査部位では、測定用高倍率白黒カメラ７によって重ね合わされた２つの試料Ｗ１，Ｗ２  の画像を確認しながら、欠陥の有無を検査することができる。
【００１９】
ところで、試料Ｗ１  の画像と試料Ｗ２  の画像とが図３中Ｘ方向にずれ、たとえば、図７（Ａ）に示すように撮像されていた場合には、次のようにして調整する。調整装置３６の調整ねじ４３２  を緩め、調整ねじ４３１  をねじ込む。すると、アーム５３を介してビームスプリッタプリズムユニット３５が図３中反時計方向へ回動される。すると、試料Ｗ１  の画像が図１中左側に、試料Ｗ２  の画像が図１中右側にそれぞれ移動されるから、これにより、図７（Ｂ）に示すように、試料Ｗ１  の画像と試料Ｗ２  の画像とを重ね合わせることができる。
また、試料Ｗ１  の画像と試料Ｗ２  の画像とが図３中Ｙ方向にずれていた場合には、対物レンズ鏡筒２２に対して光照射ヘッド２３を回動調整すればよい。
【００２０】
本実施例によれば、対向する試料Ｗ１，Ｗ２  からの反射光を画像重ね合わせ光学系１１によって重ね合わせたのち、対物レンズ５を介して撮像手段６によって撮像するようにしたので、つまり、１本の対物レンズでよいから、試料Ｗ１，Ｗ２  の対向面の間隔が狭い場合でも試料Ｗ１，Ｗ２  の対向面の画像を重ね合わせた状態で観察でき、かつ、安価にできる。
【００２１】
特に、画像重ね合わせ光学系１１は、対角面にビームスプリッタ１２Ａを有するビームスプリッタプリズム１２の対物レンズ５とは反対側の面に光反射面１２Ｂを形成した構成であるから、単一の部品で構成できる。つまり、部品点数を少なくできる。しかも、光反射面１２は金属の蒸着によって簡易に形成することができる利点がある。
【００２２】
また、各試料Ｗ１，Ｗ２  に対して光を照射する照明系１１，１２  をそれぞれ別個に設けたので、各試料Ｗ１，Ｗ２  の反射率が大きく異なる場合には、各照明系１１，１２  の光源２１，２２  の光量を調整すれば、最適な照度にできる。なお、片側だけの試料Ｗ１，Ｗ２  を観察する場合には、他の片側の照明系１１，１２  をオフするようにすればよい。
【００２３】
以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが、本発明は、この実施例に限られるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、上記実施例では、有限遠光学系となっているが、無限遠光学系を採用してもよい。その場合、分岐後の倍率変更をチューブレンズにて行うことも可能である。
【００２４】
また、画像重ね合わせ光学系１１の構成については、図８または図９に示す構成でもよい。まず、図８に示す画像重ね合わせ光学系１１２  は、前記試料Ｗ１，Ｗ２  の対向面の間に配置され、対角面に前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ５方向へ反射させるとともに前記他方の対向面の画像を対物レンズ５方向とは反対方向へ反射させるビームスプリッタ１２Ａを有するビームスプリッタプリズム１２と、このビームスプリッタプリズム１２の前記対物レンズ５とは反対側の面に隙間を隔てて対向配置されたミラー１３とから構成されている。つまり、上記実施例のビームスプリッタプリズム１２から光反射面１２Ｂが省略され、それに代わって、ミラー１３がベース３１側に設けられている。
この構成によれば、上記実施例で述べた効果のほかに、ミラー１３をＣ１  軸を中心に矢示方向に回動すると試料Ｗ２  からの画像がＸ方向へ移動し、また、Ｃ２  軸を中心に矢示方向に回動すると試料Ｗ２  からの画像がＹ方向へ移動するので、試料Ｗ２  からの画像を個別に位置調整しながら重ね合わせることができる。
【００２５】
また、図９に示す画像重ね合わせ光学系１１３ は、前記一方の対向面の画像を前記対物レンズ５の光軸上に配置されたキューブプリズム１６に入射させるペンタプリズム１４と、前記他方の対向面の画像を前記キューブプリズム１６に入射させる菱形プリズム１５とを備え、キューブプリズム１６は、前記ペンタプリズム１４および菱形プリズム１５からの画像を重ね合わせて前記対物レンズ５に入射させる。また、照明系１３は、落射照明用光源２３ と、前記対物レンズ５と撮像手段６との間の光軸上に配置され光源２３からの光を対物レンズ５方向へ反射させるとともに、対物レンズ５を透過した光を透過させるビームスプリッタ４３とを含んで構成されている。
光源２３ から出射された光は、ビームスプリッタ４３で反射されたのち、対物レンズ５を経てキューブプリズム１６に入射される。ここで、光路ａと光路ｂとに分岐される。光路ａに分岐された光は、ペンタプリズム１４で２回反射されたのち、試料Ｗ１に照射される。光路ｂに分岐された光は、菱形プリズム１５で２回反射されたのち、試料Ｗ２ に照射される。各試料Ｗ１,Ｗ２ からの反射光は、同経路をたどりキューブプリズム１６で重ね合わされたのち、対物レンズ５を通じて撮像手段６で撮像される。
この構成によれば、ペンタプリズム１４および菱形プリズム１５をそれぞれ略中央を中心として回動調整すれば、各試料Ｗ１,Ｗ２ の画像がＸ方向に位置調整されるため、試料Ｗ１,Ｗ２ の対向面の画像を個別に位置調整しながら重ね合わすことができる。また、光源の数は、上記実施例より少なくてすむ。なお、反射率の異なる試料Ｗ１,Ｗ２ を観察する場合には、各光路ａ，ｂにＮＤフィルタ１７を設置すれば、最適な照度が得られる。
【００２６】
また、図１０に示すように、画像重ね合わせ光学系１１に代えて、試料Ｗ１，Ｗ２  の対向面の画像を交互に対物レンズ５に入射させる可動ミラー１８を設けるとともに、撮像手段６によって撮像された対向面の画像（交互に取り込まれた画像）を記憶し互いに重ね合わせて表示する記憶表示手段１９を設けても、同様な効果が得られる。なお、ここでは、図９のペンタプリズム１４および菱形プリズム１５の機能をミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４  で構成してある。また、照明系は、図示省略してあるが、図９の照明系１３  と同じである。
この場合には、可動ミラー１８を二点鎖線の状態に切り換えておくと、試料Ｗ１  の反射光はミラーＭ１，Ｍ２  で反射されたのち、対物レンズ５によって結像される。このときの画像を撮像手段６で撮像し、記憶表示手段１９に記憶しておく。次に、可動ミラー１８を実線の状態に切り換えると、試料Ｗ２  の反射光はミラーＭ３，Ｍ４  および可動ミラー１８で反射されたのち、対物レンズ５によって結像される。従って、このときの画像を撮像手段６で撮像し、記憶表示手段１９に記憶しておき、先に記憶した画像と重ね合わせて表示する。
この構成によれば、プリズムなどを用いることなく構成できるから、光学系としてはより安価にできる。
【００２７】
また、上記実施例では、検査対象物とマスタとの画像を重ね合わせて観察しながら検査対象物の欠陥の有無を検出する場合について説明したが、本発明は、これに限らず、対向する２物体の対向面の画像を重ね合わせて観察するものであれば、全てに適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の画像重ね合わせ光学装置によれば、２物体の対向面の間隔が狭い場合でも２物体の対向面の画像を重ね合わせた状態で観察でき、しかも、安価にできるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の原理を説明するための図である。
【図２】同上実施例の外観を示す図である。
【図３】同上実施例の光照射ヘッドを示す分解斜視図である。
【図４】同上実施例の光照射ヘッドを示す要部を示す断面図である。
【図５】同上実施例のビームスプリッタプリズムユニットを示す斜視図である。
【図６】同上実施例のミラーユニットを示す断面図である。
【図７】同上実施例における画像のずれを調整する様子を示す図である。
【図８】同上実施例において、光反射面をミラーに置き換えた状態の図である。
【図９】本発明の他の実施例を示す図である。
【図１０】本発明の更に他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１１，１２      照明系
５          対物レンズ
６          撮像手段
１１        画像重ね合わせ光学系
１１１，１１２  画像重ね合わせ光学系
１２        ビームスプリッタプリズム
１２Ａ      ビームスプリッタ
１２Ｂ      光反射面
１３        ミラー
１４        ペンタプリズム
１５        菱形プリズム
１６        キューブプリズム
１８        可動ミラー
１９        記憶表示手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003559071.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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