(57)【要約】【課題】測定に要する時間の増加を招くことなく、被測定物の測定対象に対する光学的な設定の異なる複数の測定データを得ることのできる測定装置を提供する。【解決手段】撮像素子１７からのライン反射光Ｒｌの取得データに基づいて被測定物の表面形状を計測する測定装置１０である。ライン反射光Ｒｌを撮像素子１７の受光面に結像させる複数の結像光学系（３３、３４）と、ライン反射光Ｒｌを分岐して各結像光学系へと導く光束分岐機構３２とを備え、各結像光学系は、被測定物の測定対象に対する光学的な設定が互いに異なるものとされ、撮像素子１７は、受光面上において複数のセグメントが設定されているとともに各セグメントが複数の領域に区画され、各セグメントにおける少なくとも１つ以上の領域を受光領域とし、各結像光学系は、分岐されたライン反射光Ｒｌを撮像素子１７の受光面において互いに異なるセグメントの受光領域へと結像させる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
出射光学系によりライン光が照射された被測定物からのライン反射光を撮像素子で取得し、その取得した該ライン反射光の前記被測定物上での幾何学的な位置関係に基づいて、該被測定物の表面形状を計測する測定装置であって、
前記被測定物と前記撮像素子との間に設けられ、前記被測定物上での前記ライン光の形状を取得させるように、前記ライン反射光を前記撮像素子の受光面に結像させる複数の結像光学系と、
前記被測定物と前記各結像光学系との間に設けられ、前記ライン反射光を分岐して前記各結像光学系へと導く光束分岐機構と、を備え、
前記各結像光学系は、前記被測定物の測定対象に対する光学的な設定が互いに異なるものとされ、
前記撮像素子は、受光面上において複数のセグメントが設定されているとともに該各セグメントが複数の領域に区画され、前記各セグメントにおける少なくとも１つ以上の領域を受光領域とし、
前記各結像光学系は、前記光束分岐機構により分岐された前記ライン反射光を、前記撮像素子の前記受光面において互いに異なる前記セグメントの前記受光領域へと結像させることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記受光領域は、前記撮像素子の前記受光面での前記各セグメントにおいて出力処理が最初に行われる領域とされていることを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における高さ方向での測定可能範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における前記ライン光の延在方向での測定範囲であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項５】
前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における高さ方向での測定可能範囲と、前記被測定物における前記ライン光の延在方向での測定範囲と、の組み合わせであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の測定装置。
【請求項６】
前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、
前記光束分岐機構は、単一の波長の前記ライン反射光を前記各結像光学系の数に応じて分岐することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項７】
前記出射光学系は、複数の波長の光束で前記ライン光を生成し、
前記光束分岐機構は、複数の波長の前記ライン反射光を前記各結像光学系の数に応じて分岐することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項８】
前記各結像光学系から前記撮像素子の間には、前記各受光領域に対応された前記結像光学系からの前記ライン反射光のみの入射を可能とする入射制限機構が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の測定装置。
【請求項９】
前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、
前記入射制限機構は、遮光部材による前記各受光領域に応じた前記受光面の区画であることを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項１０】
前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、
前記入射制限機構は、導光手段による前記各受光領域への個別の光束の案内であることを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項１１】
前記出射光学系は、複数の波長の光束で前記ライン光を生成し、
前記入射制限機構は、特定の波長範囲のみの光束の透過を許すフィルタであることを特徴とする請求項８に記載の測定装置。
【請求項１２】
出射光学系によりライン光が照射された被測定物からのライン反射光を受光光学系の撮像素子で取得し、その取得した該ライン反射光の前記被測定物上での幾何学的な位置関係に基づいて、該被測定物の表面形状を計測する測定装置であって、
前記撮像素子は、受光面上において複数のセグメントが設定され、
前記受光光学系は、前記被測定物上での前記ライン光の形状を取得させるように、前記ライン反射光を分岐して前記撮像素子の前記受光面において互いに異なる前記セグメントへと結像させることを特徴とする測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の測定装置に関し、特に、ライン光を用いて被測定物を測定する測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ウェハには、各電子部品における配線のために、半田等で形成されたボール状の端子（以下、バンプという）を設けるものが知られている。このものでは、各電子部品における検査の１つとして、切り出される前のウェハの状態において各バンプの高さ寸法を測定する。このようなバンプの高さ寸法の測定には、被測定物としてのウェハに、ライン状のレーザ光等（以下、ライン光という）を照射し、そのライン光が照射された箇所を撮像素子で撮像し、そこからの撮像データに基づいて、ウェハの各所における高さ寸法すなわち各バンプ等の高さ寸法を測定する測定装置を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照）。この測定装置では、撮像素子と被測定物との間に、ライン光が照射された箇所を当該撮像素子が撮像することを可能すべく設定された結像光学系が設けられている。
【０００３】
ところで、このような被測定物の測定では、被測定物（上記した例ではウェハ）の製造効率の観点から、測定に要する時間をできる限り短くしつつ所定の精度を確保することが要求される。このため、上記した結像光学系は、測定に要する時間をできる限り短くしつつ所定の精度を確保する観点から、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ）に対する光学的な設定が決定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２６６５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記した測定装置では、結像光学系における被測定物の測定対象に対する光学的な設定に応じた測定データしか得ることができない。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、測定に要する時間の増加を招くことなく、被測定物の測定対象に対する光学的な設定の異なる複数の測定データを得ることのできる測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明は、出射光学系によりライン光が照射された被測定物からのライン反射光を撮像素子で取得し、その取得した該ライン反射光の前記被測定物上での幾何学的な位置関係に基づいて、該被測定物の表面形状を計測する測定装置であって、前記被測定物と前記撮像素子との間に設けられ、前記被測定物上での前記ライン光の形状を取得させるように、前記ライン反射光を前記撮像素子の受光面に結像させる複数の結像光学系と、前記被測定物と前記各結像光学系との間に設けられ、前記ライン反射光を分岐して前記各結像光学系へと導く光束分岐機構と、を備え、前記各結像光学系は、前記被測定物の測定対象に対する光学的な設定が互いに異なるものとされ、前記撮像素子は、受光面上において複数のセグメントが設定されているとともに該各セグメントが複数の領域に区画され、前記各セグメントにおける少なくとも１つ以上の領域を受光領域とし、前記各結像光学系は、前記光束分岐機構により分岐された前記ライン反射光を、前記撮像素子の前記受光面において互いに異なる前記セグメントの前記受光領域へと結像させることを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の測定装置であって、前記受光領域は、前記撮像素子の前記受光面での前記各セグメントにおいて出力処理が最初に行われる領域とされていることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の測定装置であって、前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における高さ方向での測定可能範囲であることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の測定装置であって、前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における前記ライン光の延在方向での測定範囲であることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の測定装置であって、前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における高さ方向での測定可能範囲と、前記被測定物における前記ライン光の延在方向での測定範囲と、の組み合わせであることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の測定装置であって、前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記光束分岐機構は、単一の波長の前記ライン反射光を前記各結像光学系の数に応じて分岐することを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の測定装置であって、前記出射光学系は、複数の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記光束分岐機構は、複数の波長の前記ライン反射光を前記各結像光学系の数に応じて分岐することを特徴とする。
【００１４】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の測定装置であって、前記各結像光学系から前記撮像素子の間には、前記各受光領域に対応された前記結像光学系からの前記ライン反射光のみの入射を可能とする入射制限機構が設けられていることを特徴とする。
【００１５】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の測定装置であって、前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記入射制限機構は、遮光部材による前記各受光領域に応じた前記受光面の区画であることを特徴とする。
【００１６】
請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の測定装置であって、前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記入射制限機構は、導光手段による前記各受光領域への個別の光束の案内であることを特徴とする。
【００１７】
請求項１１に記載の発明は、請求項８に記載の測定装置であって、前記出射光学系は、複数の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記入射制限機構は、特定の波長範囲のみの光束の透過を許すフィルタであることを特徴とする。
【００１８】
請求項１２に記載の発明は、出射光学系によりライン光が照射された被測定物からのライン反射光を受光光学系の撮像素子で取得し、その取得した該ライン反射光の前記被測定物上での幾何学的な位置関係に基づいて、該被測定物の表面形状を計測する測定装置であって、前記撮像素子は、受光面上において複数のセグメントが設定され、前記受光光学系は、前記被測定物上での前記ライン光の形状を取得させるように、前記ライン反射光を分岐して前記撮像素子の前記受光面において互いに異なる前記セグメントへと結像させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の測定装置によれば、一度の測定動作すなわち一度の走査で、結像光学系の個数に応じた複数の測定データを得ることができる。このとき、複数の測定データを得るために、各結像光学系を経た各ライン反射光を、撮像素子の受光面における互いに異なる受光領域に結像させる構成であることから、これらの複数の測定データは、撮像素子において高速でかつ同時に処理することができるので、測定に要する時間の増大を防止することができる。
【００２０】
上記した構成に加えて、前記受光領域は、前記撮像素子の前記受光面での前記各セグメントにおいて出力処理が最初に行われる領域とされていることとすると、撮像素子において、複数の測定データを、極めて高速でかつ同時に処理することができるので、測定に要する時間の増大をより効果的に防止することができる。
【００２１】
上記した構成に加えて、前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における高さ方向での測定可能範囲であることとすると、被測定物における高さ方向での測定可能範囲の異なる複数の測定データを一度の測定動作すなわち一度の走査で得ることができる。このため、測定精度を低下させることなく実質的な高さ方向での測定可能範囲すなわち倍率を拡げることができる。
【００２２】
上記した構成に加えて、前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における前記ライン光の延在方向での測定範囲であることとすると、被測定物におけるライン光の延在方向での測定範囲の異なる複数の測定データを一度の測定動作すなわち一度の走査で得ることができる。このため、測定精度を低下させることなく、ライン光の延在方向での測定範囲すなわち分解能を拡げることができるので、結果として被測定物に対する走査の回数を減らすことができ、全体としての検査速度（スループット）を高めることができる。
【００２３】
上記した構成に加えて、前記各結像光学系における前記被測定物の前記測定対象に対する光学的な設定とは、前記被測定物における高さ方向での測定可能範囲と、前記被測定物における前記ライン光の延在方向での測定範囲と、の組み合わせであることとすると、被測定物における高さ方向での測定可能範囲と、ライン光の延在方向での測定範囲と、が任意の組み合わされた互いに異なる複数の測定データを、一度の測定動作すなわち一度の走査で得ることができる。このため、対応する被測定物の自由度を高めることができる。
【００２４】
上記した構成に加えて、前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記光束分岐機構は、単一の波長の前記ライン反射光を前記各結像光学系の数に応じて分岐することとすると、単一の光源とすることができるので、簡易な構成とすることができる。
【００２５】
上記した構成に加えて、前記出射光学系は、複数の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記光束分岐機構は、複数の波長の前記ライン反射光を前記各結像光学系の数に応じて分岐することとすると、複数の波長の異なるライン反射光に基づいて各測定データを得ることから、光伝達効率の向上に伴って各測定データの信頼性を高めることができる。
【００２６】
上記した構成に加えて、前記各結像光学系から前記撮像素子の間には、前記各受光領域に対応された前記結像光学系からの前記ライン反射光のみの入射を可能とする入射制限機構が設けられていることとすると、各結像光学系に応じた、すなわち被測定物の測定対象に対する光学的な設定の異なる測定データをそれぞれより適切に得ることができる。
【００２７】
上記した構成に加えて、前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記入射制限機構は、遮光部材による前記各受光領域に応じた前記受光面の区画であることとすると、簡易な構成で各測定データの信頼性を高めることができる。
【００２８】
上記した構成に加えて、前記出射光学系は、単一の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記入射制限機構は、導光手段による前記各受光領域への個別の光束の案内であることとすると、簡易な構成で各測定データの信頼性を高めることができる。
【００２９】
上記した構成に加えて、前記出射光学系は、複数の波長の光束で前記ライン光を生成し、前記入射制限機構は、特定の波長範囲のみの光束の透過を許すフィルタであることとすると、より簡易な構成で各測定データの信頼性をより高めることができる。
【００３０】
出射光学系によりライン光が照射された被測定物からのライン反射光を受光光学系の撮像素子で取得し、その取得した該ライン反射光の前記被測定物上での幾何学的な位置関係に基づいて、該被測定物の表面形状を計測する測定装置であって、前記撮像素子は、受光面上において複数のセグメントが設定され、前記受光光学系は、前記被測定物上での前記ライン光の形状を取得させるように、前記ライン反射光を分岐して前記撮像素子の前記受光面において互いに異なる前記セグメントへと結像させることとすると、測定に要する時間の増加を招くことなく複数の測定情報（測定データ）を同時に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本願発明に係る測定装置１０の構成を示すブロック図である。
【図２】測定装置１０における被測定物（ウェハ１６）に対する光学系１１の関係を模式的に示す説明図である。
【図３】測定装置１０において、ステージ１２上での被測定物（ウェハ１６）のスライド移動の様子を説明するための模式的な説明図である。
【図４】測定装置１０での測定を説明するために被測定物（ウェハ１６）上での測定対象とライン光Ｌとの関係を模式的に示す説明図である。
【図５】図４で得られた測定結果が可視化された図形として表示部１４に表示された様子を模式的に示す説明図であり、（ａ）は図４の第１ライン反射光Ｒｌ１に対応し、（ｂ）は図４の第２ライン反射光Ｒｌ２に対応し、（ｃ）は図４のライン光Ｌ３に対応し、（ｄ）は図４のライン光Ｌ４に対応し、（ｅ）は図４のライン光Ｌ５に対応している。
【図６】撮像素子１７の構成を説明するための説明図である。
【図７】実施例１の光学系１１１における受光光学系３６１を模式的に示す構成図である。
【図８】測定装置１０１での測定を説明するために被測定物（ウェハ１６）上での測定対象（バンプ１９ｃ、１９ｄ）の様子を模式的に示す説明図である。
【図９】図８の測定対象（バンプ１９ｃ、１９ｄ）に対する測定データを可視化した図形として表示部１４に表示した様子を模式的に示す説明図であり、（ａ）は第１光路ｗ１側から得られた測定データを示し、（ｂ）は第２光路ｗ２側から得られた測定データを示し、（ｃ）は両者を合成した様子を示している。
【図１０】実施例２の光学系１１２における受光光学系３６２を模式的に示す構成図である。
【図１１】実施例３の測定装置１０３における被測定物（ウェハ１６）に対する光学系１１３の関係を模式的に示す図２と同様の説明図である。
【図１２】光学系１１３における受光光学系３６３を模式的に示す構成図である。
【図１３】撮像素子１７に設けられたフィルタ５２を説明するために模式的に示す説明図である。
【図１４】光学系１１４における受光光学系３６４を模式的に示す構成図である。
【図１５】第１結像光学系３３´と第２結像光学系３４´とで被測定物に対する分解能が違う設定とされた様子を示す模式的な説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本願発明に係る測定装置の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００３３】
先ず、本願発明に係る測定装置の概念について説明する。図１は、本願発明に係る測定装置１０の構成を示すブロック図である。図２は、測定装置１０における被測定物（ウェハ１６）に対する光学系１１の関係を模式的に示す説明図である。図３は、測定装置１０において、ステージ１２上での被測定物（ウェハ１６）のスライド移動の様子を説明するための模式的な説明図である。図４は、測定装置１０での測定を説明するために被測定物（ウェハ１６）上での測定対象とライン光Ｌとの関係を模式的に示す説明図である。図５は、図４で得られた測定結果が可視化された図形として表示部１４に表示された様子を模式的に示す説明図であり、（ａ）は図４の第１ライン反射光Ｒｌ１に対応し、（ｂ）は図４の第２ライン反射光Ｒｌ２に対応し、（ｃ）は図４のライン光Ｌ３に対応し、（ｄ）は図４のライン光Ｌ４に対応し、（ｅ）は図４のライン光Ｌ５に対応している。図６は、撮像素子１７の構成を説明するための説明図である。なお、各図および以下の説明では、ステージ１２の載置面をＸ−Ｙ平面とし、そこに直交する方向をＺ方向とし、ステージ１２に載置された被測定物（ウェハ１６）のスライド移動方向をＹ方向としている。また、撮像素子１７の受光面１８上で見て、ステージ１２におけるＸおよびＺ方向に対応する各方向を、Ｘ´およびＺ´方向とし、Ｘ´−Ｚ´平面に直交する方向をＹ´方向としている。
【００３４】
本願発明に係る測定装置１０は、単一のライン光の照射による光てこ方式を採用した測定方法を行うものであり、基本的な概念としては、測定に要する時間の増加を招くことなく複数の測定情報（測定データ）を同時に得ることを目的とし、出射光学系によりライン光が照射された被測定物からのライン反射光を受光光学系の撮像素子で取得し、その取得したライン反射光の被測定物上での幾何学的な位置関係に基づいて、被測定物の表面形状を計測するものであって、受光光学系において、受光面上に複数のセグメントが設定された撮像素子を採用し、被測定物上でのライン光の形状を取得させるように、ライン反射光を分岐して撮像素子の受光面において互いに異なるセグメントへと結像させるものである。より具体的には、測定装置１０は、測定に要する時間の増加を招くことなく、被測定物の測定対象に対する光学的な設定の異なる複数の測定情報（測定データ）を同時に得ることを可能とするものである。この測定装置１０は、図１に示すように、光学系１１とステージ１２とメモリ１３と表示部１４と制御部１５とを備える。
【００３５】
光学系１１は、図２に示すように、出射光学系３５で、後述するステージ１２上に載置された被測定物（後述するウェハ１６）にＸ方向に延在するライン光Ｌ（図３参照）を照射するとともに、受光光学系３６で、被測定物上でのライン光Ｌの形状の取得を可能とするように、表面にライン光Ｌが照射された被測定物からの反射光であるライン反射光Ｒｌを撮像素子１７の受光面１８上の所定の領域（後述する受光領域）に結像する。この光学系１１は、被測定物上のライン光Ｌとの幾何学的な位置関係に基づいて、被測定物の表面におけるライン光Ｌの形状、すなわちライン光Ｌに沿った被測定物（その位置座標）の計測を可能とするための情報を撮像素子１７に取得させるものである。この光学系１１の構成については後に詳述する。
【００３６】
ステージ１２は、図３に示すように、出射光学系３５（図２参照）からのライン光Ｌによる被測定物上の照射位置を変更すべく、載置された被測定物をＹ方向へとスライド移動させるものである。この例では、被測定物としてウェハ１６がステージ１２上に載置されている。これは、ウェハ１６には、そこから生成される各電子部品における配線のために、半田等で形成されたボール状の端子（以下、バンプ１９（図４参照）という）が設けられるものがあり、各電子部品の品質管理のために各バンプ１９の高さ寸法を管理することが求められることによる。このため、この例では、測定対象がウェハ１６に設けられた各バンプ１９（その高さ寸法）となる。
【００３７】
ステージ１２上では、ウェハ１６がＹ方向へと移動される（矢印Ａ１参照）ことにより、ライン光Ｌによるウェハ１６（その表面）上の照射位置が移動方向Ａ１とは逆側へと移動する（矢印Ａ２参照）。このため、ステージ１２上にウェハ１６を載置することにより、当該ウェハ１６において、ライン光Ｌの幅寸法でＹ方向へと延在させた領域を照射することができ、それに合わせて受光光学系３６で適宜ライン反射光Ｒｌを取得することによりライン光Ｌ上での当該取得した範囲をＹ方向へと延在させた領域（一点鎖線参照）の測定を行うこと（走査すること）ができる。
【００３８】
このため、測定装置１０では、受光光学系３６によるライン光Ｌ（Ｘ方向）上でのライン反射光Ｒｌを取得した範囲と、ステージ１２に載置されたウェハ１６の位置と、の関係をＸ方向に相対的に変化させて上記した測定動作（走査）を繰り返すことにより、ウェハ１６の全領域を測定することができることとなる。このステージ１２は、制御部１５の制御下で、ウェハ１６のＹ方向での測定位置間隔と、撮像素子１７における処理速度と、に基づいて移動速度を設定し、その移動速度でウェハ１６をスライド移動させる。
【００３９】
メモリ１３は、制御部１５の制御下で、撮像素子１７から出力された電気信号（各画素データ）に基づく測定データが、適宜格納されるとともに適宜読み出される。表示部１４は、制御部１５の制御下で、メモリ１３に格納された測定データを数値または可視化された図形（図５参照）として、表示する。
【００４０】
制御部１５は、ウェハ１６（被測定物）のＹ方向での測定位置間隔と、撮像素子１７における処理速度と、に基づいてウェハ１６のスライド移動速度を設定し、当該速度での駆動信号をステージ１２へ向けて出力するとともに、そのスライド移動に同期させた電気信号（各画素データ）の出力ための信号を撮像素子１７へ向けて出力する。また、制御部１５は、撮像素子１７から出力された電気信号（各画素データ）を、被測定物上のライン光Ｌとの幾何学的な位置関係に基づいて、被測定物の表面におけるライン光Ｌの形状、すなわち被測定物のライン光Ｌ上での位置座標としての測定データに変換する。さらに、制御部１５は、メモリ１３に格納した測定データを適宜読み出して、数値または可視化された図形（図５参照）として、表示部１４に表示させる。
【００４１】
制御部１５は、ステージ１２上で設定した移動速度でウェハ１６をスライド移動させつつ、光学系１１を経て撮像素子１７から出力された電気信号（各画素データ）に基づく測定データを生成することにより、ウェハ１６の３次元計測が可能となる。この測定データを可視化した図形の一例を以下で説明する。
【００４２】
先ず、図４に示すように、被測定物としてのウェハ１６上に、２つのバンプ１９（以下、バンプ１９ａ、１９ｂとする）が設けられているものとすると、ステージ１２上でウェハ１６がＹ方向へとスライド移動されることにより、ライン光Ｌにより照射される箇所は、符号Ｌ１から符号Ｌ５へ向けて相対的に移動する。すると、光学系１１の受光光学系３６を経て取得される測定データは、ライン光Ｌ１に対して、図５（ａ）で示すように、平坦な線２０すなわちＸ´方向の位置に拘らずＺ´方向への変位がないものとなり、ライン光Ｌ２に対して、図５（ｂ）で示すように、バンプ１９ａの中腹の形状に応じた小さな隆起箇所２０ａと、バンプ１９ｂの中腹の形状に応じた隆起箇所２０ｂとを有する線２０となり、ライン光Ｌ３に対して、図５（ｃ）で示すように、バンプ１９ａの頂点の形状に応じた隆起箇所２０ｃと、バンプ１９ｂの頂点の形状に応じた大きな隆起箇所２０ｄとを有する線２０となり、ライン光Ｌ４に対して、図５（ｄ）で示すように、バンプ１９ａの中腹の形状に応じた小さな隆起箇所２０ｅと、バンプ１９ｂの中腹の形状に応じた隆起箇所２０ｆとを有する線２０となり、ライン光Ｌ５に対して、図５（ｅ）で示すように、平坦な線２０となる。このように、ステージ１２上で被測定物（ウェハ１６）を設定された移動速度でスライド移動させつつ、光学系１１を経て撮像素子１７から出力された電気信号（各画素データ）に基づく測定データを適宜生成することにより、被測定物（ウェハ１６）の３次元での計測を行うとともに、表示部１４に可視化した図形として表示させることができる。なお、この可視化した図形における各点（Ｘ´、Ｚ´座標）の数値データに、ステージ１２上での被測定物（ウェハ１６）のスライド移動位置（Ｙ方向）の数値データを組み合わせたものが、数値としての測定データとなる。ここで、ステージ１２上の被測定物（ウェハ１６）でのＺ方向の高さ寸法は、撮像素子１７の受光面１８上でのＺ´方向の座標位置（高さ寸法）を用いて、次式（１）で表すことができる。なお、式（１）では、バンプ１９ｂの高さ寸法をΔｈ（図４参照）とし、受光面１８上でのバンプ１９ｂの頂点の座標をＺｄ´（図５（ｃ）参照）とし、受光面１８上での被測定物の平坦位置の座標をＺ０´（図５（ｃ）参照）とし、出射光学系３５からのライン光Ｌのステージ１２上の被測定物（ウェハ１６）に対する入射角をθ（図２参照）として、結像光学系（３３、３４）のＺ方向（Ｚ´方向）での倍率が等倍とされているものとする。
【００４３】
Δｈ＝２（Ｚｄ´−Ｚ０´）ｓｉｎθ・・・・・・（１）
このように、受光面１８上での座標位置から、ステージ１２上の被測定物（ウェハ１６）でのＺ方向の高さ寸法を求めることができる。
【００４４】
次に、光学系１１の構成について説明する。光学系１１は、図２に示すように、光源３０とコリメートレンズ３１と光束分岐機構３２と第１結像光学系３３と第２結像光学系３４と撮像素子１７とを有する。
【００４５】
光源３０は、ライン光Ｌのための光束を出射するものであり、例えば、レーザーダイオード等で構成することができる。コリメートレンズ３１は、光源３０から出射された光束を、所定の幅（Ｘ方向）寸法のライン状にウェハ１６（被測定物）上を照射するライン光Ｌ（図３等参照）に変換するものであり、例えば、シリンドリカルレンズ等を用いて構成することができる。このため、光学系１１では、光源３０とコリメートレンズ３１とが、出射光学系３５を構成している。
【００４６】
光束分岐機構３２は、ウェハ１６（被測定物）からの反射光であるライン反射光Ｒｌを２つに分割する（一方をＲｌ１とし、他方をＲｌ２とする）ものであり、例えば、ハーフミラーや波長分離ミラーを用いて構成することができる。ここでいうライン反射光Ｒｌとは、ウェハ１６（被測定物）上でのライン光Ｌの形状（図４参照）の情報を有するものをいう。
【００４７】
第１結像光学系３３および第２結像光学系３４は、それぞれが光束分岐機構３２により分割された第１ライン反射光Ｒｌ１、Ｒｌ２の一方に対応するものであり、図３に示すように、ウェハ１６の表面におけるライン光Ｌの形状、すなわちライン光Ｌに沿った被測定物（その位置座標）の計測を可能とするように、被測定物の表面に照射されたライン光Ｌからの反射光であるライン反射光Ｒｌを撮像素子１７の受光面１８上に結像する。この第１結像光学系３３および第２結像光学系３４は、ステージ１２に載置されたウェハ１６（そこに照射されたライン光Ｌ）と、撮像素子１７の受光面１８との幾何学的な位置関係と、に基づいて、各種レンズを用いて適宜構成することができる。このため、光学系１１では、光束分岐機構３２と第１結像光学系３３と第２結像光学系３４と撮像素子１７とが、受光光学系３６を構成している。
【００４８】
この第１結像光学系３３と第２結像光学系３４とでは、後述するように、撮像素子１７の受光面１８において設定された互いに異なる各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）の第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）（図６参照）上に第１ライン反射光Ｒｌ１、Ｌ２を結像させるものとされている。また、第１結像光学系３３と第２結像光学系３４とでは、撮像素子１７の受光面１８（受光領域となる各第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１））から見た、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）に対する光学的な設定が、互いに異なるものとされている。この光学的な設定とは、被測定物の測定対象の測定可能範囲（倍率）および／または被測定物に対する分解能等をいう。ここでいう測定対象の測定可能範囲（倍率）とは、ステージ１２上に載置された被測定物（ウェハ１６）のＺ方向で見た大きさ寸法の測定可能な範囲を示し、撮像素子１７の受光面１８（後述する各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）の第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１））におけるＺ´方向の大きさ寸法（Ｚ´方向で見た画素数）に対する、ステージ１２上でのＺ方向の大きさ寸法で表すことができる。また、被測定物（その測定対象）に対する分解能とは、ステージ１２上に載置された被測定物（ウェハ１６）におけるライン光Ｌの延在方向（Ｘ方向）での測定範囲を示し、撮像素子１７の受光面１８（各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）の第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１））におけるＸ´方向の大きさ寸法（Ｘ´方向で見た画素数）に対する、ステージ１２上でのＸ方向の大きさ寸法で表すことができる。
【００４９】
撮像素子１７は、受光面１８上に結像された被写体像を電気信号（各画素データ）に変換して出力する固体撮像素子であり、例えばＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。この撮像素子１７は、受光面１８全体が画素(ピクセル)と呼ばれる格子状の領域に分割されており、デジタルデータである画素データの集合で構成される取得データを、電気信号として出力する。撮像素子１７は、ステージ１２上で見たＸ方向が受光面１８における横方向（以下、Ｘ´方向という）に対応し、かつＺ方向が受光面１８における縦方向（以下、Ｚ´方向という）に対応するように、光学系１１における位置関係が設定されている。このため、撮像素子１７の受光面１８（そこで取得された取得データ）では、第１結像光学系３３または第２結像光学系３４を経たライン反射光Ｒｌが基本的にＸ´方向に沿って延在する線状となり、被測定物（ウェハ１６）での高さ寸法（Ｚ方向）がＺ´方向への結像位置の変位として現れる。ここで、本願発明に係る測定装置１０では、画像データの処理を高速に行うことを可能とすべく、撮像素子１７として以下の機能を有するＣＭＯＳイメージセンサを用いている。なお、以下で述べる機能を有するセンサ（撮像素子）であれば他のセンサも用いることができる。
【００５０】
撮像素子１７では、図６に示すように、高速な画像データの処理を可能とすべく、受光面１８上において複数のセグメント（符号Ｓ１〜Ｓ４参照）が設定されており、各セグメントに対応した複数のレジスタ（符号Ｒ１〜Ｒ４参照）が設けられ、各セグメントが複数の領域に区画されている。以下では、撮像素子１７では、理解容易のために、４つのセグメント（以下では、第１セグメントＳ１〜第４セグメントＳ４とする）が設定されるとともに、４つのレジスタ（以下では、第１レジスタＲ１〜第４レジスタＲ４とする）が設けられているものとする。また、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）は、３つの領域（それぞれ第１、第２、第３領域とする）に区画されているものとする。各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における３つの領域は、各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）の容量に等しい容量とされている。各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）は、それぞれが個別の出力経路を有しており、撮像素子１７では、各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）から同時に信号を出力することができる。
【００５１】
撮像素子１７では、受光面１８の各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）において、受光面１８上に結像された被写体像のうち、先ず第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）の被写体像を電気信号（各画素データ）に変換し、当該電気信号（各画素データ）を対応する各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）へと一括して移動（シフト）して、各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）から電気信号（各画素データ）を出力し、次に、第２領域（Ｓ１２〜Ｓ４２）の被写体像を電気信号（各画素データ）に変換し、当該電気信号（各画素データ）を対応する各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）へと一括して移動（シフト）して、各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）から電気信号（各画素データ）を出力し、最後に第３領域（Ｓ１３〜Ｓ４３）の被写体像を電気信号（各画素データ）に変換し、当該電気信号（各画素データ）を対応する各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）へと一括して移動（シフト）して、各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）から電気信号（各画素データ）を出力する。このため、撮像素子１７では、回路構成を簡素化することと、受光面１８に結像された被写体像を電気信号（各画素データ）として出力する処理（以下では、取得データの出力処理という）を高速で行うことと、の双方を調和させつつ得ることができる。
【００５２】
また、撮像素子１７では、制御部１５の制御下で、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）からの電気信号（各画素データ）を、対応する各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）を介して出力するとともに、他の領域（第２、第３領域）からの電気信号（各画素データ）は出力しないものとすることにより、さらに高速な取得データの出力処理が可能となる。以下では、この出力処理に要する時間を撮像素子１７における最短の出力処理時間という。測定装置１０では、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）のための区画線をＸ´方向に沿うものとし、それぞれの領域のための区画線もＸ´方向に沿うものとしている。これは、上述したように、測定装置１０では、ステージ１２に載置された被測定物（ウェハ１６）のスライド移動による走査方向がＹ方向であることから、一度の走査（測定動作）における測定範囲がＸ方向（幅寸法）で見た撮像素子１７での取得範囲により規定されるが、ステージ１２でのＸ方向が受光面１８上ではＸ´方向に対応されていることから、受光面１８におけるＸ´方向の最大値を測定に利用することにより一度の走査（測定動作）における測定範囲を最大のものとすることができることによる。ここで、各レジスタＲｍ（ｍ＝１〜４）からは、同時に信号を出力することができることから、この例の撮像素子１７では、最大で、４つのセグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）からの電気信号（各画素データ）を、いずれか１つの第１領域から出力する場合と同等の処理時間で同時に出力すること、すなわち撮像素子１７における最短の出力処理時間で同時に出力することができる。
【００５３】
本願発明の一例としての測定装置１０では、このことを利用すべく撮像素子１７において、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）を受光面１８の受光領域として用いるものであり、上記した第１結像光学系３３および第２結像光学系３４は、互いに異なる第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）上に第１ライン反射光Ｒｌ１、第２ライン反射光Ｒｌ２を結像する。この例では、図２に示すように、第１結像光学系３３が第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１へと第１ライン反射光Ｒｌ１を導き、第２結像光学系３４が第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１へと第２ライン反射光Ｒｌ２を導くものとする。なお、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における各領域は、理解容易とするための例示であって、実際の撮像素子の受光面における位置関係と必ずしも一致するものではない。しかしながら、上述したように、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における各領域は、撮像素子１７の受光面１８においてＸ´方向の全幅に渡り延在している。このため、測定装置１０では、撮像素子１７の受光面１８において、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における各領域におけるＸ´方向の全幅を用いて測定することができる。
【００５４】
測定装置１０では、ステージ１２に載置されて適宜スライド移動されるウェハ１６（被測定物）上に、出射光学系３５からのライン光Ｌが照射されると、その反射光であるライン反射光Ｒｌが光束分岐機構３２により分岐され、その一方である第１ライン反射光Ｒｌ１が第１結像光学系３３を経て撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１上に結像され、他方である第２ライン反射光Ｒｌ２が第２結像光学系３４を経て撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１上に結像される。撮像素子１７は、制御部１５の制御下で、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１に対応する第２レジスタＲ２を介して、結像された第１ライン反射光Ｒｌ１に応じた電気信号（各画素データ）を制御部１５へと出力するとともに、第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１に対応する第３レジスタＲ３を介して、結像された第２ライン反射光Ｒｌ２に応じた電気信号（各画素データ）を制御部１５へと出力する。このとき、第１領域Ｓ２１に対応する第２レジスタＲ２からの出力と、第１領域Ｓ３１に対応する第３レジスタＲ３からの出力とは、同時に行われるとともにその処理に要する処理時間は、撮像素子１７における最短の出力処理時間に等しい。
【００５５】
このため、本願発明に係る測定装置１０では、撮像素子１７における最短の出力処理時間で、第１結像光学系３３を経た第１ライン反射光Ｒｌ１に応じた電気信号（各画素データ）と、第２結像光学系３４を経た第２ライン反射光Ｒｌ２に応じた電気信号（各画素データ）と、の２種類の電気信号（各画素データ）を、制御部１５へと出力することができる。
【００５６】
なお、この例では、２つの結像光学系（第１結像光学系３３および第２結像光学系３４）が設けられていたが、この結像光学系の数は撮像素子（その受光面）において設定されたセグメントの数まで増加させることができる。このとき、その結像光学系の数に応じて、ライン反射光Ｒｌを光束分岐機構３２で分岐する構成とし、各ライン反射光Ｒｌを各結像光学系へと導き、各結像光学系からのライン反射光Ｒｌを撮像素子の受光面における互いに異なる受光領域（上記した例では、各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）の各第１領域）へと結像させる構成とすればよい。ここで、以下の各実施例では、理解容易のために、この例と同様に２つに分岐した例を示すが、この例と同様に結像光学系の数は撮像素子（その受光面）において設定されたセグメントの数まで増加させることができる。
【００５７】
また、上記した例では、一例として、受光面１８上において、４つのセグメントが設定されるとともに各セグメントが３つの領域に区画されている撮像素子１７を示したが、１６のセグメントが設定されかつ各セグメントが８つの領域に区画されているＣＯＭＳセンサや、１２のセグメントが設定されかつ各セグメントが４つの領域に区画されているＣＯＭＳセンサや、１６のセグメントが設定されかつ各セグメントが４つの領域に区画されているＣＯＭＳセンサ等であってもよく、上記した例に限定されるものではない。
【００５８】
さらに、上記した例では、受光面１８の受光領域として各セグメントの第１領域を用いるものとしていたが、本願発明に係る測定装置１０では複数のセグメントが設定されて上述した機能を有する撮像素子１７を用いていることから、各セグメントにおいて総ての領域を受光面１８の受光領域として用いたとしても、上述した機能を有さない撮像素子を用いることに比較して遥かに高速での出力処理が可能であるので、各セグメントにおいて総ての領域を受光面１８の受光領域としてもよく、各セグメントにおける任意の数の領域を受光面１８の受光領域としてもよい。
【００５９】
ついで、上記した例では、受光面１８の受光領域として各セグメントの第１領域を用いるものとしていたが、例えば、各セグメントの第２領域からの電気信号（各画素データ）を用いるとともに、他の領域の（第１、第３領域）からの電気信号（各画素データ）は出力しないものとする等とすれば、各セグメントの第１領域のみを用いる場合と略等しい出力処理時間とすることができるので、各セグメントにおけるいずれの領域を受光面１８の受光領域として用いてもよい。このことから、上記したように、各セグメントにおける任意の数の領域を受光面１８の受光領域とする場合、対応するレジスタでの読み出しの順序に拘らず任意の領域を受光領域とすることができる。
【実施例１】
【００６０】
次に、本願発明に係る測定装置における受光光学系３６１の具体的な構成の一例である実施例１の測定装置１０１について説明する。なお、実施例１の測定装置１０１は、基本的な構成は上記した例の測定装置１０と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図７は、光学系１１１における受光光学系３６１を模式的に示す構成図である。図８は、測定装置１０１での測定を説明するために被測定物（ウェハ１６）上での測定対象（バンプ１９ｃ、１９ｄ）の様子を模式的に示す説明図である。図９は、図８の測定対象（バンプ１９ｃ、１９ｄ）に対する測定データを可視化した図形として表示部１４に表示した様子を模式的に示す説明図であり、（ａ）は第１光路ｗ１側から得られた測定データを示し、（ｂ）は第２光路ｗ２側から得られた測定データを示し、（ｃ）は両者を合成した様子を示している。
【００６１】
実施例１の測定装置１０１の光学系１１１では、出射光学系３５１が上記した例と同様に光源３０およびコリメートレンズ３１（図２参照）により構成されている。このため、測定装置１０１では、単一の光源３０から出射された単一の波長の光束がライン光Ｌとされて、ステージ１２上に載置されたウェハ１６（被測定物）に照射される。
【００６２】
この光学系１１１における受光光学系３６１は、分岐プリズム４１と第１レンズ４２と第２レンズ４３と第１反射プリズム４４と第２反射プリズム４５と導光手段４６と撮像素子１７とを有する。
【００６３】
分岐プリズム４１は、ウェハ１６により反射された光束を２つに分岐するための光束分岐機構（図２の符号３２参照）を構成するものであり、実施例１では、ライン光Ｌが単一の波長で構成されていることから、ハーフミラーが用いられている。この分岐プリズム４１は、ウェハ１６により反射されたＹ´方向へと進行する光束（ライン反射光Ｒｌ）をそのまま直進させる第１光路ｗ１と、第１光路ｗ１に直交する方向（Ｘ´−Ｚ´平面に沿う方向）へと進む第２光路ｗ２と、の２つに分岐する。以下では、第１光路ｗ１を進行するライン反射光Ｒｌを第１ライン反射光Ｒｌ１とし、第２光路ｗ２を進行するライン反射光Ｒｌを第２ライン反射光Ｒｌ２という。
【００６４】
この第１光路ｗ１には、第１レンズ４２と導光手段４６（後述する第１導光プリズム４７）とが設けられている。第１光路ｗ１では、分岐プリズム４１を透過した第１ライン反射光Ｒｌ１が、第１レンズ４２を経て導光手段４６（後述する第１導光プリズム４７）へと入射する。
【００６５】
また、第２光路ｗ２には、第２レンズ４３と第１反射プリズム４４と第２反射プリズム４５と導光手段４６（後述する第２導光プリズム４８）とが設けられている。この第２光路ｗ２では、分岐プリズム４１により第１光路ｗ１に直交する方向へと反射された第２ライン反射光Ｒｌ２が、第２レンズ４３を経て第１反射プリズム４４へと進行し、この第１反射プリズム４４によりＹ´方向へと反射されて第２反射プリズム４５へと進行し、この第２反射プリズム４５により第１光路ｗ１に直交する方向へと反射されて導光手段４６（後述する第２導光プリズム４８）へと入射する。
【００６６】
この導光手段４６は、第１光路ｗ１を進行してきた第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を進行してきた第２ライン反射光Ｒｌ２とを、撮像素子１７の受光面１８における互いに異なる受光領域に導くものである。ここでいう受光領域とは、撮像素子１７の受光面においてライン反射光Ｒｌ（その電気信号（各画素データ））を取得させるべく利用するセグメント毎の領域、すなわち各セグメントにおいて区画されたうちの少なくとも１つ以上の領域であり、全体としての検査速度（スループット）と検査精度との要請に応じて撮像素子１７での出力処理時間を勘案しつつ適宜設定される。この例では、撮像素子１７において極めて高速（撮像素子１７における最短の出力処理時間）でかつ同時に処理させるために、当該受光領域を撮像素子の受光面の各セグメントにおいて転送処理が最初に行われる領域としており、上記した例の撮像素子１７の受光面１８では各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）のいずれかとしている。この実施例１では、第１光路ｗ１を進行してきた第１ライン反射光Ｒｌ１を撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１へと導き、第２光路ｗ２を進行してきた第２ライン反射光Ｒｌ２を、撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１へと導く。
【００６７】
導光手段４６は、実施例１では、第１導光プリズム４７と第２導光プリズム４８とが上下（撮像素子１７で見たＺ´方向）に重ねられて構成されており、一方の端部４６ａに撮像素子１７の受光面１８が当接されている。第１導光プリズム４７は、薄い直方体形状の平坦な板状を呈する板ガラスであり、一方の端部４６ａ側の端面４７ａと他方側の端面４７ｂとが互いに平行である。第２導光プリズム４８は、薄い直方体形状の平坦な板状であって、一方の端部４６ａ側の端面４８ａは第１導光プリズム４７の端面４７ａと面一とされると同一平面となり、他方側の端面４８ｂが傾斜面とされている。この端面４８ｂは、実施例１では、第２光路ｗ２の構成、すなわち分岐プリズム４１、第１反射プリズム４４および第２反射プリズム４５と、撮像素子１７との位置関係に応じて、直交状態から４５度の傾斜角度の平面とされている。換言すると、第２反射プリズム４５により反射されてＺ´方向へと進行する第２ライン反射光Ｒｌ２を、撮像素子１７の受光面１８（そこの対応する受光領域）へと第２導光プリズム４８内を進行させるように、第１導光プリズム４７側の上辺が撮像素子１７へと近づく方向にＸ´−Ｚ´平面からＸ´方向を軸として４５度回動させた傾斜面とされている。端面４８ｂは、第２光路ｗ２において第２反射プリズム４５により反射されてＺ´方向へと進行する第２ライン反射光Ｒｌ２を第２導光プリズム４８内でＹ´方向へと反射する作用と、外方から端面４８ｂへと進行してきた意図しない光束（例えば、被測定物（ウェハ１６）側から端面４８ｂへと進行してきた光束等）が第２導光プリズム４８内へと入射することを阻む作用とを有する。この第１導光プリズム４７の端面４７ａは、少なくとも撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１よりも大きな面積とされ、第２導光プリズム４８の端面４８ａは、少なくとも撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１よりも大きな面積とされている。
【００６８】
また、導光手段４６は、撮像素子の受光面の各受光領域に、意図しない光が入射することを防ぐ役割を有する。ここで、導光手段４６は、互いに略直方体形状を呈する２つの板ガラス（４７、４８）が重ねられて構成されていることから、基本的には、その形状および材質に伴う各面での屈折もしくは全反射の作用により、各受光領域への意図しない光の入射を防止することができる。これは、受光光学系３６では、第１光路ｗ１等で生じたフレア光が第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１および／、または第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１に入射したり、第２光路ｗ２等で生じたフレア光が第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１および／、または第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１に入射したり、する虞があることから、特に効果的である。
【００６９】
さらに、実施例１では、図示は略すが、２つの板ガラス（４７、４８）の境界面に光吸収作用もしくは光散乱作用を有する遮光部が設けられている。この遮光部は、第１導光プリズム４７および第２導光プリズム４８における互いに当接される面の少なくとも一方に光吸収作用のある部材を塗布したり、当該面の少なくとも一方を光散乱作用のある面構成としたり、両板ガラス（４７、４８）の間に光吸収作用もしくは光散乱作用のある部材を配置することで容易に実現することができる。
【００７０】
この実施例１の受光光学系３６１では、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２とで、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の高さ方向（Ｚ方向）での測定可能範囲（倍率）のみが異なるものとされている。具体的には、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１では、撮像素子１７の受光面１８で見て、第１光路ｗ１における第１レンズ４２の作用により低倍率（第２ライン反射光Ｒｌ２に比べて）な設定とされ、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２では、第２光路ｗ２における第２レンズ４３の作用により高倍率（第１ライン反射光Ｒｌ１に比べて）な設定とされている。この実施例１では、一例として、第１光路ｗ１側では、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１におけるＺ´方向の高さ寸法（総画素数）がウェハ１６（図３参照）でのＺ方向の１００μｍに対応し、第２光路ｗ２側では、第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１におけるＺ´方向の高さ寸法（総画素数）がウェハ１６でのＺ方向の１０μｍに対応している。
【００７１】
また、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２とでは、ステージ１２上に載置されたウェハ１６におけるＸ方向の分解能（Ｘ方向で見た測定範囲）が等しくされている。換言すると、第１ライン反射光Ｒｌ１と第２ライン反射光Ｒｌ２とでは、ウェハ１６における同等の幅寸法が、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１および第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１におけるＸ´方向での同等の範囲に結像（反映）されている。このため、実施例１の受光光学系３６１では、第１レンズ４２が設けられた第１光路ｗ１が第１結像光学系３３１を構成し、第２レンズ４３が設けられた第２光路ｗ２が第２結像光学系３４１を構成している。なお、第２光路ｗ２側を倍率の高い構成としているのは、レンズの前後での光路長の比で倍率を変更することができることから、等しい構成のレンズであれば光路長が長い方が高い倍率を得ることが容易であることによる。なお、倍率は、レンズの特性と当該レンズ前後での光路長の比とで任意に設定できることから、光路長の長さに拘らず倍率を設定すればよく、例えば、実施例１の構成では第２光路ｗ２側を倍率の低いものとしてもよい。
【００７２】
実施例１の受光光学系３６１は、上記したように構成されていることから、測定装置１０１に搭載する際の設定および調整が容易である。これについて、以下で説明する。先ず、上記したように各部品を組み立てて受光光学系３６１を形成する。その後、測定装置１０１において、ステージ１２に載置されたウェハ１６の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように受光光学系３６１の位置を調整する。その後、その第１光路ｗ１から分岐プリズム４１により分岐される第２光路ｗ２を経る第２ライン反射光Ｒｌ２が第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１における基準位置に結像（入射）するように第２反射プリズム４５の位置を調整する（矢印Ａ３参照）。この第２反射プリズム４５の位置による調整は、Ｙ´方向正側へと移動させると受光面１８における結像が上方（Ｚ´方向正側）へと移動し、Ｙ´方向負側へと移動させると受光面１８における結像が下方（Ｚ´方向負側）へと移動する。また、Ｚ´方向回りに回動させることにより、第２導光プリズム４８内での第２ライン反射光Ｒｌ２のＹ´方向に対する進行方向（受光面１８への入射方向）を調整することができる。この調整は、測定装置１０１の製造時に行うことで、適切な測定を可能とすることができる。なお、この位置調整は、制御部１５が自動的に行う（例えば、ステージ１２上に基準としての被測定物を載置し、そこからのライン反射光Ｒｌを撮像素子１７で取得させることにより行う等）ものであってもよく、手動で行うものであってよい。
【００７３】
この上述した受光光学系３６１が採用された実施例１の測定装置１０１では、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができることから、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。これについて以下で説明する。
【００７４】
図８に示すように、被測定物であるウェハ１６に、大きさ寸法が大きく異なる２つのバンプ１９ｃおよびバンプ１９ｄが存在するものとし、バンプ１９ｃの高さ寸法（Ｚ方向）が３μｍであるとし、バンプ１９ｄの高さ寸法（Ｚ方向）が６０μｍであるとする。
【００７５】
すると、第１光路ｗ１側（第１結像光学系３３１）から得られた測定データでは、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１におけるＺ´方向の高さ寸法（総画素数）がウェハ１６でのＺ方向の１００μｍに対応していることから、図９（ａ）に示すように、６０μｍであるバンプ１９ｄに対しては適正な測定可能範囲（倍率）であるので、６０μｍの測定結果を得ることができる。これに対し、３μｍであるバンプ１９ｃに対しては適正ではない測定可能範囲（倍率）である（バンプ１９ｃが小さ過ぎる）ので、図９（ａ）に示すように、ノイズとの判別ができずに測定できない、もしくは、極めて大きな誤差を含んだ測定結果（高さ寸法）となってしまう。
【００７６】
また、第２光路ｗ２側（第２結像光学系３４１）から得られた測定データでは、第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１におけるＺ´方向の高さ寸法（総画素数）が被測定物（ウェハ１６）でのＺ方向の１０μｍに対応していることから、図９（ｂ）に示すように、３μｍであるバンプ１９ｃに対しては適正な測定可能範囲（倍率）であるので、３μｍの測定結果を得ることができる。これに対し、６０μｍであるバンプ１９ｄに対しては適正ではない測定可能範囲（倍率）である（バンプ１９ｄが大き過ぎる）ので、図９（ｂ）に示すように、測定可能な高さ寸法の最大値以上であるという測定結果を得るのみで、高さ寸法を得ることができなくなってしまう。
【００７７】
ところが、測定装置１０１では、上記した双方の測定データを一度の走査（測定動作）で得ることができるので、第１光路ｗ１側と第２光路ｗ２側との双方の適切な測定結果（高さ寸法）を得ることができる。測定装置１０１では、このことを利用して、制御部１５の制御下で、表示部１４において測定データを可視化した図形として表示する際、図９（ｃ）に示すように、双方の測定結果（高さ寸法）を合成した図形として表示することが可能とされている。この双方の測定結果（高さ寸法）を合成した図形は、実施例１では、被測定物（ウェハ１６）でのＸ方向の分解能が等しくされていることから、何れの結像光学系から得られる測定データであっても同一の測定対象に対するＸ座標は等しくなるので、単純に、測定対象（この例では、バンプ１９ｃおよびバンプ１９ｄ）に対して適切な測定可能範囲（倍率）となる結像光学系から得られた測定データを図示すればよい。この例では、バンプ１９ｃに対しては第２光路ｗ２側から得られた測定データに基づく図形を表示し、バンプ１９ｄに対しては第１光路ｗ１側から得られた測定データに基づく図形を表示する。このとき、制御部１５では、測定対象（この例では、バンプ１９ｃおよびバンプ１９ｄ）に対して適切な測定可能範囲（倍率）となる結像光学系を選択することとなるが、例えば、測定データが測定可能な高さ寸法の範囲内であって大きな数値である結像光学系から優先的に選択すればよい。なお、この合成した図形では、実際の複数の測定対象における大きさ関係のイメージを損なわないように、測定データに基づいて表示する図形の大きさ関係を修正する構成であってもよい。これにより、実際の縮尺に応じた大きさ関係とは完全に合致するものではないが、一見して双方の高さ寸法を把握することができる。
【００７８】
実施例１の測定装置１０１では、Ｘ方向には同等の分解能でありつつ、Ｚ方向で見た測定可能範囲（倍率）が異なる２つの測定データを、一度の測定動作すなわち一度の走査で、得ることができる。このため、測定精度を低下させることなく実質的な測定可能範囲（倍率）を拡げることができる。このとき、２つの測定データを得るために、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１を、撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１に結像させ、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２を、撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１に結像させる構成であることから、当該２つの測定データは、撮像素子１７において極めて高速（撮像素子１７における最短の出力処理時間）でかつ同時に処理させることができるので、測定に要する時間の増大を招くことはない。
【００７９】
また、実施例１の測定装置１０１では、撮像素子１７の受光面１８に導光手段４６の一端側の端部４６ａが当接されていることから、導光手段４６による導光作用および外部からの入射防止作用により、撮像素子１７の受光面１８における各受光領域（実施例１では、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１および第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１）に対応された結像光学系を経たライン反射光Ｒｌのみを結像（入射）させることができる。これにより、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の結像光学系に応じた複数の測定データ（実施例１では測定可能範囲の異なる２つの測定データ）をそれぞれ適切に得ることができる。
【００８０】
さらに、実施例１の測定装置１０１では、受光光学系３６１として各部品（分岐プリズム４１、第１レンズ４２、第２レンズ４３、第１反射プリズム４４、第２反射プリズム４５、導光手段４６および撮像素子１７）を組み付けた後、被測定物（ウェハ１６）の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように受光光学系３６１の位置を調整しつつ搭載すれば、あとは第２反射プリズム４５の位置を調整するだけで、適切な測定を可能とすることができる。
【００８１】
実施例１の測定装置１０１では、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができ、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。このため、実質的に拡がった測定可能範囲（倍率）での測定結果を、一見して把握することができる。
【００８２】
したがって、実施例１の測定装置１０１では、測定に要する時間の増加を招くことなく、被測定物（ウェハ１６）の測定対象（各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の測定データを得ることができる。
【００８３】
なお、実施例１では、受光光学系３６１において、導光手段４６を用いて構成しているが、後述する実施例２で用いる遮光部４９を用いて構成してもよく、実施例１の構成に限定されるものではない。
【実施例２】
【００８４】
次に、本願発明に係る測定装置における受光光学系３６２の具体的な構成の他の例である実施例２の測定装置１０２について説明する。なお、実施例２の測定装置１０２は、基本的な構成は上記した例の測定装置１０および実施例１の測定装置１０１と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１０は、光学系１１２における受光光学系３６２を模式的に示す構成図である。
【００８５】
実施例２の測定装置１０２の光学系１１２において、上記した光学系１１と同様の出射光学系３５であり、単一の波長で構成されたライン光Ｌでウェハ１６（被測定物）を照射する。この光学系１１２の受光光学系３６２は、分岐プリズム４１と第１レンズ４２と第２レンズ４３と第１反射プリズム４４１と遮光部４９と撮像素子１７を有する。
【００８６】
この分岐プリズム４１は、実施例１の測定装置１０１と同様に、ウェハ１６により反射されてＹ´方向へと進行するライン反射光Ｒｌを、第１光路ｗ１を進行する第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を進行する第２ライン反射光Ｒｌ２と、の２つに分岐する。
【００８７】
この第１光路ｗ１には、第１レンズ４２が設けられている。第１光路ｗ１では、分岐プリズム４１を透過した第１ライン反射光Ｒｌ１が、第１レンズ４２を経て、撮像素子１７の受光面１８（その第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１）へと入射する。
【００８８】
また、第２光路ｗ２には、第２レンズ４３と第１反射プリズム４４１とが設けられている。この第２光路ｗ２では、分岐プリズム４１により第１光路ｗ１に直交する方向へと反射された第２ライン反射光Ｒｌ２が、第２レンズ４３を経て第１反射プリズム４４１へと進行し、この第１反射プリズム４４１により反射されて撮像素子１７の受光面１８（その第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１）へ入射する。
【００８９】
実施例２の受光光学系３６２では、導光手段を設けることに変えて遮光部４９が設けられている。これは、後述するように、第２光路ｗ２の調整が第１反射プリズム４４１のＸ´方向回りの回動となることから、導光手段を設けるよりも遮光部４９を設ける構成とした方が調整を容易なものとすることができることによる。このため、実施例１と同様に、導光手段を設けるものであってもよい。
【００９０】
遮光部４９は、撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１に第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１のみを結像させるとともに、撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１に第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２のみを結像させるものである。この遮光部４９は、光吸収作用ある板状の部材により構成され、第１光路ｗ１および第２光路ｗ２に干渉することなく第１光路ｗ１と第２光路ｗ２とを区画するように、一辺を受光面１８に当接させて設けられている。
【００９１】
この実施例２の受光光学系３６２でも、実施例１の受光光学系３６２と同様に、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２とで、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なるものとされている。このため、実施例２の受光光学系３６２では、第１レンズ４２が設けられた第１光路ｗ１が第１結像光学系３３２を構成し、第２レンズ４３が設けられた第２光路ｗ２が第２結像光学系３４２を構成している。
【００９２】
実施例２の受光光学系３６２は、上記したように構成されていることから、測定装置１０２に搭載する際の設定および調整が容易である。これについて、以下で説明する。先ず、上記したように各部品を組み立てて受光光学系３６２を形成する。その後、測定装置１０２において、ステージ１２に載置されたウェハ１６の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように受光光学系３６２の位置を調整する。その後、その第１光路ｗ１から分岐プリズム４１により分岐される第２光路ｗ２を経る第２ライン反射光Ｒｌ２が第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１における基準位置に結像（入射）するように第１反射プリズム４４１の回動姿勢を調整する（矢印Ａ４参照）。この第１反射プリズム４４１の回動姿勢による調整は、Ｘ´方向回りに回動させることにより、第２光路ｗ２を経る第２ライン反射光Ｒｌ２の結像（入射）位置を調整することができる。この調整は、測定装置１０２の製造時に行うことで、適切な測定を可能とすることができる。
【００９３】
この上述した受光光学系３６２が採用された実施例２の測定装置１０２では、実施例１の測定装置１０１と同様に、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができ、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。
【００９４】
実施例２の測定装置１０２では、Ｘ方向には同等の分解能でありつつ、Ｚ方向で見た測定可能範囲（倍率）が異なる２つの測定データを、一度の測定動作すなわち一度の走査で、得ることができる。このため、測定精度を低下させることなく実質的な測定可能範囲（倍率）を拡げることができる。このとき、２つの測定データを得るために、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１を、撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１に結像させ、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２を、撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１に結像させる構成であることから、当該２つの測定データは、撮像素子１７において極めて高速（撮像素子１７における最短の出力処理時間）でかつ同時に処理させることができるので、測定に要する時間の増大を招くことはない。
【００９５】
また、実施例２の測定装置１０２では、撮像素子１７の受光面１８に遮光部４９の一辺が当接されていることから、遮光部４９による遮光作用により、撮像素子１７の受光面１８における各受光領域（実施例２では、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１および第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１）に対応された結像光学系を経たライン反射光Ｒｌのみを結像（入射）させることができる。これにより、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の結像光学系に応じた測定データ（実施例２では測定可能範囲の異なる２つの測定データ）をそれぞれ適切に得ることができる。
【００９６】
さらに、実施例２の測定装置１０２では、受光光学系３６２として各部品（分岐プリズム４１、第１レンズ４２、第２レンズ４３、第１反射プリズム４４１、遮光部４９および撮像素子１７）を組み付けた後、被測定物（ウェハ１６）の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように受光光学系３６２の位置を調整しつつ搭載すれば、あとは第１反射プリズム４４１の回動姿勢を調整するだけで、適切な測定を可能とすることができる。
【００９７】
実施例２の測定装置１０２では、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができ、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。このため、実質的に拡がった測定可能範囲（倍率）での測定結果を、一見して把握することができる。
【００９８】
したがって、実施例２の測定装置１０２では、測定に要する時間の増加を招くことなく、被測定物（ウェハ１６）の測定対象（各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の測定データを得ることができる。
【実施例３】
【００９９】
次に、本願発明に係る測定装置における受光光学系３６３の具体的な構成の他の例である実施例３の測定装置１０３について説明する。なお、実施例３の測定装置１０３は、基本的な構成は上記した例の測定装置１０および実施例１の測定装置１０１と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１１は、実施例３の測定装置１０３における被測定物（ウェハ１６）に対する光学系１１３の関係を模式的に示す図２と同様の説明図である。図１２は、光学系１１３における受光光学系３６３を模式的に示す構成図である。図１３は、撮像素子１７に設けられたフィルタ５２を説明するために模式的に示す説明図である。
【０１００】
実施例３の測定装置１０３の光学系１１３は、図１１に示すように、出射光学系３５３が２つの光源３０３ａと光源３０３ｂと波長合成ミラー５０とコリメートレンズ３１により構成されている。この出射光学系３５３では、光源３０３ａと光源３０３ｂとが互いに異なる波長の光束を出射するものとされている。これは、後述するように光学系１１３の受光光学系３６３において、２つの結像光学系が設けられていることに伴う分岐プリズム４１によるライン反射光Ｒｌの分岐のためと、撮像素子１７の受光面１８の各受光領域へと選択的に入射させるためとの２つのことを目的とする。この光源３０３ａと光源３０３ｂとから出射された光束は、後述するように単一のライン光Ｌを生成するものであって、その被測定物（ウェハ１６）による反射光であるライン反射光Ｒｌを撮像素子１７にて受光する必要があることから、双方の波長は撮像素子１７における受光可能な波長領域（感度）内で互いに異なるものとされている。この実施例３では、上記した分岐および選択的な入射を可能とすることを前提として、できる限り近い波長とされている。これは、撮像素子１７における受光可能な波長領域（感度）が拡がるほど、当該撮像素子１７が高価なものとなることによる。なお、光源３０３ａと光源３０３ｂとは、使用する撮像素子１７における受光可能な波長領域（感度）内であって、互いの異なる波長を用いるものであればよく、実施例３に限定されるものではない。
【０１０１】
この出射光学系３５３では、光源３０３ａの出射光軸上に波長合成ミラー５０およびコリメートレンズ３１が設けられており、その光軸上にステージ１２上での照射位置が設定されている。光源３０３ｂは、出射した光束が、波長合成ミラー５０で反射されることにより光源３０３ａの出射光軸上を進行してコリメートレンズ３１へと向かう位置関係とされている。このため、波長合成ミラー５０は、光源３０３ａからの光束の透過を許し、かつ光源３０３ｂからの光束を反射する設定とされている。コリメートレンズ３１は、波長合成ミラー５０により同一の光軸上を進行する光源３０３ａからの光束および光源３０３ｂからの光束の双方を、ステージ１２に載置された被測定物（ウェハ１６）上を照射する単一のライン光Ｌに変換する。このため、測定装置１０３では、２つの光源３０３ａおよび光源３０３ｂから出射された２つの波長の光束が同一の光軸上でライン光Ｌとされて、ステージ１２上に載置された被測定物（ウェハ１６）に照射される。
【０１０２】
この光学系１１３における受光光学系３６３は、図１２に示すように、分岐プリズム４１３と第１レンズ４２と第２レンズ４３と第１反射プリズム４４と第２反射プリズム４５と結合プリズム５１とフィルタ５２と撮像素子１７とを有する。
【０１０３】
分岐プリズム４１３は、ウェハ１６（被測定物）により反射された光束（ライン反射光Ｒｌ）を２つに分岐するための光束分岐機構（図１１の符号３２参照）を構成するものであり、実施例３では、ライン光Ｌが２つの波長が合成されて構成されていることから、波長分離ミラーが用いられている。この分岐プリズム４１３は、実施例３では、光源３０３ａの波長の光速を透過しつつ、光源３０３ｂの波長の光速を反射するように、設定されている。分岐プリズム４１３は、被測定物（ウェハ１６）により反射されてＹ´方向へと進行するライン反射光Ｒｌを第１ライン反射光Ｒｌ１としてそのまま直進させる第１光路ｗ１と、第２ライン反射光Ｒｌ２として第１光路ｗ１に直交する方向（Ｘ´−Ｚ´平面に沿う方向）へと進行させる第２光路ｗ２と、の２つに分岐する。
【０１０４】
第１光路ｗ１には、第１レンズ４２と結合プリズム５１とが設けられている。この第１光路ｗ１では、分岐プリズム４１３を透過した第１ライン反射光Ｒｌ１が、第１レンズ４２を経て、結合プリズム５１へと入射する。
【０１０５】
また、第２光路ｗ２には、第２レンズ４３と第１反射プリズム４４と第２反射プリズム４５と結合プリズム５１とが設けられている。この第２光路ｗ２では、分岐プリズム４１３により第１光路ｗ１に直交する方向へと反射された第２ライン反射光Ｒｌ２が、第２レンズ４３を経て第１反射プリズム４４へと進行し、この第１反射プリズム４４によりＹ´方向へと反射されて第２反射プリズム４５へと進行し、この第２反射プリズム４５により第１光路ｗ１に直交する方向へと反射されて結合プリズム５１へと入射する。
【０１０６】
この結合プリズム５１は、第１光路ｗ１を進行してきた第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を進行してきた第２ライン反射光Ｒｌ２とを、極めて近い間隔でＹ´方向に沿って進行させて、撮像素子１７の受光面１８における互いに異なる受光領域（各セグメントＳｎ（ｎ＝１〜４）における第１領域（Ｓ１１〜Ｓ４１）のいずれか）に導くものである。この実施例３では、第１光路ｗ１を進行してきた第１ライン反射光Ｒｌ１を撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１へと導き、第２光路ｗ２を進行してきた第２ライン反射光Ｒｌ２を、撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１へと導く。結合プリズム５１は、実施例３では、光源３０３ａの波長の光速を透過しつつ、光源３０３ｂの波長の光速を反射するように、設定された波長分離ミラーが用いられている。なお、分岐プリズム４１３および結合プリズム５１は、第１ライン反射光Ｒｌ１および第２ライン反射光Ｒｌ２を上記したように導くことができるものであればよいことから、ハーフミラー等を用いて構成することもできる。
【０１０７】
この実施例３の受光光学系３６３では、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２とで、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の高さ方向（Ｚ方向）での測定可能範囲（倍率）のみが異なるものとされている。このため、実施例３の受光光学系３６３では、第１レンズ４２が設けられた第１光路ｗ１が第１結像光学系３３３を構成し、第２レンズ４３が設けられた第２光路ｗ２が第２結像光学系３４３を構成している。
【０１０８】
実施例３では、撮像素子１７の受光面１８にフィルタ５２が設けられている。このフィルタ５２は、撮像素子の受光面の各受光領域に、意図しない光が入射することを防ぐ役割を有する。すなわち、実施例３では、撮像素子１７の受光面１８において、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１には、第１結像光学系３３３を構成する第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１のみを入射させ、第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１には、第２結像光学系３４３を構成する第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２のみを入射させる。フィルタ５２は、図１３に示すように、上下２つの領域で異なる波長の透過を許す構成とされたバンドパスフィルタである。その上方領域５２ａは、光源３０３ａの波長を含む所定の範囲の波長の光速の透過を許しつつ、光源３０３ｂの波長を含む他の領域の波長の光束の透過を阻むものとされている。また、下方領域５２ｂは、光源３０３ｂの波長を含む所定の範囲の波長の光速の透過を許しつつ、光源３０３ａの波長を含む他の領域の波長の光束の透過を阻むものとされている。このフィルタ５２は、上方領域５２ａが少なくとも撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１を覆うことができ、かつ下方領域５２ｂが少なくとも撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１を覆うことができるものとされている。なお、このフィルタ５２は、上記した作用を得ることができるものであれば、一体的な構成であっても別個独立した構成であってもよく、実施例３に限定されるものではない。
【０１０９】
実施例３の受光光学系３６３は、上記したように構成されていることから、被測定物（ウェハ１６）の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように測定装置１０３での位置を調整し、その後、その第１光路ｗ１から分岐プリズム４１３により分岐される第２光路ｗ２を経る第２ライン反射光Ｒｌ２が第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１における基準位置に結像（入射）するように第２反射プリズム４５の位置を調整する（矢印Ａ５参照）ことにより、測定装置１０３での適切な測定を可能とすることができる。
【０１１０】
この上述した受光光学系３６３が採用された実施例３の測定装置１０３では、実施例１の測定装置１０１と同様に、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができ、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。
【０１１１】
実施例３の測定装置１０３では、Ｘ方向には同等の分解能でありつつ、Ｚ方向で見た測定可能範囲（倍率）が異なる２つの測定データを、一度の測定動作すなわち一度の走査で、得ることができる。このため、測定精度を低下させることなく実質的な測定可能範囲（倍率）を拡げることができる。このとき、２つの測定データを得るために、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１を、撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１に結像させ、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２を、撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１に結像させる構成であることから、当該２つの測定データは、撮像素子１７において極めて高速（撮像素子１７における最短の出力処理時間）でかつ同時に処理させることができるので、測定に要する時間の増大を招くことはない。
【０１１２】
また、実施例３の測定装置１０３では、ステージ１２上に載置された被測定物（ウェハ１６）を照射するライン光Ｌが波長の異なる２つの光源３０３ａ、３０３ｂから出射した光束により生成されているとともに、撮像素子１７の受光面１８にフィルタ５２が設けられていることから、フィルタ５２による波長選択作用により、撮像素子１７の受光面１８における各受光領域（実施例３では、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１および第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１）に対応された結像光学系を経たライン反射光Ｒｌのみを結像（入射）させることができる。これにより、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の結像光学系に応じた測定データ（実施例３では測定可能範囲の異なる２つの測定データ）をそれぞれ適切に得ることができる。
【０１１３】
さらに、実施例３の測定装置１０３では、受光光学系３６３として各部品（分岐プリズム４１３、第１レンズ４２、第２レンズ４３、第１反射プリズム４４、第２反射プリズム４５、結合プリズム５１および撮像素子１７）を組み付けた後、被測定物（ウェハ１６）の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように受光光学系３６３の位置を調整しつつ搭載すれば、あとは第２反射プリズム４５の位置を調整するだけで、適切な測定を可能とすることができる。
【０１１４】
実施例３の測定装置１０３では、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができ、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。このため、実質的に拡がった測定可能範囲（倍率）での測定結果を、一見して把握することができる。
【０１１５】
したがって、実施例３の測定装置１０３では、測定に要する時間の増加を招くことなく、被測定物（ウェハ１６）の測定対象（各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の測定データを得ることができる。
【実施例４】
【０１１６】
次に、本願発明に係る測定装置における受光光学系３６４の具体的な構成の一例である実施例４の測定装置１０４について説明する。なお、実施例４の測定装置１０４は、基本的な構成は上記した例の測定装置１０、実施例２の測定装置１０２および実施例３の測定装置１０３と同様であることから、等しい構成の個所には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。図１４は、光学系１１４における受光光学系３６４を模式的に示す構成図である。
【０１１７】
実施例４の測定装置１０４の光学系１１４における出射光学系３５４は、実施例３の測定装置１０３と同様に、２つの光源３０３ａと光源３０３ｂと波長合成ミラー５０とコリメートレンズ３１により構成されている（図１１参照）。
【０１１８】
実施例４の測定装置１０４の光学系１１４における受光光学系３６４は、分岐プリズム４１４と第１レンズ４２と第２レンズ４３と第１反射プリズム４４４とフィルタ５２と撮像素子１７とを有する。
【０１１９】
この分岐プリズム４１４は、実施例３の測定装置１０３の分岐プリズム４１３と同様に、光源３０３ａの波長の光速を透過しつつ光源３０３ｂの波長の光速を反射するように設定された波長分離ミラーが用いられ、被測定物（ウェハ１６）により反射されてＹ´方向へと進行するライン反射光Ｒｌを、第１光路ｗ１を進行する第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を進行する第２ライン反射光Ｒｌ２と、の２つに分岐する。
【０１２０】
第１光路ｗ１には、第１レンズ４２が設けられている。この第１光路ｗ１では、分岐プリズム４１４を透過した第１ライン反射光Ｒｌ１が、第１レンズ４２を経て、撮像素子１７の受光面１８（その第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１）へと入射する。
【０１２１】
また、第２光路ｗ２には、第２レンズ４３と第１反射プリズム４４４とが設けられている。この第２光路ｗ２では、分岐プリズム４１４により第１光路ｗ１に直交する方向へと反射された第２ライン反射光Ｒｌ２が、第２レンズ４３を経て第１反射プリズム４４４へと進行し、この第１反射プリズム４４４により反射されて撮像素子１７の受光面１８（その第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１）へと入射する。
【０１２２】
この実施例４の受光光学系３６４でも、実施例１の受光光学系３６１と同様に、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１と、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２とで、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なるものとされている。このため、実施例４の受光光学系３６４では、第１レンズ４２が設けられた第１光路ｗ１が第１結像光学系３３４を構成し、第２レンズ４３が設けられた第２光路ｗ２が第２結像光学系３４４を構成している。
【０１２３】
実施例４の受光光学系３６４では、実施例３の受光光学系３６３と同様に、撮像素子１７の受光面１８にフィルタ５２が設けられている。このフィルタ５２は、撮像素子の受光面の各受光領域に、意図しない光が入射することを防ぐ役割を有し、実施例４では、撮像素子１７の受光面１８において、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１には、第１結像光学系３３４を構成する第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１のみを入射させ、第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１には、第２結像光学系３４４を構成する第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２のみを入射させる。
【０１２４】
実施例４の受光光学系３６４は、上記したように構成されていることから、測定装置１０４に搭載する際の設定および調整が容易である。これについて、以下で説明する。先ず、各部品を組み立てて受光光学系３６４を形成する。その後、測定装置１０４において、ステージ１２に載置された被測定物（ウェハ１６）の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように受光光学系３６４の位置を調整する。その後、その第１光路ｗ１から分岐プリズム４１４により分岐される第２光路ｗ２を経る第２ライン反射光Ｒｌ２が第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１における基準位置に結像（入射）するように第１反射プリズム４４４の回動姿勢を調整する（矢印Ａ６参照）。この第１反射プリズム４４４の回動姿勢による調整は、Ｘ´方向回りに回動させることにより、第２光路ｗ２を経る第２ライン反射光Ｒｌ２の結像（入射）位置を調整することができる。この調整は、測定装置１０４の製造時に行うことで、適切な測定を可能とすることができる。
【０１２５】
この上述した受光光学系３６４が採用された実施例４の測定装置１０４では、実施例１の測定装置１０１と同様に、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができ、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。
【０１２６】
実施例４の測定装置１０４では、Ｘ方向には同等の分解能でありつつ、Ｚ方向で見た測定可能範囲（倍率）が異なる２つの測定データを、一度の測定動作すなわち一度の走査で、得ることができる。このため、測定精度を低下させることなく実質的な測定可能範囲（倍率）を拡げることができる。このとき、２つの測定データを得るために、第１光路ｗ１を経た第１ライン反射光Ｒｌ１を、撮像素子１７の受光面１８における第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１に結像させ、第２光路ｗ２を経た第２ライン反射光Ｒｌ２を、撮像素子１７の受光面１８における第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１に結像させる構成であることから、当該２つの測定データは、撮像素子１７において極めて高速（撮像素子１７における最短の出力処理時間）でかつ同時に処理させることができるので、測定に要する時間の増大を招くことはない。
【０１２７】
また、実施例４の測定装置１０４では、ステージ１２上に載置された被測定物（ウェハ１６）を照射するライン光Ｌが波長の異なる２つの光源３０３ａ、３０３ｂから出射した光束により生成されているとともに、撮像素子１７の受光面１８にフィルタ５２が設けられていることから、フィルタ５２による波長選択作用により、撮像素子１７の受光面１８における各受光領域（実施例３では、第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１および第３セグメントＳ３の第１領域Ｓ３１）に対応された結像光学系を経たライン反射光Ｒｌのみを結像（入射）させることができる。これにより、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の結像光学系に応じた測定データ（実施例４では測定可能範囲の異なる２つの測定データ）をそれぞれ適切に得ることができる。
【０１２８】
さらに、実施例４の測定装置１０４では、受光光学系３６４として各部品（分岐プリズム４１４、第１レンズ４２、第２レンズ４３、第１反射プリズム４４４、遮光部４９および撮像素子１７）を組み付けた後、被測定物（ウェハ１６）の基準位置からの反射光としてのライン反射光Ｒｌが、第１光路ｗ１を経て第２セグメントＳ２の第１領域Ｓ２１における基準位置に結像（入射）するように受光光学系３６４の位置を調整しつつ搭載すれば、あとは第１反射プリズム４４４の回動姿勢を調整するだけで、適切な測定を可能とすることができる。
【０１２９】
実施例４の測定装置１０４では、被測定物の測定対象（上記した例では各バンプ１９）の測定可能範囲（倍率）のみが異なる２つの測定データを同時に取得することができ、それぞれを別個にまたは同時にもしくは双方を合成して表示部１４に表示することが可能とされている。このため、実質的に拡がった測定可能範囲（倍率）での測定結果を、一見して把握することができる。
【０１３０】
したがって、実施例４の測定装置１０４では、測定に要する時間の増加を招くことなく、被測定物（ウェハ１６）の測定対象（各バンプ１９）に対する光学的な設定の異なる複数の測定データを得ることができる。
【０１３１】
なお、上記した各実施例では、撮像素子の受光面における各受光領域に応じて設けられた各結像光学系での被測定物の測定対象に対する光学的な設定の違いとして、被測定物の測定対象の測定可能範囲（倍率）が異なる例を示していたが、上記した各実施例に限定されるものではない。例えば、各結像光学系における被測定物の測定対象に対する光学的な設定の違いを、被測定物に対する分解能とすることができる。この被測定物に対する分解能とは、上述したように、ステージ１２上に載置された被測定物におけるＸ方向の大きさ寸法で見た測定範囲であるということができることから、図１５に示すように、低い分解能とされた第１結像光学系３３´を用いると広い測定範囲からの測定結果（測定データ）を得ることができるので被測定物（ウェハ１６）に対する走査の実行回数を減らすことができ、高い分解能とされた第２結像光学系３４´を用いるとより精度の高い測定結果（測定データ）を得ることができる。このような第１結像光学系３３´および第２結像光学系３４´は、ステージ１２に載置された被測定物（ウェハ１６）においてＸ方向に適宜拡大／縮小するものとすればよいことから、例えば、シリンドリカルレンズ等を用いて構成することができる。なお、この図１５は、被測定物に対する分解能の違いを理解容易とするための説明図であり、実際には、被測定物（ウェハ１６）からのライン反射光Ｒｌは光束分岐機構（図２および図１１の符号３２参照）を経て第１結像光学系３３´または第２結像光学系３４´へと導かれることとなる。
【０１３２】
また、各結像光学系における被測定物の測定対象に対する光学的な設定の違いとしては、被測定物の測定対象の測定可能範囲（倍率）と、被測定物に対する分解能と、の任意の組み合わせとすることもできる。この場合、各結像光学系は、ステージ１２に載置された被測定物（ウェハ１６）における２つの方向（Ｘ方向およびＺ方向）の倍率を任意に組み合わせて変更することから、例えば、２つのシリンドリカルレンズを用いて構成したり、トロイダル面や非球面レンズを用いて構成したりすればよい。また、２つの方向の倍率を等しくする場合、一般的なレンズを用いて構成することができる。
【０１３３】
さらに、上記した実施例１、２では単一の波長でライン光を生成し、上記した実施例３、４では結像光学系の数に応じた複数の波長でライン光を生成していたが、これらを組み合わせるものであってもよい。この場合、例えば、４つの結像光学系に対して２つの波長でライン光を生成するものとして、ライン反射光を波長分離ミラーにより２つに分岐した後、それぞれをハーフミラーを用いて分岐することにより、各結像光学系へと個別のライン反射光を導くことができる。このとき、撮像素子では、遮光部もしくは導光手段とフィルタとを適宜組み合わせて、互いのライン反射光が受光面における他の受光領域へと進行することを防止することが望ましい。
【０１３４】
ついで、上記した各実施例では、第２反射プリズム４５の位置を調整したり、第１反射プリズム４４（４４４）の回動姿勢を調整したりすることにより、適切な測定を可能とするものとされていたが、適切な測定を可能とするための調整が可能な構成とされていれば、例えば、上記した構成の受光光学系（３６等）において第１光路ｗ１および第２光路ｗ２のそれぞれに一対のウェッジプリズム（図示せず）を設けるものであってよく、上記した各実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１３５】
１０、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５  測定装置
１６  （被測定物としての）ウェハ
１７  撮像素子
１８  受光面
１９  （測定対象としての）バンプ
３２  光束分岐機構
３３、３３１、３３２、３３３、３３４  第１結像光学系
３４、３４１、３４２、３４３、３４４  第２結像光学系
３５  出射光学系
４６  （入射制限機構としての）導光手段
４９  （入射制限機構としての）遮光部
５２  （入射制限機構としての）フィルタ
Ｌ  ライン光
Ｒｌ  ライン反射光
Ｓ１１        （受光領域としての）第１領域
Ｓ２１        （受光領域としての）第１領域
Ｓ３１        （受光領域としての）第１領域
Ｓ４１        （受光領域としての）第１領域
Ｓ１  第１セグメント
Ｓ２  第２セグメント
Ｓ３  第３セグメント
Ｓ４  第４セグメント
【図１】
2011039005.tif 000003
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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