(57)【要約】【課題】高精細の被検体の表面形状の測定を高速に行うことのできる画像取り込み装置を提供する。【解決手段】被検体を載せるためのステージ、被検体に紫外線を照射するための光源、被検体との焦点状態を同じにする第１光学系と第２光学系を有する光学顕微鏡、及びステージと光学顕微鏡との相対距離を調整するための焦点調整機構、を有し、第１光学系は、第２光学系よりも画像の取り込み速度が早く、焦点調整機構を介して光学顕微鏡を合焦させる、画像コントラスト方式の焦点検出手段を有し、第２光学系は、第１光学系よりも解像度が高い、被検体の形状情報を取り入れる画像取り込み部を有している。【選択図】　図１
2004145195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検体を載せるためのステージ、
前記被検体に紫外線を照射するための光源、
前記被検体との焦点状態を同じにする第１光学系と第２光学系を有する光学顕微鏡、及び
前記ステージと光学顕微鏡との相対距離を調整するための焦点調整機構、
を有し、
前記第１光学系は、第２光学系よりも画像の取り込み速度が早く、前記焦点調整機構を介して光学顕微鏡を合焦させる、画像コントラスト方式の焦点検出手段を有し、
前記第２光学系は、第１光学系よりも解像度が高い、前記被検体の形状情報を取り入れる画像取り込み部を有することを特徴とする画像取り込み装置。
【請求項２】
前記焦点検出手段は、前記第１光学系の前記被検体に対する合焦が完了したときに、合焦完了情報を第２光学系に伝達することを特徴とする請求項１記載の画像取り込み装置。
【請求項３】
被検体を載せるためのステージ、
前記被検体に紫外線を照射するための光源、
前記被検体との焦点状態を同じにする焦点検出用カメラと画像取り込み用カメラと接続された光学顕微鏡、及び
前記ステージと光学顕微鏡との相対距離を調整するための焦点調整機構、
を有し、
前記焦点検出用カメラは、画像取り込み用カメラよりも画像の取り込み速度が早く、前記焦点調整機構を介して光学顕微鏡を合焦させる、画像コントラスト方式の焦点検出手段を有し、
前記画像取り込み用カメラは、焦点検出用カメラよりも解像度が高い、前記被検体の形状情報を取り入れる画像取り込み部を有することを特徴とする画像取り込み装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
本発明は画像取り込み装置に関し、とくに半導体デバイス、薄膜磁気ヘッド素子などの被検体に紫外線を照射してその寸法を計測するための画像取り込み装置に関する。
【０００２】
【従来技術及びその問題点】
従来の半導体デバイスの寸法の検査においては、光学顕微鏡に高解像度のＣＣＤ（受光素子）を備えたデジタルカメラを接続して、ＣＣＤに結像された画像に基づいて被検体たる半導体デバイス表面をコントラスト画像として測定していた。
【０００３】
しかしながら、　近年、画像取り込みの光学系を利用してレーザー光を被検体に照射することによって合焦を行い、その後可視光を被検体に照射してＣＣＤによって画像を取り込む方法が採用されている。しかし、波長λ＝２００ｎｍ〜３８０ｎｍの短波長のレーザー光を使用して合焦を行う場合、被検体に焦点を合わせることが困難になってきた。また、可視光による合焦にオフセットをかけてレーザー光による合焦とみなすとしても、このオフセット値がばらつくため、合焦が困難になっていた。
【０００４】
また、このような短波長光を照射した場合においては、レンズの焦点深度が浅いため、高精度ＡＦを行うために多くの画像コントラスト情報（取り込み画像数）が必要となり、高解像度のデジタルカメラでは高速処理できなかった。
【０００５】
【特許文献】
特開平５−１２７０９６号公報
【０００６】
【発明の目的】
そこで本発明の目的は、高精細の被検体の表面形状の測定を高速に行うことのできる画像取り込み装置を提供することにある。
【０００７】
【発明の概要】
上記問題点を解決するために、本発明の画像取り込み装置においては、被検体を載せるためのステージ、被検体に紫外線を照射するための光源、被検体との焦点状態を同じにする第１光学系と第２光学系を有する光学顕微鏡、及びステージと光学顕微鏡との相対距離を調整するための焦点調整機構、を有し、第１光学系は、第２光学系よりも画像の取り込み速度が早く、焦点調整機構を介して光学顕微鏡を合焦させる、画像コントラスト方式の焦点検出手段を有し、第２光学系は、第１光学系よりも解像度が高い、被検体の形状情報を取り入れる画像取り込み部を有している。
【０００８】
また、焦点検出手段は、第１光学系の前記被検体に対する合焦が完了したときに、合焦完了情報を第２光学系に伝達することができる。
【０００９】
また、本発明の画像取り込み装置は、被検体を載せるためのステージ、被検体に紫外線を照射するための光源、被検体との焦点状態を同じにする焦点検出用カメラと画像取り込み用カメラと接続された光学顕微鏡、及びステージと光学顕微鏡との相対距離を調整するための焦点調整機構、を有することとしてもよく、このとき焦点検出用カメラは、画像取り込み用カメラよりも画像の取り込み速度が早く、焦点調整機構を介して光学顕微鏡を合焦させる、画像コントラスト方式の焦点検出手段を有し、画像取り込み用カメラは、焦点検出用カメラよりも解像度が高い、被検体の形状情報を取り入れる画像取り込み部を有しているとしてもよい。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本実施形態を図１を参照しつつ詳しく説明する。図１に示す本発明の実施形態にかかる画像取り込み装置は、光学顕微鏡１、半導体デバイスなどの被検体１１を載置するためのステージ１０、被検体１１に紫外線を照射するための光源２０、被検体１１について高速に合焦するための第１光学系３０、及び、被検体１１によって反射された紫外線を受光する高い解像度を有する第２光学系４０を有する。
【００１１】
被検体１１を上部に置いて光学顕微鏡１により被検体１１を観察可能とするステージ１０にはステージ高さ調整機構１２が接続されている。ステージ高さ調整機構１２にはＡＦユニット３４が接続されており、ＡＦユニット３４から入力された測距情報に応じてステージ高さ調整機構１２はＡ方向にステージ１０の高さを調整する。ステージ１０の高さを調整することにより、光学顕微鏡１は被検体１１上に焦点を合わせることができる。
【００１２】
被検体１１には、その画像を取り込むために波長λ＝２００ｎｍ〜３８０ｎｍ程度の紫外線光が照射される。この紫外線光は光源２０から出射され、照射レンズ系２１で集光され、ハーフミラー２２で反射され対物レンズ系２３を経て被検体１１表面に集光される。このような波長の紫外線光を照射することにより、被検体１１表面の微細な平面形状の情報を取り入れることが可能である。なお、この紫外線光の波長は２００ｎｍ〜３８０ｎｍ内の任意の値を選択可能であって、被検体１１の種類によっては２００ｎｍ未満の値を設定することも可能である。
【００１３】
光学顕微鏡１は、被検体１１に高速で合焦するための第１光学系３０、及び、第１光学系３０の合焦と同時に被検体１１に合焦し、かつ被検体１１によって反射された紫外線を受光する第２光学系４０を備える。
【００１４】
これらの光学系のうち第１光学系３０は、反射ミラー３１、拡大レンズ系３２、ハーフミラー３３、ＡＦユニット（焦点検出手段）３４、ハーフミラー２２、対物レンズ系２３、ハーフミラー２４を有する。一方の第２光学系４０は拡大レンズ系４２、ハーフミラー２２、対物レンズ系２３、ハーフミラー２４を有する。第１光学系３０の光路長と第２光学系４０の光路長及び両光学系内のレンズのパワーを同一としてあるため、第１光学系３０において被検体１１に合焦すると、同時に第２光学系４０においても被検体１１に合焦することになる。
【００１５】
ＡＦユニット３４は焦点検出カメラとして構成されている。このように構成された光学顕微鏡１において、被検体１１で反射され対物レンズ系２３を経てハーフミラー２２を透過した紫外線光は、一部がハーフミラー２４で反射されて第１光学系３０内に入り、残りはハーフミラー２４を透過して第２光学系４０内に入る。
【００１６】
第１光学系３０内に入った光は、反射ミラー３１で反射された後に拡大レンズ系３２で所定の倍率で拡大されて低解像度だが画像取り込み速度（フレーム転送速度）の速いＣＣＤ３６（受光素子）（例えば、総画素数が２４万画素、フレーム転送速度６０ハーフフレーム／秒）に結像された後、画像信号がＡＦユニット３４に入力される。ＡＦユニット３４に入力された画像は装置外部のモニタ（不図示）で観察可能である。もちろん、ＣＣＤ３６は、フレームレート６０以上の高速なデジタルカメラとして構成してもよい。さらに、ハーフミラー３３及びＡＦユニット３４に加えて第１光学系３０内へ測距光を出射できる光源を設け、この光源から発せられた測拒光の被検体１１表面による反射光の受光素子への入射角によって、被検体１１表面までの距離を測定して合焦するアクティブ方式のカメラとして構成してもよい。また、第１光学系に位相差検知方式のカメラを接続して、このカメラを用いて被検体の合焦を行っても良い。
【００１７】
ステージ高さ調整機構１２が接続されているＡＦユニット３４は、被検体１１表面に対する合焦を検知するまでの間、ステージ高さ調整機構１２に対してステージ１０の高さを調整するための信号を順次出力し、この信号を受けてステージ高さ調整機構１２はステージ１０のＡ方向の高さを変更させる。以上により、第１光学系３０は、ステージ１０上の被検体１１表面に短時間で自動的に焦点を合わせることができ、合焦プロセスが完了する。この合焦プロセスが完了したとの情報は、ＡＦユニット３４から、ＣＣＤ４３に接続された画像取り込み部４５に送られる。この合焦完了情報を受け取った画像取り込み部４５は画像取り込みプロセスを開始する。なお、拡大レンズ系３２を交換することにより所望の拡大倍率を設定することが可能である。
【００１８】
一方、ハーフミラー２４を透過して第２光学系４０に入った光は拡大レンズ系４２で拡大されて、画像取り込み速度は遅いが解像度の高いＣＣＤ４３（受光素子）（例えば、総画素数が１００万画素以上、フレーム転送速度７．５フレーム／秒）に結像される。ＣＣＤ４３に接続された画像取り込み部４５は、被検体１１からの反射光による結像情報に基づいて被検体１１表面のコントラストとしての画像を取り入れる。ここで、ＣＣＤ４３と画像取り込み部４５は画像読み取りカメラ（デジタルカメラ）として構成されている。
【００１９】
上述のように、第２光学系４０の光路長と第１光学系３０の光路長、及び、両光学系内のレンズのパワーを同一にしてあるため、上述のように第１光学系３０側で高速に被検体１１表面に合焦することにより、同時に、第２光学系４０側についても被検体１１表面に合焦することとなる。もちろん、第１光学系３０の合焦と、第２光学系４０の合焦とが同時に達成できれば両者の光路長を同一とする構成以外の構成としても良い。また、ステージ１０の高さを固定とし、かつ、第１光学系３０及び第２光学系４０の光路長を可変として、まず第１光学系３０で被検体１１表面に高速で合焦させた後に、第１光学系３０における被検体１１までの距離の情報に基づいて、第２光学系４０の光路長を変化させて被検体１１表面に合焦させてその画像をＣＣＤ４３に取り込むこととしてもよい。
【００２０】
本実施形態においては、ＣＣＤ３６及びＡＦユニット３４内のＣＣＤ（不図示）として比較的低解像度であるが高速で動作することができるものを用いる一方、ＣＣＤ４３は高解像度のものを用いている。このように、光学系を、合焦のための光学系と、高解像度の画像を取り込むための光学系とに分離することによって、第１光学系３０及び第２光学系４０の両方について被検体１１への合焦を高速に行うことができ、かつ、高解像度のＣＣＤ４３を用いて精度の高い測定を行うことができる。
【００２１】
本発明について上記実施形態を参照しつつ説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、改良の目的または本発明の思想の範囲内において改良または変更が可能である。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、位相差検知方式またはアクティブ方式により合焦可能な第１光学系と、高解像度のＣＣＤを備える第２光学系とを分離、併用することによって、高精細の被検体の表面形状の測定を高速に行うことのできる画像取り込み装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる画像取り込み装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　光学顕微鏡
１０　　　　ステージ
１１　　　　被検体
１２　　　　ステージ高さ調整機構
２０　　　　光源
３０　　　　第１光学系
３４　　　　ＡＦユニット（焦点検出手段）
３６　４３　ＣＣＤ（受光素子）
４０　　　　第２光学系
４５　　　　画像取り込み部
【図１】
2004145195.tif 000003