多方向観察装置
【課題】 簡易な構成で同一の観察対象物を光路長の異なる複数の方向から簡易に観察可能とする。
【解決手段】 観察対象物Ｗに照明光を照射する照明装置と、観察対象物Ｗからの反射光を撮像する撮像手段３と、該撮像手段３と観察対象物Ｗとの間に異なる方向から観察対象物Ｗを観察するための光路長の異なる光路を形成する複数の光路設定部材５と、各光路上の焦点位置の像を撮像手段３に結像させる結像光学系４と、光路設定部材５を選択的に観察対象物Ｗと結像光学系４との間に挿脱可能な切替機構６とを備え、光路設定部材５に、複数の光路の空気換算長を一致させる焦点位置補正手段が備えられている多方向観察装置１を提供する。
【解決手段】 観察対象物Ｗに照明光を照射する照明装置と、観察対象物Ｗからの反射光を撮像する撮像手段３と、該撮像手段３と観察対象物Ｗとの間に異なる方向から観察対象物Ｗを観察するための光路長の異なる光路を形成する複数の光路設定部材５と、各光路上の焦点位置の像を撮像手段３に結像させる結像光学系４と、光路設定部材５を選択的に観察対象物Ｗと結像光学系４との間に挿脱可能な切替機構６とを備え、光路設定部材５に、複数の光路の空気換算長を一致させる焦点位置補正手段が備えられている多方向観察装置１を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、同一の観察対象物を異なる複数の方向から観察可能な多方向観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象物を横方向から観察する観察装置としては、例えば、非特許文献１に示された構造のものがある。この観察装置は、撮像手段から観察対象物までの光路をミラーによって屈曲させて、斜め方向から観察対象物を撮像するようになっている。撮像手段に向かう光軸回りにミラーを回転させることにより、ワークを傾けることなく、観察対象物を３６０°のあらゆる方向から観察することができるようになっている。
【非特許文献１】「マイクロスコープ／デジタル顕微鏡：オムロン制御機器」、[online]、［平成１６年４月６日検索］、インターネット＜URL: http://www.fa.omron.co.jp/sensing/selection/eizou/vc-hr/tokucho.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような構造の観察装置では、観察対象物に焦点を合わせた後には、ミラーの回転のみによって容易に全周にわたる画像を撮像可能であるが、撮像手段に向かう光軸がミラーによって遮られているために、撮像手段は、観察対象物を直接撮像することができない。このため、斜め方向からの画像のみを用いて焦点合わせを行うことになるが、この場合には、ミラーを回転させたときにピントが合う位置は１カ所に限られる場合が多く、ミラーを回転させて異なる方向から観察するたびに焦点合わせを行う必要があるという煩わしさがある。これを回避するためには、観察対象物への焦点合わせ作業を、別の手段を用いて行う必要があり、装置が複雑化するという不都合がある。
【０００４】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で同一の観察対象物を光路長の異なる複数の方向から観察可能な多方向観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、観察対象物に照明光を照射する照明装置と、観察対象物からの反射光を撮像する撮像手段と、該撮像手段と観察対象物との間に異なる方向から観察対象物を観察するための光路長の異なる光路を形成する複数の光路設定部材と、前記各光路上の焦点位置の像を前記撮像手段に結像させる結像光学系と、前記光路設定部材を選択的に観察対象物と結像光学系との間に挿脱可能な切替機構とを備え、前記光路設定部材に、前記複数の光路の空気換算長を一致させる焦点位置補正手段が備えられている多方向観察装置を提供する。
【０００６】
本発明によれば、照明装置から出射された照明光が観察対象物に照射されると、観察対象物の表面において反射され、その反射光が結像光学系により撮像手段に結像されることで、観察対象物の表面の画像を取得することが可能となる。
この場合において、切替機構の作動により、結像光学系と観察対象物との間から光路設定部材を抜き去ることにより、観察対象物からの反射光を直接結像光学系を介して撮像手段により撮像することができる。したがって、この画像に基づいて容易に焦点位置調整を行うことができる。
【０００７】
また、切替機構の作動により、結像光学系と観察対象物との間にいずれかの光路設定部材が配置されると、該光路設定部材に応じて、異なる観察方向に沿う光路が形成されることになる。したがって、切替機構の作動によりこれらの光路設定部材を切り替えることで、観察対象物の表面を異なる方向から見た画像を取得することができる。
【０００８】
さらに、光路設定部材には焦点位置補正手段が設けられているので、複数の光路の空気換算長が一致させられている。したがって、焦点位置を一旦調整した後には、切替機構の作動により光路設定部材を切り替えるたびに焦点位置調整を行う必要がなく、簡易に、複数の観察方向から見た観察対象物の鮮明な画像を取得することが可能となる。
【０００９】
上記発明においては、前記光路設定部材のいずれかが、複数の光路を同時に形成することが好ましい。
切替機構の作動により、単一の光路を観察対象物と結像光学系との間に形成すると、その観察方向から見た観察対象物の画像を、撮像手段の全ての撮像領域を使用して取得することができる。したがって、観察対象物から撮像手段に向かう光束の開口数を最大限に確保して、拡大しても鮮明性を損なわない程度の高い解像度の画像を取得することができる。
【００１０】
一方、切替機構の作動により、複数の光路を観察対象物と結像光学系との間に形成すると、撮像手段の撮像領域が各光路に応じて分割される。したがって、観察対象物から撮像手段に向かう光束の開口数が小さくなり、取得される画像の解像度は低下するが、複数の観察方向から観察対象物を同時に見た複数の画像を簡易に対応づけて記録することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、同一の観察対象物を異なる複数の方向から観察した場合の画像を同一の撮像手段によって簡易に取得することができる。その結果、同一の観察対象物を複数の方向から観察する場合に、焦点位置合わせを容易に行うことができ。全ての光路上の焦点位置の像を鮮明に撮像することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る多方向観察装置１について、図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態に係る多方向観察装置１は、観察対象物、例えば、半導体ウェハＷの端面を観察する装置である。
【００１３】
多方向観察装置１は、半導体ウェハＷの表面に向けて照明光Ｌを照射する照明装置２と、半導体ウェハＷの表面において反射した反射光Ｒ１を撮像するＣＭＯＳ（Complementary Metal
Oxide Semiconductor）イメージセンサのような撮像素子（撮像手段）３と、該撮像素子３と半導体ウェハＷとの間に配置され、半導体ウェハＷにおいて反射した反射光Ｒ１を撮像素子３の撮像面に結像させる結像光学系４と、半導体ウェハＷの端面に対し間隔を空けて配置されるプリズム部材５と、プリズム部材５を水平方向に移動させる切替機構６とを備えている。図２中、符号７は、半導体ウェハＷを搭載するステージである。
【００１４】
前記撮像素子３および結像光学系４は、図２に示されるように、略水平に配される半導体ウェハＷの端面Ｗ１に向かって延び、半導体ウェハＷの中心を通過する略水平な光軸を備えている。結像光学系４は、半導体ウェハＷの表面から反射されてきた反射光Ｒ１を集光する対物レンズ８と、撮像倍率を変更するズーム機構９と、ズーム機構９を通過した反射光Ｒ１を撮像素子３の撮像面に結像させる結像レンズ１０とを備えている。ズーム機構９、結像レンズ１０および撮像素子３は、図示しないベースに対して固定され、固定光学系を構成している。
【００１５】
一方、対物レンズ８およびプリズム部材５は、半導体ウェハＷおよび固定光学系に対して移動可能に設けられている。すなわち、対物レンズ８およびプリズム部材５は、ベースプレート１１に固定されたリニアガイド１２により光軸方向に直線移動可能に支持された第１のスライダ１３に搭載されている。第１のスライダ１３は、例えば、ステッピングモータ１４とリードネジ１５とによって光軸方向に駆動されるようになっている。
【００１６】
また、プリズム部材５は、第１のスライダ１３上に設けられたリニアガイド１６によって光軸に直交する方向に直線移動可能に支持された第２のスライダ１７に搭載されている。該第２のスライダ１７は、ステッピングモータ１８およびリードネジ１９とにより、光軸に直交する水平方向に沿って移動させられるようになっている。これにより、切替機構６が構成されている。
【００１７】
前記プリズム部材５は、図３に示されるように、帯板状のガラス平板２０に接着された複数のプリズム（光路設定部材）２１〜２４を備えている。
プリズム２１，２２は、半導体ウェハＷの厚さ寸法より若干大きな間隔をあけて、半導体ウェハＷの上下面に沿って配置されている。各プリズム２１，２２は、相互に対向する側面の半導体ウェハＷ側に、半導体ウェハＷに向かって漸次離れる方向に傾斜する傾斜面２１ａ，２２ａを備えている。
【００１８】
これらの傾斜面２１ａ，２２ａの傾斜角度は、図４に示されるように、水平に配置された前記半導体ウェハＷの表面に対して約３０°の角度をなしており、半導体ウェハＷの端面Ｗ１に直交する光軸に対して約６０°の角度をなした方向から半導体ウェハＷの端面Ｗ１の面取り部Ｗ２近傍を観察できるようになっている。
【００１９】
言い換えると、このようにしてプリズム部材５を通過した光を水平方向において撮像する撮像素子３には、図５に示されるように、２個のプリズム２１，２２によって挟まれた空間（図３における領域Ａ１）を通過した反射光Ｒ１により、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を該端面Ｗ１に直交する方向から見た画像Ｇ１を得ることができるようになっている。また、２個のプリズム２１，２２（図３における領域Ａ２，Ａ３）を通過した反射光Ｒ１により、約６０°斜め上から見た半導体ウェハＷの端部の画像Ｇ２および約６０°斜め下から見た半導体ウェハの端部の画像Ｇ３を取得することができるようになっている。
【００２０】
この場合において、本実施形態においては、図４に示されるように、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を直接水平方向から見る第１の光路Ｌ１と、プリズム２１，２２を介して斜め上方および斜め下方から半導体ウェハＷの端部Ｗ１を見る第２の光路Ｌ２および第３の光路Ｌ３とが形成されている。これらの光路Ｌ１〜Ｌ３は、上述した半導体ウェハＷの中心を通過する光軸を含む平面Ｐ０内に配されている。そして、図４から明らかなように、第１の光路Ｌ１と第２、第３の光路Ｌ２，Ｌ３とは、異なる光路長を有している。
【００２１】
本実施形態においては、第２、第３の光路Ｌ２，Ｌ３は、空気光路とプリズム２１，２２内の光路とを備え、それらの光路長を足し合わせた光路長を有している。プリズム２１，２２内の空気換算光路長は、それらプリズム２１，２２の屈折率により定められる。本実施形態においては、第１の光路Ｌ１の光路長と、第２、第３の光路Ｌ２，Ｌ３の光路長とが等しくなるようにプリズム２１，２２の屈折率が選択されている。
【００２２】
その結果、各光路Ｌ１〜Ｌ３上の焦点位置を半導体ウェハＷのそれぞれの観察位置に一致させることにより、全ての光路Ｌ１〜Ｌ３上における同一の観察対象物である半導体ウェハＷの各観察方向からの像を、同時に撮像素子３の撮像面に結像させることができるようになっている。
【００２３】
また、プリズム２３，２４は、前記プリズム２１，２２に対して、前記平面Ｐ０に直交する方向に並んで配置され、前記ガラス平板２０によって連結されている。また、プリズム２３，２４は、図６に示されるように、撮像素子３および結像光学系４の光軸を含む平面Ｐ０上に配置されたときに、半導体ウェハＷに対向するように傾斜する傾斜面２３ａ，２４ａを備えている。この傾斜面２３ａ，２４ａの傾斜角度は、水平に配置された前記半導体ウェハＷの表面に対して約３０°の角度をなしており、半導体ウェハＷの端面Ｗ１に直交する光軸に対して約６０°の角度をなした方向から半導体ウェハＷの端面Ｗ１の面取り部Ｗ２近傍を観察できるようになっている。
【００２４】
また、プリズム２３は、図７（ａ）に示されるように、半導体ウェハＷの面取り部Ｗ２からの反射光を内部において、平面Ｐ０に沿って反射して、端面Ｗ１を通る光軸近傍に戻す光路Ｌ５を形成している。プリズム２４は、図７（ｃ）に示されるように、半導体ウェハＷの面取り部Ｗ２からの反射光を内部において平面Ｐ０に沿って反射して、端面Ｗ１を通る光軸近傍に戻す光路Ｌ６を形成している。
【００２５】
また、プリズム２３，２４間のガラス平板２０が平面Ｐ０上に配されたときには、反射光Ｒ１が光軸に沿ってまっすぐに結像光学系４に入射される光路Ｌ４が形成されている。これら光路Ｌ４の光路長と光路Ｌ５，Ｌ６の光路長とは相違しているが、本実施形態においても、プリズム２３，２４の屈折率を調節することにより、各光路Ｌ４〜Ｌ６の空気換算長が等しくなるように設定されている。光路Ｌ１と光路Ｌ４の光路長は等しいので、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６の空気換算長は等しくなるように設定されている。
【００２６】
また、各プリズム２３，２４が平面Ｐ０上に配置されたときには、半導体ウェハＷの上面側または下面側の面取り部Ｗ２近傍の画像をそれぞれ、撮像素子３の全領域に対応する広い領域Ａ５，Ａ６を利用して取得することができるようになっている。また、図７（ｂ）に示されるように、プリズム２３，２４間のガラス平板２０が平面Ｐ０の位置に配置されたときにも、半導体ウェハＷの端面Ｗ１の画像を撮像素子３の全領域に対応する広い領域Ａ４を利用して取得することができるようになっている。
【００２７】
また、前記照明装置２は、例えば、レーザダイオードからなり、図１に示されるように、前記光路Ｌ１〜Ｌ３が配される平面Ｐ０に対して交差する方向から照明光Ｌを入射させるように配置されている。入射角度は、例えば、前記平面Ｐ０の通過する半導体ウェハＷの端面Ｗ２における接線方向に対して１０°〜６０°の範囲でよい。照明装置２から出射された照明光Ｌは、光路Ｌ１〜Ｌ３が配される平面Ｐ０に対して交差する方向から入射されるため、その鏡面反射光Ｒ２は全て平面Ｐ０を横切って通過するようになっている。
【００２８】
なお、ステージ７は、半導体ウェハＷを略水平かつ平坦な状態に吸着保持するとともに、その中心軸線回りに水平回転させるモータ２５を備えている。また、偏心して配置された半導体ウェハＷの中心軸線を回転軸線に一致させる機構や、水平支持した半導体ウェハＷを鉛直方向に昇降させる機構を備えていてもよい。
【００２９】
このように構成された本実施形態に係る多方向観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る多方向観察装置１を用いて半導体ウェハＷの端面Ｗ１近傍の観察を行うには、半導体ウェハＷをステージ７上に搭載して吸着保持させる。このとき、半導体ウェハＷの中心軸線はステージ７の回転軸線に一致しているものとする。
【００３０】
この状態で、照明装置２を作動させ、照明光Ｌを半導体ウェハＷの端面Ｗ１近傍に照射する。この場合に、本実施形態に係る多方向観察装置１によれば、照明光Ｌの入射方向が、光軸を通過する平面Ｐ０に交差する方向に配置されているので、細長い円筒面からなる端面Ｗ１および面取り部Ｗ２における鏡面反射光Ｒ２が、前記平面Ｐ０内を進行して結像光学系４まで達することはない。したがって、撮像素子３におけるフレアの発生等を防止することができ、鮮明な画像Ｇを得ることができる。
【００３１】
また、このように照明装置２を配置することにより、半導体ウェハＷの端面Ｗ１および面取り部Ｗ２等に傷やクラック等が存在する場合には、これらの傷やクラック等によって照明光Ｌが乱反射され、その一部が反射光Ｒ１として、前記平面Ｐ０内を進行して結像光学系４まで達することになる。したがって、半導体ウェハＷの面取り部Ｗ２や端面Ｗ１に傷やクラック等が存在する場合には、これを際立たせた鮮明な画像Ｇを取得することができる。
【００３２】
本実施形態に係る多方向観察装置１を用いて半導体ウェハＷの端部の観察を行う場合には、まず、切替機構６を作動させて、半導体ウェハＷの中心軸と撮像素子３および結像光学系４の光軸とを含む平面Ｐ０に交差する位置に、プリズム２１，２２を配置するか、または、プリズム２３，２４の間に配置されているガラス平板２０を配置する。これにより、撮像素子３および結像光学系４の光軸は、ガラス平板２０の領域Ａ１または領域Ａ４を通過して真っ直ぐに半導体ウェハＷの端面Ｗ１に交わることになる。
【００３３】
したがって、撮像素子３には、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を水平な光路Ｌ１または光路Ｌ４を介して直接観察した画像Ｇが取得される。そして、このとき、取得された画像Ｇにおいて半導体ウェハＷの端面Ｗ１のピントがずれていた場合は、ステッピングモータ１４を作動させて、ベースプレート１１に対し対物レンズ８およびプリズム部材５を光軸方向に移動させる。これにより、焦点位置を光軸方向に変位させて、簡易にピントを調節することができる。
【００３４】
この場合に、撮像素子３により取得された画像Ｇの中央近傍には、半導体ウェハＷの端面Ｗ２の画像Ｇ１が表示されるので、観察者は、この端面Ｗ２の画像Ｇ１において焦点が合致するようにスライダ１１を移動させることで、直感的に簡易に焦点位置調整を行うことができる。なお、観察者が手動により焦点位置調整を行う場合の他、コントラスト比により焦点位置を自動調整する場合においても、簡易な制御で容易に調整することができる。
また、このとき得られた画像Ｇにおける半導体ウェハＷの端面Ｗ１の上下方向位置に応じてステージ７を上下動させることにより、半導体ウェハＷの上下方向位置を調節することができる。
【００３５】
本実施形態においては、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６の空気換算長が等しくなるように設定されているので、光路Ｌ１または光路Ｌ４においてピントを合わせることにより、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６のピントが合う。したがって、切替機構６の作動により、どのプリズム２１〜２４を平面Ｐ０に交差するように配置しても、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６においてピントの合った鮮明な画像Ｇを得ることができる。
【００３６】
また、本実施形態においては切替機構６により、複数のプリズム２１〜２４を選択的に平面Ｐ０上に配置して、複数の異なる光路Ｌ１〜Ｌ６を形成することができる。したがって、観察の目的に合わせて、光路Ｌ１〜Ｌ６を切り替えることができる。例えば、プリズム２１，２２を平面Ｐ０上に配置すると、３つの光路Ｌ１〜Ｌ３が同時に形成され、撮像素子３においては、図５に示されるように、半導体ウェハＷの端部を水平方向および斜め上下方向から見た３つの画像Ｇ１〜Ｇ３を有する画像Ｇを取得することができる。したがって、同一の観察対象物である半導体ウェハＷを異なる複数の観察方向から同一時刻に見た画像Ｇ１〜Ｇ３を対応づけて記録することができる。
【００３７】
一方、プリズム２３，２４またはそれらの間のガラス平板２０を選択的に平面Ｐ０上に配置すると、図７に示されるように、それぞれ単一の光路Ｌ４〜Ｌ６を形成することができる。したがって、切替機構６を作動させて、これらの光路Ｌ４〜Ｌ６を切り替えることにより、上記プリズム２１，２２を平面Ｐ０上に配置した場合と同様に、半導体ウェハＷの端部を水平方向および斜め上下方向から見た３つの画像Ｇ１〜Ｇ３を取得することができる。しかしながら、この場合には画像Ｇ１〜Ｇ３は、別々の時刻に取得されることになるため、相互の対応付けは別の手段により行う必要がある。
【００３８】
この場合において、プリズム２３，２４またはそれらの間のガラス平板２０を選択的に平面Ｐ０上に配置して、それぞれ単一の光路Ｌ４〜Ｌ６を形成する場合には、以下の利点がある。
すなわち、プリズム２１，２２を平面Ｐ０上に配置した場合に、３つの光路Ｌ１〜Ｌ３が同時に形成され、撮像素子の全領域が上下方向に３分割されて、狭い領域によって画像Ｇ１〜Ｇ３を撮像していたのと比較すると、撮像素子の全領域を分割することなくそれぞれの画像の撮像に使用することができる利点がある。これにより、各光路Ｌ４〜Ｌ６の光束が他の光路Ｌ４〜Ｌ６の光束によって制限されることがなく、高い開口数を確保することができる。その結果、各画像の解像度を向上することができ、ズーム機構９により拡大した場合においても、十分な解像度が確保された鮮明な画像を得ることができる。
【００３９】
半導体ウェハＷの周方向の一部における端面Ｗ１の撮像が行われた後には、ステージ７のモータ２５を作動させることにより、半導体ウェハＷを軸線回りに所定角度だけ回転させ、その位置で上記のようにして画像Ｇを取得することを繰り返すことにより、半導体ウェハＷの全周にわたる画像Ｇを取得することが可能となる。
【００４０】
このように、本実施形態に係る多方向観察装置１によれば、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を複数方向から同時に観察することができる装置をコンパクトに構成することができる。そして、切替機構６の作動によって、平面Ｐ０上に配置するプリズム２１〜２４を切り替えることにより、複数の観察方向からの同時撮影と、事後的な拡大によっても鮮明性を損なわないような高解像度の画像の取得とを簡易に切り替えることができる。したがって、撮影目的に合わせた種々の画像を取得することができる。
【００４１】
また、全ての観察方向に対して、照明装置２を共通化して、さらにコンパクト化を図ることができる。さらに、照明装置２からの照明光Ｌの鏡面反射光Ｒ２によるフレアの発生を、全ての観察方向において防止し、傷やクラックを際立たせた鮮明な画像Ｇを得ることができる。
【００４２】
また、全ての画像Ｇ１〜Ｇ３において、ピントの合った鮮明な画像Ｇが得られた状態で、ズーム機構９を作動させることにより、図５に鎖線で示す領域Ｚ１，Ｚ２の画像を拡大して取得することができる。なお、ズーム機構９により領域Ｚ２まで拡大した場合に、画像Ｇ１と画像Ｇ２，Ｇ３との間隔が拡大して画像Ｇ２，Ｇ３が領域Ｚ２から外れてしまうことが考えられるため、この場合には、これを防止するために画像Ｇ１と画像Ｇ２，Ｇ３との隙間を詰めるような画像処理を施すことにしてもよい。
【００４３】
なお、本実施形態においては、観察対象物として、半導体ウェハＷを例に挙げて説明した。本発明は、これに限定されるものではなく、他の任意の観察対象物を多方向から同時に観察する場合に適用することができる。特に、半導体ウェハＷに類似の円板状の部材、例えば、ＣＤやＤＶＤの端面検査、あるいは、飲料缶等の円柱状部材の肩部における端面と側面の同時検査、板状あるいは帯状部材の端面検査等に適用することができる。
【００４４】
また、ステージ７に昇降機能を持たせることにより、半導体ウェハＷをプリズム部材５に対して上下方向に移動させることとしたが、これに代えて、プリズム部材５および対物レンズ８を含むユニットを半導体ウェハＷに対して昇降させることにしてもよい。また、この場合に、回転に伴う半導体ウェハＷの端面Ｗ１の上下変動を検出して、これに追従させるようにプリズム部材５および対物レンズ８を含むユニットを昇降させることにしてもよい。
また、撮像手段としてはＣＭＯＳイメージセンサに代えて、ＣＣＤ（荷電結合素子：Charge Coupled Device）を採用してもよい。
【００４５】
また、プリズム部材５として４つのプリズム２１〜２４を有する場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、またはこれに加えて、図８または図９に示されるプリズム２６〜２９を備えるプリズム部材５′を採用してもよい。図８に示す例は、半導体ウェハＷの表裏面を同時に観察する光路Ｌ７〜Ｌ９を形成する場合である。撮像素子３における撮像領域が上下に分割されるため解像度が低減されるが、同時観察が可能であるという利点がある。また、図９に示す例は、半導体ウェハＷの表裏面を別々に観察する光路Ｌ１０，Ｌ１１を形成する場合である。同時観察はできないが、高解像度の画像を取得できる利点がある。
また、プリズム２１〜２９を任意に組み合わせて同時に観察する観察方向を任意に選択してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
また、３つの観察方向から観察する場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、２つの観察方向または、４つ以上の観察方向を有する場合に本発明を適用してもよい。
また、屈折率を適当に選択して空気換算光路長を一致させるプリズムを有する場合について説明したが、これに代えて、ミラーのように光路長の補正を行うことなく複数の観察方向から観察する場合に本発明を適用してもよい。この場合には、各観察方向毎に焦点位置の調整が必要となる。
【００４７】
また、光路設定部材および焦点位置補正手段をプリズムによって同時に実現することとしたが、これに代えて、ミラーとプリズムとの組み合わせにより、光路設定部材と焦点位置補正手段とを別々に実現することにしてもよい。
また、結像光学系４の光軸を含む平面Ｐ０に交差する方向から照明光Ｌを照射する照明装置２について説明したが、これに代えて、あるいは、これと組み合わせて選択的に切替可能に、光軸に沿って照明光を照射する同軸照明を行うことにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多方向観察装置を部分的に示す模式的な平面図である。
【図２】図１の多方向観察装置の全体構成を示す正面図である。
【図３】図１の多方向観察装置のプリズム部材を示す斜視図であり、多方向同時観察状態を示している。
【図４】図３の焦点位置補正部材による３つの光路を示す模式図である。
【図５】図１の多方向観察装置により得られた画像例を示す図である。
【図６】図３のプリズム部材における１方向観察状態を示す斜視図である。
【図７】図６のプリズム部材による３つの光路を示す模式図である。
【図８】図７のプリズム部材の変形例を示す側面図である。
【図９】図７のプリズム部材の他の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｌ 照明光
Ｌ１〜Ｌ１１ 光路
Ｐ０ 平面
Ｗ 半導体ウェハ（観察対象物）
１ 多方向観察装置
２ 照明装置
３ 撮像素子（撮像手段）
４ 結像光学系
５，５′ プリズム部材（光路設定部材：焦点位置補正手段）
６ 切替機構
２１〜２４，２６〜２９ プリズム（光路設定部材：焦点位置補正手段）
【技術分野】
【０００１】
この発明は、同一の観察対象物を異なる複数の方向から観察可能な多方向観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、観察対象物を横方向から観察する観察装置としては、例えば、非特許文献１に示された構造のものがある。この観察装置は、撮像手段から観察対象物までの光路をミラーによって屈曲させて、斜め方向から観察対象物を撮像するようになっている。撮像手段に向かう光軸回りにミラーを回転させることにより、ワークを傾けることなく、観察対象物を３６０°のあらゆる方向から観察することができるようになっている。
【非特許文献１】「マイクロスコープ／デジタル顕微鏡：オムロン制御機器」、[online]、［平成１６年４月６日検索］、インターネット＜URL: http://www.fa.omron.co.jp/sensing/selection/eizou/vc-hr/tokucho.html＞
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このような構造の観察装置では、観察対象物に焦点を合わせた後には、ミラーの回転のみによって容易に全周にわたる画像を撮像可能であるが、撮像手段に向かう光軸がミラーによって遮られているために、撮像手段は、観察対象物を直接撮像することができない。このため、斜め方向からの画像のみを用いて焦点合わせを行うことになるが、この場合には、ミラーを回転させたときにピントが合う位置は１カ所に限られる場合が多く、ミラーを回転させて異なる方向から観察するたびに焦点合わせを行う必要があるという煩わしさがある。これを回避するためには、観察対象物への焦点合わせ作業を、別の手段を用いて行う必要があり、装置が複雑化するという不都合がある。
【０００４】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で同一の観察対象物を光路長の異なる複数の方向から観察可能な多方向観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、観察対象物に照明光を照射する照明装置と、観察対象物からの反射光を撮像する撮像手段と、該撮像手段と観察対象物との間に異なる方向から観察対象物を観察するための光路長の異なる光路を形成する複数の光路設定部材と、前記各光路上の焦点位置の像を前記撮像手段に結像させる結像光学系と、前記光路設定部材を選択的に観察対象物と結像光学系との間に挿脱可能な切替機構とを備え、前記光路設定部材に、前記複数の光路の空気換算長を一致させる焦点位置補正手段が備えられている多方向観察装置を提供する。
【０００６】
本発明によれば、照明装置から出射された照明光が観察対象物に照射されると、観察対象物の表面において反射され、その反射光が結像光学系により撮像手段に結像されることで、観察対象物の表面の画像を取得することが可能となる。
この場合において、切替機構の作動により、結像光学系と観察対象物との間から光路設定部材を抜き去ることにより、観察対象物からの反射光を直接結像光学系を介して撮像手段により撮像することができる。したがって、この画像に基づいて容易に焦点位置調整を行うことができる。
【０００７】
また、切替機構の作動により、結像光学系と観察対象物との間にいずれかの光路設定部材が配置されると、該光路設定部材に応じて、異なる観察方向に沿う光路が形成されることになる。したがって、切替機構の作動によりこれらの光路設定部材を切り替えることで、観察対象物の表面を異なる方向から見た画像を取得することができる。
【０００８】
さらに、光路設定部材には焦点位置補正手段が設けられているので、複数の光路の空気換算長が一致させられている。したがって、焦点位置を一旦調整した後には、切替機構の作動により光路設定部材を切り替えるたびに焦点位置調整を行う必要がなく、簡易に、複数の観察方向から見た観察対象物の鮮明な画像を取得することが可能となる。
【０００９】
上記発明においては、前記光路設定部材のいずれかが、複数の光路を同時に形成することが好ましい。
切替機構の作動により、単一の光路を観察対象物と結像光学系との間に形成すると、その観察方向から見た観察対象物の画像を、撮像手段の全ての撮像領域を使用して取得することができる。したがって、観察対象物から撮像手段に向かう光束の開口数を最大限に確保して、拡大しても鮮明性を損なわない程度の高い解像度の画像を取得することができる。
【００１０】
一方、切替機構の作動により、複数の光路を観察対象物と結像光学系との間に形成すると、撮像手段の撮像領域が各光路に応じて分割される。したがって、観察対象物から撮像手段に向かう光束の開口数が小さくなり、取得される画像の解像度は低下するが、複数の観察方向から観察対象物を同時に見た複数の画像を簡易に対応づけて記録することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、同一の観察対象物を異なる複数の方向から観察した場合の画像を同一の撮像手段によって簡易に取得することができる。その結果、同一の観察対象物を複数の方向から観察する場合に、焦点位置合わせを容易に行うことができ。全ての光路上の焦点位置の像を鮮明に撮像することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の第１の実施形態に係る多方向観察装置１について、図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態に係る多方向観察装置１は、観察対象物、例えば、半導体ウェハＷの端面を観察する装置である。
【００１３】
多方向観察装置１は、半導体ウェハＷの表面に向けて照明光Ｌを照射する照明装置２と、半導体ウェハＷの表面において反射した反射光Ｒ１を撮像するＣＭＯＳ（Complementary Metal
Oxide Semiconductor）イメージセンサのような撮像素子（撮像手段）３と、該撮像素子３と半導体ウェハＷとの間に配置され、半導体ウェハＷにおいて反射した反射光Ｒ１を撮像素子３の撮像面に結像させる結像光学系４と、半導体ウェハＷの端面に対し間隔を空けて配置されるプリズム部材５と、プリズム部材５を水平方向に移動させる切替機構６とを備えている。図２中、符号７は、半導体ウェハＷを搭載するステージである。
【００１４】
前記撮像素子３および結像光学系４は、図２に示されるように、略水平に配される半導体ウェハＷの端面Ｗ１に向かって延び、半導体ウェハＷの中心を通過する略水平な光軸を備えている。結像光学系４は、半導体ウェハＷの表面から反射されてきた反射光Ｒ１を集光する対物レンズ８と、撮像倍率を変更するズーム機構９と、ズーム機構９を通過した反射光Ｒ１を撮像素子３の撮像面に結像させる結像レンズ１０とを備えている。ズーム機構９、結像レンズ１０および撮像素子３は、図示しないベースに対して固定され、固定光学系を構成している。
【００１５】
一方、対物レンズ８およびプリズム部材５は、半導体ウェハＷおよび固定光学系に対して移動可能に設けられている。すなわち、対物レンズ８およびプリズム部材５は、ベースプレート１１に固定されたリニアガイド１２により光軸方向に直線移動可能に支持された第１のスライダ１３に搭載されている。第１のスライダ１３は、例えば、ステッピングモータ１４とリードネジ１５とによって光軸方向に駆動されるようになっている。
【００１６】
また、プリズム部材５は、第１のスライダ１３上に設けられたリニアガイド１６によって光軸に直交する方向に直線移動可能に支持された第２のスライダ１７に搭載されている。該第２のスライダ１７は、ステッピングモータ１８およびリードネジ１９とにより、光軸に直交する水平方向に沿って移動させられるようになっている。これにより、切替機構６が構成されている。
【００１７】
前記プリズム部材５は、図３に示されるように、帯板状のガラス平板２０に接着された複数のプリズム（光路設定部材）２１〜２４を備えている。
プリズム２１，２２は、半導体ウェハＷの厚さ寸法より若干大きな間隔をあけて、半導体ウェハＷの上下面に沿って配置されている。各プリズム２１，２２は、相互に対向する側面の半導体ウェハＷ側に、半導体ウェハＷに向かって漸次離れる方向に傾斜する傾斜面２１ａ，２２ａを備えている。
【００１８】
これらの傾斜面２１ａ，２２ａの傾斜角度は、図４に示されるように、水平に配置された前記半導体ウェハＷの表面に対して約３０°の角度をなしており、半導体ウェハＷの端面Ｗ１に直交する光軸に対して約６０°の角度をなした方向から半導体ウェハＷの端面Ｗ１の面取り部Ｗ２近傍を観察できるようになっている。
【００１９】
言い換えると、このようにしてプリズム部材５を通過した光を水平方向において撮像する撮像素子３には、図５に示されるように、２個のプリズム２１，２２によって挟まれた空間（図３における領域Ａ１）を通過した反射光Ｒ１により、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を該端面Ｗ１に直交する方向から見た画像Ｇ１を得ることができるようになっている。また、２個のプリズム２１，２２（図３における領域Ａ２，Ａ３）を通過した反射光Ｒ１により、約６０°斜め上から見た半導体ウェハＷの端部の画像Ｇ２および約６０°斜め下から見た半導体ウェハの端部の画像Ｇ３を取得することができるようになっている。
【００２０】
この場合において、本実施形態においては、図４に示されるように、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を直接水平方向から見る第１の光路Ｌ１と、プリズム２１，２２を介して斜め上方および斜め下方から半導体ウェハＷの端部Ｗ１を見る第２の光路Ｌ２および第３の光路Ｌ３とが形成されている。これらの光路Ｌ１〜Ｌ３は、上述した半導体ウェハＷの中心を通過する光軸を含む平面Ｐ０内に配されている。そして、図４から明らかなように、第１の光路Ｌ１と第２、第３の光路Ｌ２，Ｌ３とは、異なる光路長を有している。
【００２１】
本実施形態においては、第２、第３の光路Ｌ２，Ｌ３は、空気光路とプリズム２１，２２内の光路とを備え、それらの光路長を足し合わせた光路長を有している。プリズム２１，２２内の空気換算光路長は、それらプリズム２１，２２の屈折率により定められる。本実施形態においては、第１の光路Ｌ１の光路長と、第２、第３の光路Ｌ２，Ｌ３の光路長とが等しくなるようにプリズム２１，２２の屈折率が選択されている。
【００２２】
その結果、各光路Ｌ１〜Ｌ３上の焦点位置を半導体ウェハＷのそれぞれの観察位置に一致させることにより、全ての光路Ｌ１〜Ｌ３上における同一の観察対象物である半導体ウェハＷの各観察方向からの像を、同時に撮像素子３の撮像面に結像させることができるようになっている。
【００２３】
また、プリズム２３，２４は、前記プリズム２１，２２に対して、前記平面Ｐ０に直交する方向に並んで配置され、前記ガラス平板２０によって連結されている。また、プリズム２３，２４は、図６に示されるように、撮像素子３および結像光学系４の光軸を含む平面Ｐ０上に配置されたときに、半導体ウェハＷに対向するように傾斜する傾斜面２３ａ，２４ａを備えている。この傾斜面２３ａ，２４ａの傾斜角度は、水平に配置された前記半導体ウェハＷの表面に対して約３０°の角度をなしており、半導体ウェハＷの端面Ｗ１に直交する光軸に対して約６０°の角度をなした方向から半導体ウェハＷの端面Ｗ１の面取り部Ｗ２近傍を観察できるようになっている。
【００２４】
また、プリズム２３は、図７（ａ）に示されるように、半導体ウェハＷの面取り部Ｗ２からの反射光を内部において、平面Ｐ０に沿って反射して、端面Ｗ１を通る光軸近傍に戻す光路Ｌ５を形成している。プリズム２４は、図７（ｃ）に示されるように、半導体ウェハＷの面取り部Ｗ２からの反射光を内部において平面Ｐ０に沿って反射して、端面Ｗ１を通る光軸近傍に戻す光路Ｌ６を形成している。
【００２５】
また、プリズム２３，２４間のガラス平板２０が平面Ｐ０上に配されたときには、反射光Ｒ１が光軸に沿ってまっすぐに結像光学系４に入射される光路Ｌ４が形成されている。これら光路Ｌ４の光路長と光路Ｌ５，Ｌ６の光路長とは相違しているが、本実施形態においても、プリズム２３，２４の屈折率を調節することにより、各光路Ｌ４〜Ｌ６の空気換算長が等しくなるように設定されている。光路Ｌ１と光路Ｌ４の光路長は等しいので、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６の空気換算長は等しくなるように設定されている。
【００２６】
また、各プリズム２３，２４が平面Ｐ０上に配置されたときには、半導体ウェハＷの上面側または下面側の面取り部Ｗ２近傍の画像をそれぞれ、撮像素子３の全領域に対応する広い領域Ａ５，Ａ６を利用して取得することができるようになっている。また、図７（ｂ）に示されるように、プリズム２３，２４間のガラス平板２０が平面Ｐ０の位置に配置されたときにも、半導体ウェハＷの端面Ｗ１の画像を撮像素子３の全領域に対応する広い領域Ａ４を利用して取得することができるようになっている。
【００２７】
また、前記照明装置２は、例えば、レーザダイオードからなり、図１に示されるように、前記光路Ｌ１〜Ｌ３が配される平面Ｐ０に対して交差する方向から照明光Ｌを入射させるように配置されている。入射角度は、例えば、前記平面Ｐ０の通過する半導体ウェハＷの端面Ｗ２における接線方向に対して１０°〜６０°の範囲でよい。照明装置２から出射された照明光Ｌは、光路Ｌ１〜Ｌ３が配される平面Ｐ０に対して交差する方向から入射されるため、その鏡面反射光Ｒ２は全て平面Ｐ０を横切って通過するようになっている。
【００２８】
なお、ステージ７は、半導体ウェハＷを略水平かつ平坦な状態に吸着保持するとともに、その中心軸線回りに水平回転させるモータ２５を備えている。また、偏心して配置された半導体ウェハＷの中心軸線を回転軸線に一致させる機構や、水平支持した半導体ウェハＷを鉛直方向に昇降させる機構を備えていてもよい。
【００２９】
このように構成された本実施形態に係る多方向観察装置１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る多方向観察装置１を用いて半導体ウェハＷの端面Ｗ１近傍の観察を行うには、半導体ウェハＷをステージ７上に搭載して吸着保持させる。このとき、半導体ウェハＷの中心軸線はステージ７の回転軸線に一致しているものとする。
【００３０】
この状態で、照明装置２を作動させ、照明光Ｌを半導体ウェハＷの端面Ｗ１近傍に照射する。この場合に、本実施形態に係る多方向観察装置１によれば、照明光Ｌの入射方向が、光軸を通過する平面Ｐ０に交差する方向に配置されているので、細長い円筒面からなる端面Ｗ１および面取り部Ｗ２における鏡面反射光Ｒ２が、前記平面Ｐ０内を進行して結像光学系４まで達することはない。したがって、撮像素子３におけるフレアの発生等を防止することができ、鮮明な画像Ｇを得ることができる。
【００３１】
また、このように照明装置２を配置することにより、半導体ウェハＷの端面Ｗ１および面取り部Ｗ２等に傷やクラック等が存在する場合には、これらの傷やクラック等によって照明光Ｌが乱反射され、その一部が反射光Ｒ１として、前記平面Ｐ０内を進行して結像光学系４まで達することになる。したがって、半導体ウェハＷの面取り部Ｗ２や端面Ｗ１に傷やクラック等が存在する場合には、これを際立たせた鮮明な画像Ｇを取得することができる。
【００３２】
本実施形態に係る多方向観察装置１を用いて半導体ウェハＷの端部の観察を行う場合には、まず、切替機構６を作動させて、半導体ウェハＷの中心軸と撮像素子３および結像光学系４の光軸とを含む平面Ｐ０に交差する位置に、プリズム２１，２２を配置するか、または、プリズム２３，２４の間に配置されているガラス平板２０を配置する。これにより、撮像素子３および結像光学系４の光軸は、ガラス平板２０の領域Ａ１または領域Ａ４を通過して真っ直ぐに半導体ウェハＷの端面Ｗ１に交わることになる。
【００３３】
したがって、撮像素子３には、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を水平な光路Ｌ１または光路Ｌ４を介して直接観察した画像Ｇが取得される。そして、このとき、取得された画像Ｇにおいて半導体ウェハＷの端面Ｗ１のピントがずれていた場合は、ステッピングモータ１４を作動させて、ベースプレート１１に対し対物レンズ８およびプリズム部材５を光軸方向に移動させる。これにより、焦点位置を光軸方向に変位させて、簡易にピントを調節することができる。
【００３４】
この場合に、撮像素子３により取得された画像Ｇの中央近傍には、半導体ウェハＷの端面Ｗ２の画像Ｇ１が表示されるので、観察者は、この端面Ｗ２の画像Ｇ１において焦点が合致するようにスライダ１１を移動させることで、直感的に簡易に焦点位置調整を行うことができる。なお、観察者が手動により焦点位置調整を行う場合の他、コントラスト比により焦点位置を自動調整する場合においても、簡易な制御で容易に調整することができる。
また、このとき得られた画像Ｇにおける半導体ウェハＷの端面Ｗ１の上下方向位置に応じてステージ７を上下動させることにより、半導体ウェハＷの上下方向位置を調節することができる。
【００３５】
本実施形態においては、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６の空気換算長が等しくなるように設定されているので、光路Ｌ１または光路Ｌ４においてピントを合わせることにより、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６のピントが合う。したがって、切替機構６の作動により、どのプリズム２１〜２４を平面Ｐ０に交差するように配置しても、全ての光路Ｌ１〜Ｌ６においてピントの合った鮮明な画像Ｇを得ることができる。
【００３６】
また、本実施形態においては切替機構６により、複数のプリズム２１〜２４を選択的に平面Ｐ０上に配置して、複数の異なる光路Ｌ１〜Ｌ６を形成することができる。したがって、観察の目的に合わせて、光路Ｌ１〜Ｌ６を切り替えることができる。例えば、プリズム２１，２２を平面Ｐ０上に配置すると、３つの光路Ｌ１〜Ｌ３が同時に形成され、撮像素子３においては、図５に示されるように、半導体ウェハＷの端部を水平方向および斜め上下方向から見た３つの画像Ｇ１〜Ｇ３を有する画像Ｇを取得することができる。したがって、同一の観察対象物である半導体ウェハＷを異なる複数の観察方向から同一時刻に見た画像Ｇ１〜Ｇ３を対応づけて記録することができる。
【００３７】
一方、プリズム２３，２４またはそれらの間のガラス平板２０を選択的に平面Ｐ０上に配置すると、図７に示されるように、それぞれ単一の光路Ｌ４〜Ｌ６を形成することができる。したがって、切替機構６を作動させて、これらの光路Ｌ４〜Ｌ６を切り替えることにより、上記プリズム２１，２２を平面Ｐ０上に配置した場合と同様に、半導体ウェハＷの端部を水平方向および斜め上下方向から見た３つの画像Ｇ１〜Ｇ３を取得することができる。しかしながら、この場合には画像Ｇ１〜Ｇ３は、別々の時刻に取得されることになるため、相互の対応付けは別の手段により行う必要がある。
【００３８】
この場合において、プリズム２３，２４またはそれらの間のガラス平板２０を選択的に平面Ｐ０上に配置して、それぞれ単一の光路Ｌ４〜Ｌ６を形成する場合には、以下の利点がある。
すなわち、プリズム２１，２２を平面Ｐ０上に配置した場合に、３つの光路Ｌ１〜Ｌ３が同時に形成され、撮像素子の全領域が上下方向に３分割されて、狭い領域によって画像Ｇ１〜Ｇ３を撮像していたのと比較すると、撮像素子の全領域を分割することなくそれぞれの画像の撮像に使用することができる利点がある。これにより、各光路Ｌ４〜Ｌ６の光束が他の光路Ｌ４〜Ｌ６の光束によって制限されることがなく、高い開口数を確保することができる。その結果、各画像の解像度を向上することができ、ズーム機構９により拡大した場合においても、十分な解像度が確保された鮮明な画像を得ることができる。
【００３９】
半導体ウェハＷの周方向の一部における端面Ｗ１の撮像が行われた後には、ステージ７のモータ２５を作動させることにより、半導体ウェハＷを軸線回りに所定角度だけ回転させ、その位置で上記のようにして画像Ｇを取得することを繰り返すことにより、半導体ウェハＷの全周にわたる画像Ｇを取得することが可能となる。
【００４０】
このように、本実施形態に係る多方向観察装置１によれば、半導体ウェハＷの端面Ｗ１を複数方向から同時に観察することができる装置をコンパクトに構成することができる。そして、切替機構６の作動によって、平面Ｐ０上に配置するプリズム２１〜２４を切り替えることにより、複数の観察方向からの同時撮影と、事後的な拡大によっても鮮明性を損なわないような高解像度の画像の取得とを簡易に切り替えることができる。したがって、撮影目的に合わせた種々の画像を取得することができる。
【００４１】
また、全ての観察方向に対して、照明装置２を共通化して、さらにコンパクト化を図ることができる。さらに、照明装置２からの照明光Ｌの鏡面反射光Ｒ２によるフレアの発生を、全ての観察方向において防止し、傷やクラックを際立たせた鮮明な画像Ｇを得ることができる。
【００４２】
また、全ての画像Ｇ１〜Ｇ３において、ピントの合った鮮明な画像Ｇが得られた状態で、ズーム機構９を作動させることにより、図５に鎖線で示す領域Ｚ１，Ｚ２の画像を拡大して取得することができる。なお、ズーム機構９により領域Ｚ２まで拡大した場合に、画像Ｇ１と画像Ｇ２，Ｇ３との間隔が拡大して画像Ｇ２，Ｇ３が領域Ｚ２から外れてしまうことが考えられるため、この場合には、これを防止するために画像Ｇ１と画像Ｇ２，Ｇ３との隙間を詰めるような画像処理を施すことにしてもよい。
【００４３】
なお、本実施形態においては、観察対象物として、半導体ウェハＷを例に挙げて説明した。本発明は、これに限定されるものではなく、他の任意の観察対象物を多方向から同時に観察する場合に適用することができる。特に、半導体ウェハＷに類似の円板状の部材、例えば、ＣＤやＤＶＤの端面検査、あるいは、飲料缶等の円柱状部材の肩部における端面と側面の同時検査、板状あるいは帯状部材の端面検査等に適用することができる。
【００４４】
また、ステージ７に昇降機能を持たせることにより、半導体ウェハＷをプリズム部材５に対して上下方向に移動させることとしたが、これに代えて、プリズム部材５および対物レンズ８を含むユニットを半導体ウェハＷに対して昇降させることにしてもよい。また、この場合に、回転に伴う半導体ウェハＷの端面Ｗ１の上下変動を検出して、これに追従させるようにプリズム部材５および対物レンズ８を含むユニットを昇降させることにしてもよい。
また、撮像手段としてはＣＭＯＳイメージセンサに代えて、ＣＣＤ（荷電結合素子：Charge Coupled Device）を採用してもよい。
【００４５】
また、プリズム部材５として４つのプリズム２１〜２４を有する場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、またはこれに加えて、図８または図９に示されるプリズム２６〜２９を備えるプリズム部材５′を採用してもよい。図８に示す例は、半導体ウェハＷの表裏面を同時に観察する光路Ｌ７〜Ｌ９を形成する場合である。撮像素子３における撮像領域が上下に分割されるため解像度が低減されるが、同時観察が可能であるという利点がある。また、図９に示す例は、半導体ウェハＷの表裏面を別々に観察する光路Ｌ１０，Ｌ１１を形成する場合である。同時観察はできないが、高解像度の画像を取得できる利点がある。
また、プリズム２１〜２９を任意に組み合わせて同時に観察する観察方向を任意に選択してもよいことは言うまでもない。
【００４６】
また、３つの観察方向から観察する場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、２つの観察方向または、４つ以上の観察方向を有する場合に本発明を適用してもよい。
また、屈折率を適当に選択して空気換算光路長を一致させるプリズムを有する場合について説明したが、これに代えて、ミラーのように光路長の補正を行うことなく複数の観察方向から観察する場合に本発明を適用してもよい。この場合には、各観察方向毎に焦点位置の調整が必要となる。
【００４７】
また、光路設定部材および焦点位置補正手段をプリズムによって同時に実現することとしたが、これに代えて、ミラーとプリズムとの組み合わせにより、光路設定部材と焦点位置補正手段とを別々に実現することにしてもよい。
また、結像光学系４の光軸を含む平面Ｐ０に交差する方向から照明光Ｌを照射する照明装置２について説明したが、これに代えて、あるいは、これと組み合わせて選択的に切替可能に、光軸に沿って照明光を照射する同軸照明を行うことにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る多方向観察装置を部分的に示す模式的な平面図である。
【図２】図１の多方向観察装置の全体構成を示す正面図である。
【図３】図１の多方向観察装置のプリズム部材を示す斜視図であり、多方向同時観察状態を示している。
【図４】図３の焦点位置補正部材による３つの光路を示す模式図である。
【図５】図１の多方向観察装置により得られた画像例を示す図である。
【図６】図３のプリズム部材における１方向観察状態を示す斜視図である。
【図７】図６のプリズム部材による３つの光路を示す模式図である。
【図８】図７のプリズム部材の変形例を示す側面図である。
【図９】図７のプリズム部材の他の変形例を示す側面図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｌ 照明光
Ｌ１〜Ｌ１１ 光路
Ｐ０ 平面
Ｗ 半導体ウェハ（観察対象物）
１ 多方向観察装置
２ 照明装置
３ 撮像素子（撮像手段）
４ 結像光学系
５，５′ プリズム部材（光路設定部材：焦点位置補正手段）
６ 切替機構
２１〜２４，２６〜２９ プリズム（光路設定部材：焦点位置補正手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観察対象物に照明光を照射する照明装置と、
観察対象物からの反射光を撮像する撮像手段と、
該撮像手段と観察対象物との間に異なる方向から観察対象物を観察するための光路長の異なる光路を形成する複数の光路設定部材と、
前記各光路上の焦点位置の像を前記撮像手段に結像させる結像光学系と、
前記光路設定部材を選択的に観察対象物と結像光学系との間に挿脱可能な切替機構とを備え、
前記光路設定部材に、前記複数の光路の空気換算長を一致させる焦点位置補正手段が備えられている多方向観察装置。
【請求項２】
前記光路設定部材のいずれかが、複数の光路を同時に形成する請求項１に記載の多方向観察装置。
【請求項１】
観察対象物に照明光を照射する照明装置と、
観察対象物からの反射光を撮像する撮像手段と、
該撮像手段と観察対象物との間に異なる方向から観察対象物を観察するための光路長の異なる光路を形成する複数の光路設定部材と、
前記各光路上の焦点位置の像を前記撮像手段に結像させる結像光学系と、
前記光路設定部材を選択的に観察対象物と結像光学系との間に挿脱可能な切替機構とを備え、
前記光路設定部材に、前記複数の光路の空気換算長を一致させる焦点位置補正手段が備えられている多方向観察装置。
【請求項２】
前記光路設定部材のいずれかが、複数の光路を同時に形成する請求項１に記載の多方向観察装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１３３５０２（Ｐ２００６−１３３５０２Ａ）
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３２２３３５（Ｐ２００４−３２２３３５）
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年５月２５日（２００６．５．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月５日（２００４．１１．５）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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