性表示本实用新型的第三实施方式涉及的形状测定装置的测定原理的概略图。
[0033]图10是表示本实用新型的第四实施方式涉及的形状测定装置在对有厚度的被测物进行测定时所执行的处理的一例的流程图。
[0034]附图标记说明
[0035]Ia:形状测定装置、Ib:形状测定装置、Ic:形状测定装置、Id:形状测定装置、3:照明部、4:受光部、5:光源、6:拍摄元件、7:测量控制部、8:光积分棒(均匀化部)、9:半透半反镜、10:镜子、30:照明光学系统、31:照明系统光圈、32:第一照明透镜组(第一照明系统透镜)、33:第二照明透镜组(第二照明系统透镜)、40:成像光学系统、41:成像系统光圈、42:第一成像透镜组(第一成像系统透镜)、43:第二成像透镜组(第二成像系统透镜)。
【具体实施方式】
[0036]〔实施方式I〕
[0037]基于图1?图7，说明本实用新型的第一实施方式(实施方式I)。
[0038]〔形状测定装置Ia的概要〕
[0039]图1是通过明示从光源5射出的光的行进路径来概略性表示形状测定装置Ia的测定原理的概略图。如图1所示，形状测定装置Ia是测定被测物的形状、尺寸的装置。
[0040]照明光学系统30在被测物W —侧是远心的，因此穿过照明系统光圈31的中心的光与光轴C大致平行地从该照明光学系统30射出，并以角度ΘΑ(该出射光的扩展半角)照射被测物W的表面。该被测物W的轮廓衍射上述光。衍射光以比上述角度ΘΑ大的角度展开，并相对于光轴C以角度ΘΒ(入射光的扩展半角)入射至成像光学系统40。但是，成像光学系统40在被测物W —侧是远心的，因此上述衍射光相对于光轴C大致平行。
[0041]为了提高成像光学系统40的分辨率、加大景深，需要使上述衍射光有助于成像。在本实施方式中，作为表示上述衍射光有助于成像的程度的高低的标准，使用相干因子。这里，相干因子是照明光学系统30的数值孔径(角度0,的正弦值)和成像光学系统40的数值孔径(角度Θ 8的正弦值)之比(sin Θ A/sin θ Β)(以下，有时将该相干因子简记为“ σ ”)。
[0042]形状测定装置Ia通过控制照明系统光圈31和成像系统光圈41中的至少一者来调整该相干因子，以使得上述相干因子成为规定的值(例如，包含在0.7?0.8的范围之中的值)。在此，由于照明系统光圈31和成像系统光圈41满足共轭的关系，因此形状测定装置Ia通过最优化σ，能够同时改善分辨率和景深。
[0043]S卩，形状测定装置Ia不需要具备切换低倍率的成像光学系统和高倍率的成像光学系统、或改变成像光学系统的倍率的机构(利用简单的结构)，就能够实现与调焦相同的功能(在维持高分辨率的状态下加大景深)。
[0044](形状测定装置Ia的结构)
[0045]图2是表示形状测定装置Ia的主要部分结构的示意图。如图2所示，形状测定装置Ia具备:照明部3 (光源5、光积分棒8、照明光学系统30)、受光部4 (拍摄元件6、成像光学系统40)、半透半反镜9、以及测量控制部7。
[0046]照明部3对被测物W的表面进行照明。照明部3包括:光源5、光积分棒8、以及照明光学系统30。
[0047]光源5是发出对被测物W进行照明的光的设备，例如，能够使用发光二极管(LightEmitting D1de ；LED)来实现。
[0048]光积分棒(均匀化部)8是通过多次反射从光源5照射的光而使该光的强度分布均匀的设备。在此，上述光积分棒8的射出面81和被测物W的设置面(被测物W的表面)满足光学共轭的关系。由此，形状测定装置Ia能够得到更高精度的测定结果。另一方面，形状测定装置Ia也可以不具备光积分棒8，也可以在光源5和光积分棒8之间配置漫射板。后者的情况下，形状测定装置Ia能够进一步均匀光的强度分布，因此能够得到更高精度的测定结果。
[0049]照明光学系统30是至少包含能够调节从光源5照射的光的量的照明系统光圈31、并在被测物W—侧为远光的光学系统。照明光学系统30包括:照明系统光圈31、第一照明透镜组32、以及第二照明透镜组33。
[0050]照明系统光圈31是为了调节从光源5照射的光的量而可改变该光能够穿过的孔径部(aperture)的大小的遮蔽机构。为了使从光源5射出的主光线和光轴大致平行(使照明光学系统30远心)，照明系统光圈31优选配置在第一照明透镜组32的焦点附近。由此，形状测定装置Ia能够抑制由光积分棒8的射出面在光轴方向上产生位置偏移而引起的性能劣化。
[0051]第一照明透镜组(第一照明系统透镜)32是将从光积分棒8的射出面朝同一方向射出的光聚集在照明系统光圈31上的一点的光学系统。
[0052]第二照明透镜组(第二照明系统透镜)33是使从照明系统光圈31射出的光与光轴大致平行地照射在被测物W上的光学系统。
[0053]受光部4接受从配置在设置面上的被测物W的表面反射出的光。受光部4包括拍摄元件6和成像光学系统40。
[0054]拍摄元件6是如下元件:通过在该拍摄元件6的表面上(受光面61)接受从成像光学系统40射出的光，从而将形成在该受光面61上的被测物W的投影图像作为电信号进行输出。拍摄元件6例如能够由电荷親合元件(Charge Coupled Device ;CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor ；CM0S)图像传感器等来实现。
[0055]成像光学系统40是如下光学系统:其至少包含成像系统光圈41，所述成像系统光圈41使被测物W和接受由该被测物W投影的图像的受光面61 (拍摄元件的6的表面)成光学共轭的关系，并且所述成像系统光圈41与照明系统光圈31成共轭关系，所述成像光学系统40在该被测物W的一侧是远心的光学系统。成像光学系统40包括:成像系统光圈41、第一成像透镜组42、以及第二成像透镜组43。
[0056]成像系统光圈41是为了调节从第一成像透镜组42射出的光的量而可改变该光能够穿过的孔径部的大小的遮蔽机构。成像系统光圈41与照明系统光圈31满足共轭关系。
[0057]第一成像透镜组(第一成像系统透镜)42是将从被测物W射出的光引导至成像系统光圈41的光学系统。通过将成像系统光圈41配置在第一成像透镜组42的焦点位置，成像光学系统40在被测物W的一侧成为远心，因此形状测定装置Ia能够抑制由被测物W在光轴方向的位置偏移导致的性能劣化。
[0058]第二成像透镜组(第二成像系统透镜)43是将从成像系统光圈41射出的光照射至受光面61的光学系统。通过将成像系统光圈41配置在第二成像透镜组43的焦点位置，成像光学系统40在受光元件(拍摄元件6) —侧成为远心，因此形状测定装置Ia能够抑制由受光元件(拍摄元件6)在光轴方向的位置偏移导致的性能劣化。
[0059]半透半反镜9是如下镜子(光束扩展器):反射穿过了照明系统光圈31的光，并透射照射到被测物W的光，由此将该光引导至成像系统光圈41。图2示出了照明光学系统30使由半透半反镜9反射的光落射到被测物W从而进行照明的方式(落射照明方式)的一例。
[0060]测量控制部7通过控制照明系统光圈31和成像系统光圈41中的至少一者，由此来调整该照明光学系统30的数值孔径和该成像光学系统40的数值孔径之比即相干因子。而且，测量控制部7根据从拍摄元件6输出的电信号来获取被测物W的投影图像，并测定该被测物W的形状和/或尺寸。此外，如上所述，优选为测量控制部7将上述相干因子调整为包含在0.7?0.8的范围内的值(例如，σ = 0.75)。另外，测量控制部7能够通过例如个人计