JPS6219828A - Focus position detector - Google Patents
Focus position detectorInfo
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- JPS6219828A JPS6219828A JP15810885A JP15810885A JPS6219828A JP S6219828 A JPS6219828 A JP S6219828A JP 15810885 A JP15810885 A JP 15810885A JP 15810885 A JP15810885 A JP 15810885A JP S6219828 A JPS6219828 A JP S6219828A
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- stripe pattern
- pattern
- focus position
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- Automatic Focus Adjustment (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、顕微鏡のピントを被観察物の面に自動的に合
せる自動焦点装置に好適な焦点位置検出装置に関するも
のである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a focus position detection device suitable for an automatic focusing device that automatically focuses a microscope on the surface of an object to be observed.
顕＃鏡の焦点位置検出装置としで、顕微鏡の照明光を利
用し、照明光によりストライプパターンを被観察物上に
縮小投影し、この投影パターンを再び、検出光学系で拡
大し、光電変換器上に結像せしめ、ストライプパターン
の明暗のコントラストにより焦点ずれを検出する装置例
が知られている。この例では、焦点ずれの方向を判°断
するために、投影すべきストライプパターンを対物レン
ズの結像面の前後に２枚配置ししかも２枚のストライプ
パターンは対物レンズによる照明視野内の各々違う場所
に投影せしめるように配置されている。そして、照明光
により、このストライプパターンの投影慮を被観察物面
上に結像せしめ、対物レンズにより再び投影像を光電変
換器上に結像し、２つの投影パターンのコントラストの
差より、焦点ずれ方向を判別している。It is used as a focus position detection device for a microscope, and uses the illumination light of the microscope to reduce and project a stripe pattern onto the object to be observed.This projected pattern is then magnified again by the detection optical system, and then a photoelectric converter is used. An example of a device is known in which an image is formed on the object and a defocus is detected based on the contrast of brightness and darkness of a stripe pattern. In this example, in order to determine the direction of defocus, two stripe patterns to be projected are placed in front and behind the imaging plane of the objective lens. They are arranged so that they are projected in different locations. Then, the projected image of this stripe pattern is imaged onto the object surface to be observed using the illumination light, and the projected image is again imaged onto the photoelectric converter using the objective lens. The direction of deviation is determined.
しかし、光電変換器で検出できるストライプパターンの
範囲に限りがあり、広い面積での検出ができないため２
例えば、観察対象物がＬＳＩウェハの如き、微細複雑パ
ターンでは、パターンの形成されている密度などに影響
され、コントラストが大きくかわり、正しく焦点位置を
検出することが防げられている。However, the range of striped patterns that can be detected by photoelectric converters is limited, and detection over a wide area is not possible.
For example, when the object to be observed has a fine and complex pattern such as an LSI wafer, the contrast changes greatly due to the density of the pattern, which prevents accurate detection of the focal position.
本発明の目的は、上記従来技術の欠点をなくし、焦点位
置検出誤差の発生を防ぐ高精度な焦点位置検出装置を提
供するにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly accurate focus position detection device that eliminates the drawbacks of the prior art described above and prevents occurrence of focus position detection errors.
このため、本発明では、ＬＳＩウニ／１の如き被観察物
のパターンの密度の影響を除くために、照明光により被
観察物面上に投影したストライプパターンのコントラス
トを検出する時に、ストライプパターンのライン＆スペ
ースと直角方向に対し、このストライプパターンの像を
検出し、コントラストを求める光電変換器の受光面より
広い領域のストライプパターンの像を検出するようにし
たことを特徴とした焦点ずれ検出方法および、これを可
能とするために、光電変換器前面に７リンドリカルレン
ズを配置し、ストライプパターンのライン＆スペースと
直角方向に投影パターンを光学的に圧縮し、光電変換器
受光面より広い領域の投影パターン像を検出できるよう
にしたことを特徴とする焦点位置検出装置である。Therefore, in the present invention, in order to eliminate the influence of the pattern density of an object to be observed such as LSI Urchin/1, when detecting the contrast of a stripe pattern projected onto the surface of an object to be observed using illumination light, the contrast of the stripe pattern is A defocus detection method characterized by detecting an image of this stripe pattern in a direction perpendicular to the lines and spaces, and detecting an image of the stripe pattern in a wider area than the light receiving surface of a photoelectric converter for which contrast is sought. In order to make this possible, a 7-lindrical lens is placed in front of the photoelectric converter to optically compress the projected pattern in a direction perpendicular to the lines and spaces of the stripe pattern, and to create an area wider than the light receiving surface of the photoelectric converter. This is a focal position detection device characterized by being able to detect a projected pattern image of.
［発明の実施例］
以下、本発明の実施例を第１図〜第６図を用いて請明す
る。[Embodiments of the Invention] Hereinafter, embodiments of the present invention will be claimed using FIGS. 1 to 6.
第１図は１本発明の基本構成を示したもので光源１は、
マスク２，２のパターンを試料３に投影するとともＫ、
試料６を観察するための光源でもある。マスク２および
２は、その中間点に調度対物レンズ４の結像面があるよ
うに配置する。５は、試料３を観察するためのイメージ
センサにして、対物レンズ愕の結像面に配置されている
。６は、マスク２，２の試料面上の投影パターンを検出
するためのイメージセンサで対物レンズ４からの距離は
イメージセンサ５と同距離である。７はイメージセンサ
６によす検出したマスク２，２ の像のコントラストを
検出するコントラスト検出回路である。８は、シリンド
リカルレンズにして第２図に示すマスク２゜２の明暗の
パターンの配列方向と直角方向の画像を光学的に圧縮す
る役目をもっている。レンズ９は、光源１の光を集め、
対物レンズ４の後側焦点に光源１の像を投影する役目を
している。FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention, and the light source 1 is
When the patterns of the masks 2 and 2 are projected onto the sample 3, K,
It is also a light source for observing the sample 6. The masks 2 and 2 are arranged so that the image plane of the objective lens 4 is located at their midpoint. Reference numeral 5 denotes an image sensor for observing the sample 3, which is disposed on the imaging plane directly in front of the objective lens. Reference numeral 6 denotes an image sensor for detecting the projected pattern of the masks 2, 2 on the sample surface, and the distance from the objective lens 4 is the same as that of the image sensor 5. A contrast detection circuit 7 detects the contrast of the images of the masks 2, 2 detected by the image sensor 6. Reference numeral 8 is a cylindrical lens which has the role of optically compressing the image in the direction perpendicular to the direction in which the bright and dark patterns of the mask 2.degree. 2 shown in FIG. 2 are arranged. The lens 9 collects the light from the light source 1,
It serves to project the image of the light source 1 onto the rear focal point of the objective lens 4.
また１０は、照明光１５を対物レンズに導き、対物。Further, 10 is an objective that guides the illumination light 15 to an objective lens.
レンズ４からの検出反射光１４をイメージセンチ５．６
に透過させるハーフミラ−１１１は、同様にイメージセ
ンサ５とイメージセンサ６に反射光を分割するハーフミ
ラ−である。第３図は。Image centimeter of detected reflected light 14 from lens 4 5.6
The half mirror 111 that transmits the reflected light to the image sensor 5 and the image sensor 6 is a half mirror that similarly divides the reflected light into the image sensor 5 and the image sensor 6. Figure 3 is.
−ｑｘｐ２．２の明暗パターンとイメージセｙ２６のア
レイ状の光電素子との関係を示したもので、マスク２，
２の各々明暗パターンの一本ツつに各々光電素子の一素
子が対応するように構成する。ここで、マスク２，２に
対応する光電素子の出力を考えてみる。マスク２，２は
、対物レンズの結像面を中間点として配置されているた
め、調度対物レンズのピントが合いイメージセンサ５か
試料の像を鮮明に検出しているときは、投影されたマス
ク２，２の像は、少しボケでいるか同様のボケ方をして
いるためイメージセンサ６の出力は、第４図の如くなる
。この状態から、試料面が例えば、対物レンズ４から離
れると、マスク２のパターンがより鮮明に検出され、イ
メージセンサ６の出力は第５図の如１くなる。- This shows the relationship between the light and dark pattern of qxp2.2 and the arrayed photoelectric elements of imagesay26.
The structure is such that one photoelectric element corresponds to each of the two bright and dark patterns. Now, let us consider the output of the photoelectric elements corresponding to the masks 2, 2. The masks 2, 2 are arranged with the image forming plane of the objective lens as the midpoint, so when the objective lens is in focus and the image sensor 5 is clearly detecting the image of the sample, the projected mask Since images 2 and 2 are slightly blurred or similarly blurred, the output of the image sensor 6 is as shown in FIG. When the sample surface moves away from the objective lens 4 from this state, the pattern of the mask 2 is detected more clearly, and the output of the image sensor 6 becomes as shown in FIG.
もちろん、試料面が対物レンズ４に近づくとイメージセ
／す６の出力は第５図と逆になる。Of course, when the sample surface approaches the objective lens 4, the output of the image sensor 6 becomes opposite to that shown in FIG.
従ってこの関係より焦点位置のずれが検出できる。実際
にはコントラスト検出回路７により、マスク２，２のパ
ターンの明部、暗部のコントラスを求め、第６図に示す
コントラスト曲線を算出している。従ってピントが合っ
た位置は、２つのコントラスト曲線の交点となり、この
交点からのずれをみることにより焦点ずれ全判別できる
。ところで、マスク２，２−のパターンを検出するイメ
ージセンサは、その大きさが限られており、第６図に示
す巾Ｗをそれ程大きくとれない。しかし、一般に観察す
べき試料は、その表面に複雑なパターンが形成されてい
る。このため、この巾Ｗが小さいとこの顕微鏡視野の一
部でのパターンの情報のみしか利用できないため、正し
く全視野にわたって焦点を合せることが困難となる。そ
こで本発明では、シリンドリカルレンズ８を用いてイメ
ージセンサ６の巾方向のマスクパターンを圧縮して、イ
メージセンサ６のもつ巾よりも広い領域のマスクパター
ンを検出し、被観察物のパターン密度の影響を少くし、
より高精度な焦点ずれ検出を可能としている。Therefore, a shift in the focal position can be detected from this relationship. Actually, the contrast detection circuit 7 determines the contrast between the bright and dark parts of the patterns of the masks 2, 2, and calculates the contrast curve shown in FIG. Therefore, the in-focus position is the intersection of the two contrast curves, and by looking at the deviation from this intersection, it is possible to determine the entire focus deviation. By the way, the image sensor for detecting the patterns of the masks 2, 2- is limited in size, and the width W shown in FIG. 6 cannot be made that large. However, the sample to be observed generally has a complex pattern formed on its surface. Therefore, if the width W is small, only pattern information in a part of the microscope field of view can be used, making it difficult to correctly focus over the entire field of view. Therefore, in the present invention, the mask pattern in the width direction of the image sensor 6 is compressed using the cylindrical lens 8, and the mask pattern in a wider area than the width of the image sensor 6 is detected. reduce the
This enables more accurate defocus detection.
以上１本発明によれば、照明光により被観察物面上に投
影したストライプパターンのコントラストを検出する時
に、ストライプパターンの明部、暗部の配列方向と直角
方向に対し光学的に画像を圧縮したので、コントラスト
検出用イメージセンサの巾よりも広い領域のストライプ
パターン像を検出でき−１これ罠より、試料面に形成さ
れたパターンの影響を除くことができた。1 According to the present invention, when detecting the contrast of a stripe pattern projected onto the surface of an object to be observed using illumination light, the image is optically compressed in the direction perpendicular to the arrangement direction of the bright and dark parts of the stripe pattern. Therefore, it was possible to detect a stripe pattern image in an area wider than the width of the image sensor for contrast detection.
この結果焦点位置検出誤差の発生を防止でき。As a result, the occurrence of focal position detection errors can be prevented.
高精度な焦点位置検出装置が実現できた。A highly accurate focal position detection device has been realized.
第１図は本発明の一実施例の基本構成図、第２、図は、
投影マスクパターン、第３図は、第２図の投影パターン
とこれを検出するイメージセンサの関係図、第４図は、
対物レンズのピントが合ったときの投影パターン検出用
のイメージセンサの出力表示図％第５図は、ピントがず
れたときの出力表示図、第６図は、イメージセンサ出力
からコントラストを求めた例を示す線図である。
１・・・光源 ２・・・マスク２・・・
マスク ４・・・対物レンズ５・・・イメ
ージセンサ ６・・・イメージセンサ７・・・コン
トラスト検出回路
８・・・シリンドリカルレンズ。
第２図
菓牛図
第５図
子 乙 図
駈料値１Fig. 1 is a basic configuration diagram of an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a basic configuration diagram of an embodiment of the present invention.
The projection mask pattern, FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the projection pattern in FIG. 2 and the image sensor that detects it, and FIG.
Figure 5 is an output display diagram of the image sensor for detecting the projected pattern when the objective lens is in focus. Figure 5 is an output display diagram when the objective lens is out of focus. Figure 6 is an example of calculating contrast from the image sensor output. FIG. 1...Light source 2...Mask 2...
Mask 4... Objective lens 5... Image sensor 6... Image sensor 7... Contrast detection circuit 8... Cylindrical lens. Figure 2 Kagyu Figure 5 Figure Otsu Figure Fee Value 1
Claims (1)
ンを被観察物面上に投影結像せしめる第一の光学系と、
前記被観察物体からの反射ストライプパターンを複数の
光電素子からなるアレイ状イメージセンサにより結像せ
しめる第二の光学系とアレイ状イメージセンサにより光
電変換した出力信号によりストライプ状パターンに対応
した明暗情報を得、この明暗差より前記被観察面の焦点
位置を検出するためのコントラスト検出回路を備えてな
る焦点位置検出装置であつて、前記アレイ状イメージセ
ンサの明暗パターンに対応した方向と直角方向の検出画
像を圧縮して前記アレイ状センサの受光面より広い領域
の画像を取込むことを特徴とする焦点位置検出装置。1. A first optical system that projects and images a striped pattern that periodically combines bright areas and dark areas onto the object surface to be observed;
A second optical system forms an image of the reflected stripe pattern from the object to be observed using an array image sensor made up of a plurality of photoelectric elements, and brightness information corresponding to the stripe pattern is obtained using an output signal photoelectrically converted by the array image sensor. and a focus position detection device comprising a contrast detection circuit for detecting a focus position of the observed surface from the brightness difference, the focus position detection device comprising: a contrast detection circuit for detecting a focus position of the observed surface from the brightness difference, the device comprising: a contrast detection circuit; A focal position detection device characterized by compressing an image and capturing an image of a wider area than the light receiving surface of the array sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15810885A JPS6219828A (en) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | Focus position detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15810885A JPS6219828A (en) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | Focus position detector |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6219828A true JPS6219828A (en) | 1987-01-28 |
Family
ID=15664475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15810885A Pending JPS6219828A (en) | 1985-07-19 | 1985-07-19 | Focus position detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6219828A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62109013A (en) * | 1985-11-08 | 1987-05-20 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Focusing detector |
| JP2006139182A (en) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | V Technology Co Ltd | Automatic focusing device and method |
-
1985
- 1985-07-19 JP JP15810885A patent/JPS6219828A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62109013A (en) * | 1985-11-08 | 1987-05-20 | Nippon Kogaku Kk <Nikon> | Focusing detector |
| JP2006139182A (en) * | 2004-11-15 | 2006-06-01 | V Technology Co Ltd | Automatic focusing device and method |
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