JPS6219828A - 焦点位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

〔発明の背景〕

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。

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。

〔発明の目的〕

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。

〔発明の概要〕

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。

［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。

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。

また１０は、照明光１５を対物レンズに導き、対物。

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。

−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。

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。

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。

〔発明の効果〕

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。

この結果焦点位置検出誤差の発生を防止でき。

高精度な焦点位置検出装置が実現できた。

【図面の簡単な説明】

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１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、明部と暗部を周期的に組合せたストライプ状パター
   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。