JPH10142492A - Focusing position detecting device and focusing method - Google Patents

Focusing position detecting device and focusing method

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JPH10142492A
JPH10142492A JP31867396A JP31867396A JPH10142492A JP H10142492 A JPH10142492 A JP H10142492A JP 31867396 A JP31867396 A JP 31867396A JP 31867396 A JP31867396 A JP 31867396A JP H10142492 A JPH10142492 A JP H10142492A
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JP
Japan
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light
coherent light
light source
focus position
coherent
Prior art date
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Pending
Application number
JP31867396A
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Japanese (ja)
Inventor
Akinori Kawamura
明徳 河村
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Filing date
Publication date
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  • Microscoopes, Condenser (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately and easily detect the focusing position of coherent light by providing a light quantity characteristic output means which outputs variation characteristics of a detected light quantity when a body is displaced relatively to an optical system as characteristics including at least a maximum or minimum value. SOLUTION: Laser light 2 as coherent light from a laser light source 1 is passed through a half-mirror 3, and converged by an objective 4 to t irradiate the surface of a sample 5. A sensor 6 detects the quantity of part of the laser light transmitted through the halfmirror 3. The signal from the sensor 6 is inputted to an arithmetic processor 13, which calculates variation characteristics of the detected light quantity. Its arithmetic output C is outputted from an output device 14 such as a display. When the height of the sample 5 is adjusted to the position (height) where the quantity of the laser light that the sensor 6 receives varies to the largest value, the laser light can accurately be converged on the surface of the sample 5. Namely, the laser light is in focus.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、コヒーレント光源
からのコヒーレント光を収束して所定の物体面上に焦点
を合わせるために用いる合焦位置検出装置、および焦点
合わせ方法に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a focus position detecting device and a focusing method used to focus coherent light from a coherent light source and focus on a predetermined object plane.

【0002】[0002]

【従来の技術】レーザ光等のコヒーレント光を用いる装
置においては、それを収束する際に、焦点を正確に所望
の位置に合わせることを要求される場合が多い。たとえ
ば、レーザ光等の光ビームを収束して試料表面に照射
し、試料表面に設けられた薄膜の厚さを測定する技術が
知られている(特開平3−17505号公報、以下、B
PR法(Beam Profile Reflectometry)と呼ぶこともあ
る。)。このBPR法は、上記薄膜に収束光ビームまた
は発散光ビームを照射することにより様々な角度θから
光を照射し、該薄膜からの反射光(薄膜表面、裏面から
の反射光および薄膜中を散乱した後表面から出射した
光)の光ビーム内光強度分布(反射率分布)を上記入射
角θに関する分布として検出し、検出された分布に基づ
いて薄膜や基板の膜厚や屈折率、減衰係数といった光学
特性値を求める方法で、たとえば検出された分布を、予
め求められている各膜厚における理論上の分布と照合
し、どの膜厚における分布と一致するかをみることによ
って、測定対象である上記薄膜の膜厚等の光学特性値を
算出するようにしたものである。
2. Description of the Related Art In an apparatus using coherent light such as laser light, it is often required to accurately focus on a desired position when converging the light. For example, a technique is known in which a light beam such as a laser beam is converged and irradiated on a sample surface to measure the thickness of a thin film provided on the sample surface (Japanese Patent Laid-Open No. 3-17505;
It may be called PR method (Beam Profile Reflectometry). ). The BPR method irradiates the thin film with a convergent light beam or a divergent light beam to irradiate light from various angles θ, and reflects light from the thin film (reflected light from the front and back surfaces of the thin film and scatters in the thin film). And the light intensity distribution (reflectance distribution) in the light beam of the light emitted from the surface after the irradiation is detected as the distribution related to the incident angle θ, and based on the detected distribution, the film thickness, the refractive index, and the attenuation coefficient of the thin film or the substrate. For example, by comparing the detected distribution with a theoretical distribution previously determined for each film thickness, and seeing which film thickness matches the distribution, it is possible to determine the optical characteristics by measuring the distribution. An optical characteristic value such as the film thickness of a certain thin film is calculated.

【0003】このような測定技術においては、焦点の位
置が正確に所望の位置に調整されている程、測定精度が
高まり、薄膜の膜厚が精度良く測定できるようになる。
In such a measurement technique, the more accurately the focal position is adjusted to a desired position, the higher the measurement accuracy is, and the more accurately the film thickness of the thin film can be measured.

【0004】また、上記のような薄膜の膜厚測定技術に
限らず、コヒーレント光を収束する際の焦点位置を、正
確にかつ容易に所望の位置に調整できれば、種々の分野
において有用な技術となる。
[0004] In addition to the technique for measuring the thickness of a thin film as described above, if the focus position for converging coherent light can be accurately and easily adjusted to a desired position, a technique useful in various fields is considered. Become.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、コヒ
ーレント光の合焦位置を正確にかつ容易に検出できるよ
うにすることにあり、焦点を精度よく所望の位置に調整
することによって、各種測定装置の精度をより高める、
あるいはコヒーレント光を使用する各種装置に所望の性
能を発揮させる、ないしは性能をより高めることにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to accurately and easily detect the in-focus position of coherent light. Improve the accuracy of the measuring device,
Another object of the present invention is to provide a device using coherent light with desired performance or to further enhance the performance.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の合焦位置検出装置は、コヒーレント光源
と、該光源からのコヒーレント光を物体の面に導くとと
もに該物体面からの反射光の少なくとも一部をコヒーレ
ント光源に入射する光学系と、コヒーレント光源のコヒ
ーレント光の発光量を検出する検出手段とを有し、か
つ、前記物体を前記光学系に対し相対変位させたときの
前記検出手段による検出光量の変化特性を、少なくとも
極大値または極小値を含む特性として出力する光量特性
出力手段を有することを特徴とするものからなる。
In order to solve the above-mentioned problems, a focus position detecting apparatus according to the present invention comprises a coherent light source, a coherent light from the light source to a surface of an object and a reflection from the object surface. An optical system that makes at least a part of the light incident on the coherent light source, and a detecting unit that detects the amount of light emitted by the coherent light source of the coherent light source, and the object when the object is displaced relative to the optical system. A light quantity characteristic output means for outputting a change characteristic of the light quantity detected by the detection means as a characteristic including at least a maximum value or a minimum value is provided.

【0007】上記光量特性出力手段は、たとえば、前記
物体がないか前記物体からの反射光の影響が無視できる
程度に合焦位置から離れた場所に位置している場合の前
記検出手段の出力Aと前記物体がある場合の前記検出手
段の出力Bとの差または該差の累乗を算出し、出力する
手段として構成できる。この場合、出力Aと出力Bとの
差の絶対値をとれば、上記光量特性出力手段の出力を常
に正の値とすることができる。また、差の累乗をとれ
ば、出力信号の変化率を拡大でき、より高感度に焦点を
検出できる。さらに、差の累乗を2乗、4乗、・・・と
偶数乗にすれば、算出結果を常に正の値とすることがで
きる。
[0007] The light quantity characteristic output means may output, for example, the output A of the detection means when the object is absent or is located at a place away from the in-focus position so that the influence of the reflected light from the object is negligible. And a means for calculating and outputting the difference between the output B of the detection means and the power of the difference when the object is present. In this case, if the absolute value of the difference between the output A and the output B is taken, the output of the light amount characteristic output means can always be a positive value. By taking the power of the difference, the rate of change of the output signal can be increased, and the focus can be detected with higher sensitivity. Further, if the power of the difference is raised to the second power, the fourth power,... And the even power, the calculation result can always be a positive value.

【0008】また、上記合焦位置検出装置におけるコヒ
ーレント光としてはとくに限定されないが、最も一般的
なコヒーレント光としてレーザ光を用いることができ
る。レーザ光源としては、半導体レーザ光源を用いるこ
とができる。使用レーザ光の出力としては、30mW以
下が好ましい。
The coherent light used in the above-mentioned in-focus position detecting device is not particularly limited, but laser light can be used as the most general coherent light. As the laser light source, a semiconductor laser light source can be used. The output of the used laser beam is preferably 30 mW or less.

【0009】また、コヒーレント光の波長としては、可
視領域をカバーできる400nmから850nmの範囲
内の波長とすることが好ましい。
The wavelength of the coherent light is preferably in the range of 400 nm to 850 nm which can cover the visible region.

【0010】さらに、コヒーレント光源に入射する反射
光の光量、つまり、戻り光量が、コヒーレント光源から
のコヒーレント光の出力の0.1%以上かつ25%以下
であることが好ましい。0.1%よりも大幅に少ないと
戻り光による焦点位置に対応したコヒーレント光源の発
光量の変化が小さすぎ、25%を超えると、コヒーレン
ト光源への影響が大きすぎて安定性が損なわれるおそれ
がある。反射光量が大きい構成では光反射率が物体ごと
に大きく異なると再現性等に影響が出る場合がある。こ
れによって、反射光に起因するコヒーレント光源の出力
の変化があるレベル以上に顕著に現れ、上述の検出光量
の変化特性が精度良く検出される。
Further, it is preferable that the amount of reflected light incident on the coherent light source, that is, the amount of return light is 0.1% or more and 25% or less of the output of the coherent light from the coherent light source. If the amount is significantly less than 0.1%, the change in the light emission amount of the coherent light source corresponding to the focal position due to the return light is too small. If the amount exceeds 25%, the influence on the coherent light source is too large and the stability may be impaired. There is. In a configuration in which the amount of reflected light is large, if the light reflectance greatly differs for each object, reproducibility and the like may be affected. As a result, the change in the output of the coherent light source caused by the reflected light appears remarkably above a certain level, and the above-described change characteristic of the detected light amount is detected with high accuracy.

【0011】また、上記のような本発明に係る合焦位置
検出装置は、たとえばコヒーレント光を使用する顕微鏡
に組み込むことができる。たとえば前述のようなBPR
法による薄膜の膜厚測定を可能とした顕微鏡、つまり、
測定対象物体としての試料からの反射光の光ビーム内光
強度分布を検出する光強度分布センサを有する顕微鏡に
組み込むことができる。
Further, the in-focus position detecting apparatus according to the present invention as described above can be incorporated in a microscope using coherent light, for example. For example, BPR as described above
Microscope that enables the measurement of thin film thickness by the
It can be incorporated in a microscope having a light intensity distribution sensor for detecting the light intensity distribution in the light beam of the reflected light from the sample as the measurement object.

【0012】さらに、本発明に係る焦点合わせ方法は、
コヒーレント光源からのコヒーレント光を収束して物体
面に照射するに際し、物体面からの反射光の少なくとも
一部をコヒーレント光源に入射し、コヒーレント光源の
コヒーレント光の発光量を検出し、前記物体面を変位さ
せたときの検出光量の変化特性を、少なくとも極大値ま
たは極小値を含む特性として取り出し、前記極大値また
は極小値を呈する物体面の位置を合焦位置とすることを
特徴とする方法からなる。
Further, the focusing method according to the present invention comprises:
When converging the coherent light from the coherent light source to irradiate the object surface, at least a part of the reflected light from the object surface is incident on the coherent light source, and detects the light emission amount of the coherent light of the coherent light source. A method of extracting a change characteristic of the detected light amount when displaced as a characteristic including at least a maximum value or a minimum value, and setting a position of the object surface exhibiting the maximum value or the minimum value as a focus position. .

【0013】上記のような合焦位置検出装置および焦点
合わせ方法においては、物体面からの反射光の少なくと
も一部がコヒーレント光源に戻る(入射される)ことに
よって、コヒーレント光源の出力特性が変化する。この
変化が、コヒーレント光源からのコヒーレント光の光量
の変化として検出される。この変化特性は、後述する原
理により、合焦位置において極大値または極小値を呈す
るので、その極大値または極小値に対応する物体面の位
置を合焦位置として精度よく検出できる。
In the focus position detecting device and the focusing method as described above, at least a part of the reflected light from the object surface returns (incidents) to the coherent light source, so that the output characteristic of the coherent light source changes. . This change is detected as a change in the amount of coherent light from the coherent light source. Since this change characteristic exhibits a maximum value or a minimum value at the in-focus position according to a principle described later, the position of the object plane corresponding to the maximum value or the minimum value can be accurately detected as the in-focus position.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の望ましい実施の
形態を、図面を参照して説明する。まず、本発明に係る
合焦位置検出装置および焦点合わせ方法における合焦点
検出機能の基本原理について説明する。図1は、コヒー
レント光源としてレーザ光源1(レーザユニット)を用
い、該光源1からのコヒーレント光としてのレーザ光2
をハーフミラー3を介し、対物レンズ4で集光(収束)
して、測定対象物体としての試料5の表面に照射すると
ともに、ハーフミラー3を透過した一部のレーザ光の光
量をセンサ6で検出することによりレーザ光源1の出力
を検出し、さらに、リレーレンズ7を介して撮像カメラ
8で撮映できるようにした、顕微鏡をモデルにとったフ
ォーカスインジケータの構成を示している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a basic principle of a focus detection function in a focus position detection device and a focus adjustment method according to the present invention will be described. FIG. 1 shows a case where a laser light source 1 (laser unit) is used as a coherent light source, and a laser light 2 as a coherent light from the light source 1.
Is focused (converged) by the objective lens 4 via the half mirror 3
Then, the output of the laser light source 1 is detected by irradiating the surface of the sample 5 as an object to be measured and detecting the light amount of a part of the laser light transmitted through the half mirror 3 with the sensor 6, FIG. 2 shows a configuration of a focus indicator modeled on a microscope, which can be photographed by an imaging camera 8 via a lens 7.

【0015】図1に示すように、コリメートされたレー
ザ光2がハーフミラー3を介して汎用顕微鏡の光学系に
入射し、対物レンズ4を通して試料表面にレーザ光が照
射されるとともに、センサ6によりレーザ光の出射光量
をモニタできるようになっている。
As shown in FIG. 1, a collimated laser beam 2 is incident on an optical system of a general-purpose microscope via a half mirror 3, and the sample surface is irradiated with the laser beam through an objective lens 4. The emitted light amount of the laser beam can be monitored.

【0016】このとき、レーザユニット1から出たレー
ザ光2は、対物レンズ4を通ってレーザユニット1の出
射部に戻ってくる(図2参照)。ここで試料表面にレー
ザ光が最も集光するように試料の高さが調整されたと
き、つまり、試料表面に焦点が調整されたとき、試料表
面からの反射光は入射光と同じ経路をたどる。
At this time, the laser beam 2 emitted from the laser unit 1 returns to the emission section of the laser unit 1 through the objective lens 4 (see FIG. 2). Here, when the height of the sample is adjusted so that the laser light is most focused on the sample surface, that is, when the focus is adjusted on the sample surface, the reflected light from the sample surface follows the same path as the incident light. .

【0017】その結果、レーザ光出射部に試料表面から
の戻り光が入ってくると、レーザ共振器内の特性に大き
な変化が生じて、レーザ光の出力が変化する。
As a result, when return light from the surface of the sample enters the laser light emitting portion, a large change occurs in the characteristics within the laser resonator, and the output of the laser light changes.

【0018】また、試料5がレーザ光が最も集光する高
さ以外の高さになっているときは、試料表面からの反射
光は入射光とは異なった経路をたどるため、レーザ光出
射部には試料表面からの戻り光はほとんどなく、レーザ
光の出力はほとんど変化しない。
When the sample 5 is at a height other than the height at which the laser light is most concentrated, the reflected light from the sample surface follows a different path from the incident light. Has almost no return light from the sample surface, and the output of the laser light hardly changes.

【0019】したがって、検出されるレーザ光の出力
(センサ6の受光量)と、試料4の位置(試料4の高
さ)との間には、図3に示すように、合焦位置において
極大値または極小値を呈する特性の関係がある。この場
合、レーザ共振器内の特性(発振モード、キャリア密
度、モード利得など)の変化の生じ方によって、極大値
を呈する特性9または極小値を呈する特性10のいずれ
かになる。
Accordingly, as shown in FIG. 3, the maximum between the output of the detected laser beam (the amount of light received by the sensor 6) and the position of the sample 4 (the height of the sample 4) is shown in FIG. There is a relation of a characteristic exhibiting a value or a minimum value. In this case, depending on how the characteristics (e.g., oscillation mode, carrier density, mode gain, etc.) in the laser resonator change, either the characteristic 9 exhibiting the maximum value or the characteristic 10 exhibiting the minimum value is obtained.

【0020】本発明は、このような性質を利用すること
で、合焦点の位置を検出できるようにしたものである。
すなわち、試料表面にレーザ光を対物レンズ4を通して
当てたとき、センサ6が受け取るレーザ光量が最も大き
く変化する位置(高さ)に試料5の高さを調整したと
き、試料表面にレーザ光を正確に集光させることができ
る。すなわち合焦状態にある。
The present invention makes it possible to detect the position of the focal point by utilizing such properties.
That is, when the laser light is applied to the sample surface through the objective lens 4 and the height of the sample 5 is adjusted to a position (height) where the laser light amount received by the sensor 6 changes most, the laser light is accurately applied to the sample surface. Can be collected. That is, it is in focus.

【0021】図3に示したような特性は、本発明におけ
る光量特性出力手段により、試料5がない場合のセンサ
6の出力Aと試料5がある場合のセンサ6の出力Bとの
差または該差の累乗を算出し、出力することにより得ら
れる。とくに、試料5が対物レンズ4の下にない(試料
高さが十分遠くにある)場合のセンサ出力Aと試料5が
対物レンズ4の下にある場合のセンサ出力Bの差の絶対
値、または差の2乗、4乗・・・の値Cを計算すること
によって、図4に示すような極大値を呈する特性曲線を
得ることができる。 C=|A−B| または C=(A−B)n 、n=2、4、6、・・・
The characteristic shown in FIG. 3 indicates the difference between the output A of the sensor 6 in the absence of the sample 5 and the output B of the sensor 6 in the presence of the sample 5 by the light amount characteristic output means of the present invention. It is obtained by calculating and outputting the power of the difference. In particular, the absolute value of the difference between the sensor output A when the sample 5 is not under the objective lens 4 (the sample height is sufficiently far) and the sensor output B when the sample 5 is under the objective lens 4, or By calculating the value C of the square of the difference, the fourth power,..., It is possible to obtain a characteristic curve having a maximum value as shown in FIG. C = | AB | or C = (AB) n , n = 2, 4, 6,...

【0022】図4において、ポイントXのように、試料
6の高さをわずかに変化させたとき、値Cが大きくなれ
ば合焦位置は移動方向の先にあることになる。またポイ
ントYのように、試料6の高さをわずかに変化させたと
き、値Cが小さくなれば合焦位置は移動方向とは逆の方
向にあることになる。したがって、合焦位置が存在する
領域の方向は容易に把握でき、容易に合焦位置に調整で
きる。
In FIG. 4, when the height of the sample 6 is slightly changed, as indicated by a point X, if the value C increases, the in-focus position is located ahead of the moving direction. When the height of the sample 6 is slightly changed, as in the case of the point Y, if the value C becomes smaller, the in-focus position is in the direction opposite to the moving direction. Therefore, the direction of the region where the focus position exists can be easily grasped, and the focus position can be easily adjusted.

【0023】さらに上記のようなn乗計算をすることに
より、信号の変化率を拡大することができ高感度に焦点
を検出できる。このように、焦点を検出するための移動
方向を容易に見いだせるとともに、計算値Cの極大値の
ポイントを合焦点として容易にかつ精度良く検出するこ
とができる。
Further, by performing the nth power calculation as described above, the rate of change of the signal can be expanded, and the focus can be detected with high sensitivity. As described above, the moving direction for detecting the focal point can be easily found, and the point of the maximum value of the calculated value C can be easily and accurately detected as the focal point.

【0024】上述のような検出原理を用いた本発明に係
る合焦位置検出装置の信号処理回路は、たとえば図5に
示すように構成できる。
The signal processing circuit of the in-focus position detecting device according to the present invention using the above-described detection principle can be configured as shown in FIG. 5, for example.

【0025】図5において、フォーカスインジケータユ
ニット11およびその周りの構成は、図1に示した構成
と基本的に同じであるので、図1と同じ符号を付すこと
により説明を省略する。コヒーレント光源からのコヒー
レント光の光量を検出する検出手段としての光量検出セ
ンサ6からの信号が、A/D(アナログ/ディジタル)
変換器12に入力され、ディジタル信号に変換された検
出信号が、演算処理機13に入力される。
In FIG. 5, the configuration of the focus indicator unit 11 and its surroundings is basically the same as the configuration shown in FIG. 1, so that the description is omitted by attaching the same reference numerals as in FIG. A signal from the light amount detection sensor 6 as a detecting means for detecting the amount of coherent light from the coherent light source is A / D (analog / digital).
The detection signal input to the converter 12 and converted to a digital signal is input to the arithmetic processing unit 13.

【0026】演算処理機13では、前述の図4に示した
ような検出光量の変化特性が演算される。演算(計算)
された出力Cが、ディスプレイやプリンタ等の出力装置
14から出力される。したがって、演算処理機13およ
び出力装置14は、本発明でいう光量特性出力手段を構
成している。この出力装置14からの、図4に示したよ
うな出力特性から、合焦位置が極めて容易にかつ正確に
把握され、試料(物体)の表面は精度良く合焦位置に調
整される。
The arithmetic processor 13 calculates the change characteristic of the detected light amount as shown in FIG. Operation (calculation)
The output C is output from an output device 14 such as a display or a printer. Therefore, the arithmetic processing unit 13 and the output device 14 constitute a light amount characteristic output unit according to the present invention. From the output characteristics from the output device 14 as shown in FIG. 4, the in-focus position is very easily and accurately grasped, and the surface of the sample (object) is adjusted to the in-focus position with high accuracy.

【0027】このような合焦位置検出装置は、たとえば
図6に示すような汎用顕微鏡に組み込むことができる。
組み込みは、顕微鏡本体に組み込んでもよく、A/D変
換器12、演算処理機13(たとえばマイクロコンピュ
ータ)、出力装置14を別体構成として、電気的に接続
してもよい。
Such an in-focus position detecting device can be incorporated in a general-purpose microscope as shown in FIG. 6, for example.
The A / D converter 12, the arithmetic processing unit 13 (for example, a microcomputer), and the output device 14 may be incorporated separately into the microscope main body, and may be electrically connected.

【0028】図6において、31は顕微鏡全体、32は
試料台、33は試料、34はフォーカスインジケータユ
ニット、35は顕微鏡本体、36は対物レンズ、37は
照明光源、38は撮像カメラ、39は接眼鏡をそれぞれ
示している。このフォーカスインジケータユニット34
には、前述したようなBPR法に基づく薄膜の膜厚測定
のための構成、つまり、試料からの反射光の光ビーム内
光強度分布を検出する光強度分布センサを有する構成を
組み込んでもよい。
In FIG. 6, 31 is the whole microscope, 32 is a sample stage, 33 is a sample, 34 is a focus indicator unit, 35 is a microscope main body, 36 is an objective lens, 37 is an illumination light source, 38 is an imaging camera, and 39 is a contact lens. The glasses are each shown. This focus indicator unit 34
A configuration for measuring the thickness of a thin film based on the BPR method as described above, that is, a configuration having a light intensity distribution sensor for detecting the light intensity distribution in the light beam of the reflected light from the sample may be incorporated.

【0029】また、本発明に係る合焦位置検出装置およ
び焦点合わせ方法は、上述のような顕微鏡に限らず、コ
ヒーレント光を使用するあらゆる測定装置、その他のあ
らゆる装置に適用できることは言うまでもない。
Further, it is needless to say that the in-focus position detecting apparatus and the focusing method according to the present invention can be applied not only to the above-mentioned microscope but also to any measuring apparatus using coherent light and any other apparatuses.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の合焦位置
検出装置および焦点合わせ方法によれば、対象物体面か
らの反射光によるコヒーレント光源の出力変化特性を極
大値または極小値を含む特性としてとらえ、その変化特
性から合焦位置を把握するようにしたので、容易にしか
も精度良く合焦位置に調整することが可能になる。
As described above, according to the in-focus position detecting apparatus and the focusing method of the present invention, the output change characteristic of the coherent light source due to the reflected light from the target object surface includes the characteristic including the maximum value or the minimum value. As the focus position is grasped from the change characteristics, it is possible to easily and accurately adjust the focus position.

【0031】また、本発明に係る合焦位置検出装置には
可動部がないので、構造が簡単でかつ安価に構成でき、
既存の汎用顕微鏡等にも容易に組み込むことができる。
また、合焦位置の検出は、対物レンズには全く依存しな
いので、顕微鏡の仕様に係わらず容易に組み込むことが
できる。
Further, since the in-focus position detecting device according to the present invention has no movable parts, the structure can be simple and inexpensive.
It can be easily incorporated into existing general-purpose microscopes and the like.
Further, since the detection of the focus position does not depend on the objective lens at all, it can be easily incorporated regardless of the specifications of the microscope.

【0032】さらに、BPR法を適用した測定ヘッドを
有する場合には、その同じ光学系内に容易に組み込むこ
とができる。
Further, when a measuring head to which the BPR method is applied is provided, it can be easily incorporated in the same optical system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】フォーカスインジケータの構成を示す概略構成
図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a focus indicator.

【図2】図1の装置におけるレーザ光の経路を示す概略
構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a path of a laser beam in the apparatus of FIG.

【図3】図1の装置における試料高さとセンサ受光量と
の関係図である。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a sample height and a sensor light reception amount in the apparatus of FIG. 1;

【図4】試料高さと計算値Cとの関係図である。FIG. 4 is a relationship diagram between a sample height and a calculated value C.

【図5】本発明の一実施態様に係る合焦位置検出装置の
概略構成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a focus position detection device according to an embodiment of the present invention.

【図6】図5の装置を適用した顕微鏡の概略構成図であ
る。
6 is a schematic configuration diagram of a microscope to which the device of FIG. 5 is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 コヒーレント光源としてのレーザユニット(レーザ
光源) 2 コヒーレント光としてのレーザ光 3 ハーフミラー 4 対物レンズ 5 試料(対象物体) 6 センサ(光量検出手段) 7 リレーレンズ 8 撮像カメラ 9 極大値をもつ特性 10 極小値をもつ特性 11 フォーカスインジケータユニット 12 A/D変換器 13 演算処理機 14 出力装置 31 顕微鏡 32 試料台 33 試料 34 フォーカスインジケータユニット 35 顕微鏡本体 36 対物レンズ 37 照明光源 38 撮像カメラ 39 接眼鏡
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser unit as a coherent light source (laser light source) 2 Laser light as coherent light 3 Half mirror 4 Objective lens 5 Sample (target object) 6 Sensor (light amount detecting means) 7 Relay lens 8 Imaging camera 9 Characteristics having a maximum value 10 Characteristics having a minimum value 11 Focus indicator unit 12 A / D converter 13 Processing unit 14 Output device 31 Microscope 32 Sample table 33 Sample 34 Focus indicator unit 35 Microscope main body 36 Objective lens 37 Illumination light source 38 Imaging camera 39 Eyepiece

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 コヒーレント光源と、該光源からのコヒ
ーレント光を物体の面に導くとともに該物体面からの反
射光の少なくとも一部をコヒーレント光源に入射する光
学系と、コヒーレント光源のコヒーレント光の発光量を
検出する検出手段とを有し、かつ、前記物体を前記光学
系に対し相対変位させたときの前記検出手段による検出
光量の変化特性を、少なくとも極大値または極小値を含
む特性として出力する光量特性出力手段を有することを
特徴とする合焦位置検出装置。
1. A coherent light source, an optical system for guiding coherent light from the light source to a surface of an object and causing at least a part of light reflected from the object surface to enter the coherent light source, and emission of coherent light from the coherent light source Detecting means for detecting an amount, and outputting a change characteristic of a light amount detected by the detecting means when the object is displaced relative to the optical system as a characteristic including at least a maximum value or a minimum value. An in-focus position detecting device comprising light amount characteristic output means.
【請求項2】 前記光量特性出力手段が、前記物体がな
いか前記物体からの反射光の影響が無視できる程度に合
焦位置から離れた場所に位置している場合の前記検出手
段の出力Aと前記物体がある場合の前記検出手段の出力
Bとの差または該差の累乗を算出し、出力する手段であ
る、請求項1の合焦位置検出装置。
2. An output A of said detection means when said light quantity characteristic output means is located at a position away from a focus position such that said object is absent or an influence of reflected light from said object is negligible. The in-focus position detecting device according to claim 1, wherein the in-focus position detecting device calculates and outputs a difference or an exponent of the difference from an output B of the detecting unit when the object is present.
【請求項3】 前記コヒーレント光源がレーザ光源であ
る、請求項1または2の合焦位置検出装置。
3. The in-focus position detecting device according to claim 1, wherein said coherent light source is a laser light source.
【請求項4】 前記コヒーレント光の波長が400nm
〜850nmの範囲にある、請求項1ないし3のいずれ
かに記載の合焦位置検出装置。
4. The wavelength of the coherent light is 400 nm.
The in-focus position detecting device according to claim 1, wherein the in-focus position detecting device is in a range from 850 nm to 850 nm.
【請求項5】 前記コヒーレント光源に入射する反射光
の光量が、コヒーレント光源からのコヒーレント光の出
力の0.1%以上かつ25%以下である、請求項1ない
し4のいずれかに記載の合焦位置検出装置。
5. The combination according to claim 1, wherein the amount of reflected light incident on the coherent light source is 0.1% or more and 25% or less of the output of the coherent light from the coherent light source. Focal position detector.
【請求項6】 請求項1ないし5のいずれかに記載の合
焦位置検出装置を有する顕微鏡。
6. A microscope comprising the in-focus position detecting device according to claim 1.
【請求項7】 測定対象物体としての試料からの反射光
の光ビーム内光強度分布を検出する光強度分布センサを
有する、請求項6の顕微鏡。
7. The microscope according to claim 6, further comprising a light intensity distribution sensor for detecting a light intensity distribution in a light beam of a reflected light from a sample as an object to be measured.
【請求項8】 コヒーレント光源からのコヒーレント光
を収束して物体面に照射するに際し、物体面からの反射
光の少なくとも一部をコヒーレント光源に入射し、コヒ
ーレント光源のコヒーレント光の発光量を検出し、前記
物体面を変位させたときの検出光量の変化特性を、少な
くとも極大値または極小値を含む特性として取り出し、
前記極大値または極小値を呈する物体面の位置を合焦位
置とすることを特徴とする焦点合わせ方法。
8. When coherent light from a coherent light source is converged and irradiated onto an object surface, at least a part of light reflected from the object surface is incident on the coherent light source, and the amount of emitted coherent light from the coherent light source is detected. A change characteristic of the detected light amount when the object surface is displaced is extracted as a characteristic including at least a maximum value or a minimum value,
A focusing method, wherein a position of an object plane exhibiting the maximum value or the minimum value is set as a focus position.
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