JP2007193030A - Focusing device, microscope, and focusing processing program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面に段差を有する標本を対物レンズの焦点面に合焦させる合焦装置、顕微鏡および合焦処理プログラムに関する。 The present invention relates to a focusing device, a microscope, and a focusing processing program for focusing a specimen having a step on a surface on a focal plane of an objective lens.
従来、微細な回路パターンが形成されたウェハの自動検査工程などでは、観察画像を自動的に撮像して記録できる顕微鏡が利用されている。かかる顕微鏡では、ウェハ等の標本を対物レンズの焦点面に自動的に合焦させる合焦装置を搭載し、これによって観察画像の焦点合わせ(ピント合わせ)が行われている。近年、このように自動的に焦点合わせを行う合焦装置に関し、その操作性、機能性等をより向上させる技術が多数提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。
Conventionally, a microscope capable of automatically capturing and recording an observation image has been used in an automatic inspection process of a wafer on which a fine circuit pattern is formed. Such a microscope is equipped with a focusing device that automatically focuses a specimen such as a wafer on the focal plane of the objective lens, thereby focusing (observing) the observation image. In recent years, many techniques for improving the operability, functionality, etc. of the focusing device that automatically performs focusing have been proposed (see, for example,
特許文献1に記載された合焦装置は、図18に示すように、レーザーダイオード等の赤外光発光素子122,123、微小レンズ120,121、プリズム119、ビームスプリッタ116、赤外光スポット投射用レンズ115、縮小レンズ114、検出用レンズ117および受光素子としてのPSD118を用いて構成されている。
As shown in FIG. 18, the focusing device described in
赤外光発光素子122,123から発光される赤外光は、それぞれ微小レンズ120,121を透過し、プリズム119で反射され、ビームスプリッタ116を透過し、投射用レンズ115によって結像面IP上に投射される。さらに、この投射された各赤外光は、縮小レンズ114、ダイクロイックミラー113、プリズム124、λ/4板162、鏡筒レンズ112および対物レンズ111を介して、標本S上に光スポットとして投射される。その後、標本S上で反射された各赤外光は、互いの光路を逆にたどり、ビームスプリッタ116で反射され、検出用レンズ117によってPSD118の受光面上に集光されて、光スポット像として結像される。
Infrared light emitted from the infrared
ここで、赤外光発光素子122,123から発光される各赤外光は、PSD118によって同時に受光されないように所定の時間差で交互に射出される。また、この各赤外光は、対物レンズ111の軸外を通って標本S上に斜めに投射されている。このため、各赤外光は、標本Sの表面が対物レンズ111の焦点面に合焦していない場合、PSD118の受光面上の異なる位置に各々光スポット像を形成し、PSD118は、受光面上の光スポット像が各赤外光の射出切り換えに応じて移動することを検知する。また、標本Sの表面が対物レンズ111の焦点面に合焦している場合には、各赤外光は、PSD118の受光面上の同一位置に各々光スポット像を形成し、PSD118は、受光面上の光スポット像が移動することを検知し得ない。
Here, each infrared light emitted from the infrared
すなわち、特許文献1に記載の合焦装置は、PSD118によって光スポット像の移動が検知できなくなる位置に標本Sを移動させることで、標本Sを対物レンズ111に対して合焦させることができる。また、PSD118が検出する各光スポット像の相対位置関係から、標本Sの焦点ずれの大きさと方向とを検知することができる。なお、この合焦装置では、ステージ131に取り付けられたラック132に噛合するピニオン134をモータ133によって回転駆動することで、ステージ131とともに標本Sを上下動して移動させている。
In other words, the focusing device described in
一方、特許文献2に記載された合焦装置は、図19に示すように、基準光源204、コリメーションレンズ205、遮光板206、偏光ビームスプリッタ(PBS)207、集光レンズ208、色収差補正レンズ209、λ/4板210、遮光板212、結像レンズ213および受光素子214を備える。
On the other hand, as shown in FIG. 19, the focusing device described in
基準光源204から射出された赤外光等の不可視光は、コリメーションレンズ205によって光軸を中心とする平行光束に変換された後、遮光板206によって光束断面の半分が遮光されて、半月状の断面をもつ光束となる。かかる不可視光は、PBS207で反射され、集光レンズ208および色収差補正レンズ209によってリレーされた後、λ/4板210を介してダイクロイックプリズム211で反射され、レボルバ202に取り付けられた対物レンズ203aによって、標本S上に光スポットとして投射される。その後、標本S上で反射された不可視光は、対物レンズ203aの光軸を挟んで投射時と反対側の光路を逆にたどり、PBS207を透過した後、結像レンズ213によって受光素子214の受光面上に集光されて、光スポット像として結像される。
Invisible light such as infrared light emitted from the
ここで、受光素子214の受光面は、結像レンズ213の焦点面と合致するように配置されており、さらに、対物レンズ203aの焦点面と共役になるように配置されている。このため、不可視光は、標本Sの表面が対物レンズ3aを介した観察光の焦点面に合焦されている場合、極小とされた光スポット像を受光素子214の受光面上に形成する。
Here, the light receiving surface of the light receiving
また、標本Sの表面が対物レンズ3aを介した観察光の焦点面に合焦されていない場合であって、ニアフォーカス位置(焦点面から対物レンズ3aに近づいた位置)にある場合には、不可視光は、受光素子214のファー側(後側)に集光されるようになり、受光面上で図上、上側に半月状の広がりを有する光スポット像を形成する。逆に、標本Sの表面がファーフォーカス位置(焦点面より対物レンズ3aから遠ざかった位置)にある場合には、不可視光は、受光素子214のニア側(前側)に集光されるようになり、受光面上で図上下側に半月状の広がりを有する光スポット像を形成する。
Further, when the surface of the sample S is not focused on the focal plane of the observation light through the
すなわち、特許文献2に記載の合焦装置は、受光素子214によってスポット径が極小であると検知される位置に標本Sを移動させることで、標本Sを対物レンズ3aに対して合焦させることができる。また、受光素子214が検出する光スポット像の大きさと広がり方向とから、標本Sの焦点ずれの大きさと方向とを検知することができる。なお、この合焦装置では、焦準用モータ駆動部219が駆動するモータ216によって、ステージ201とともに標本Sを上下動して移動させている。
That is, the focusing device described in
さらに、特許文献3に記載された合焦装置は、図20に示すように、特許文献2に記載された合焦装置の構成に加え、コリメーションレンズ205と遮光板206との間に回折格子DGを備える。なお、図20では、特許文献2の合焦装置と同一の構成部分に同一符号を付して示している。
Further, as shown in FIG. 20, the focusing device described in
基準光源204から射出された不可視光は、コリメーションレンズ205によって光軸を中心とする平行光束に変換され、回折格子DGによって図上、紙面に垂直な方向にわずかに伝播方向が異なる複数の平行光束に分割される。その後、分割された各光束は、特許文献2に記載の合焦装置と同様にリレーされ、標本S上に投射されて、直線状に配列された複数の光スポットを形成する。さらに、標本Sで反射された各光束は、各々光軸を挟んで反対側で、来た光路を逆にたどり、PBS207を透過した後、結像レンズ213によって受光素子214の受光面上に集光されて、光スポット像として結像される。この受光面上の各光スポット像は、図上、紙面に垂直な方向に直線状に配列される。
The invisible light emitted from the
ここで、標本Sは、特許文献2に記載の合焦装置と同様の動作で対物レンズ3aに対して合焦されるが、例えば、表面の複数の場所に段差を有し、これら段差の様々な位置に複数の光スポットが投射される場合、この複数の段差の平均高さ面が対物レンズ3aの焦点面に合焦されることとなる。これに対して、特許文献1および2に記載の合焦装置では、投射される光スポットが1つであるため、標本Sの表面に段差がある場合、スポット光が投射された段差の面が合焦される。そして、標本Sの移動等に応じて投射される高さが変化すると、合焦される段差の面も変化することとなる。
Here, the specimen S is focused on the
ところで、従来技術にかかる合焦装置では、スポット光が対物レンズの観察視野内に投射されるため、可視光や紫外光などである観察光とは異なる波長を有する赤外光が使用されている。しかし、この場合、対物レンズの観察光による焦点面と赤外光による焦点面とが、観察光と赤外光との軸上色収差に応じて乖離する。つまり、対物レンズにおける色収差に起因して、合焦装置による合焦面が、観察光によって観察する面(被観察面)から乖離し、この乖離量に応じた合焦誤差が発生することとなる。さらに、この合焦誤差量は、対物レンズを、色収差特性が異なる対物レンズに交換することで変化することとなる。 By the way, in the focusing device according to the prior art, since spot light is projected into the observation field of the objective lens, infrared light having a wavelength different from observation light such as visible light or ultraviolet light is used. . However, in this case, the focal plane due to the observation light of the objective lens and the focal plane due to the infrared light deviate according to the axial chromatic aberration between the observation light and the infrared light. In other words, due to chromatic aberration in the objective lens, the focusing surface by the focusing device deviates from the surface observed by the observation light (observed surface), and a focusing error corresponding to the amount of deviation occurs. . Further, the amount of focusing error changes when the objective lens is replaced with an objective lens having a different chromatic aberration characteristic.
このため、特許文献1に記載の合焦装置では、縮小レンズ114を配設し、対物レンズ111の焦点面の色収差を結像面IPにおいて微小化するとともに、わずかに残存する色収差に起因する合焦誤差を、補正回路で発生させる電気的なオフセットによって補正するようにしている。さらに、このオフセット量を、交換可能な対物レンズごとに予め設定し、対物レンズの切り換えに応じて変更させることで、色収差特性が異なる対物レンズに交換した場合にも合焦誤差が発生しないようにしている。なお、対物レンズの切り換えの認識は、レボルバの回転位置を検知することで行われている。
For this reason, in the focusing device described in
一方、特許文献2に記載の合焦装置では、色収差補正レンズ209を配設し、この色収差補正レンズ209をその光軸方向に移動させ、対物レンズ203aの焦点面の色収差を集光レンズ208の結像面上で補正することによって、色収差に起因する合焦誤差を補正するようにしている。さらに、標本S上にセットされたレボルバ202の穴位置を検出し、レボルバの穴位置に対応付けて記憶した配設位置に色収差補正レンズ209を移動させることで、色収差特性が異なる対物レンズに交換した場合にも合焦誤差が発生しないようにしている。
On the other hand, in the focusing device described in
ところが、特許文献1および2に記載の合焦装置では、上述のように色収差に起因する合焦誤差を補正できるものの、標本S上に投射される光スポットが一点のみであるため、標本Sの表面の段差に起因して発生する合焦誤差を解消することができないという問題があった。具体的には、例えば、この合焦装置を半導体ウェハなどの自動欠陥抽出装置に適用した場合、次のような問題があった。
However, although the focusing devices described in
すなわち、まず、ウェハ上の欠陥を含む場所で焦点合わせを行い、欠陥を含む画像(欠陥画像)を撮像して取得する。つぎに、ウェハを横に移動し、ウェハ内の隣のダイにおける同一番地の場所で焦点合わせを行い、欠陥抽出のための基準画像(ゴールデン画像)を撮像する。このとき、ウェハを移動させるステージの移動精度などの不確定な要因により、光スポットが標本Sの表面に形成された段差の凸部に投射されるか凹部に投射されるかが不確定であるため、ゴールデン画像の合焦状態は、欠陥画像の合焦状態と異なる場合がある。これによって、欠陥画像からゴールデン画像を引き算処理すると、合焦状態の違いに起因する背景成分の差分が偽欠陥として検出されるという問題があった。 That is, first, focusing is performed at a location including a defect on the wafer, and an image including the defect (defect image) is captured and acquired. Next, the wafer is moved sideways, focusing is performed at the same address location in the adjacent die in the wafer, and a reference image (golden image) for defect extraction is taken. At this time, it is uncertain whether the light spot is projected on the convex portion of the step formed on the surface of the sample S or the concave portion due to uncertain factors such as the movement accuracy of the stage for moving the wafer. Therefore, the in-focus state of the golden image may be different from the in-focus state of the defect image. As a result, when the golden image is subtracted from the defect image, there is a problem in that a background component difference caused by a difference in focus state is detected as a false defect.
これに対して、特許文献3に記載の合焦装置は、標本Sの表面に複数の光スポットを投射することで、常に表面の段差の平均高さ面を対物レンズに対して合焦させることができ、欠陥画像とゴールデン画像とを等しい合焦状態にして撮像させることができる。この結果、各画像の引き算処理によって欠陥成分だけを良好に抽出することができる。
On the other hand, the focusing device described in
具体的には、例えば図21−1に示すように、段差の凸部および凹部に欠陥DA,DBを有する標本Sの欠陥画像を撮像する場合、欠陥DA,DBを含む領域に複数のスポット投射光SRを投射することで平均高さ面APを対物レンズに対して合焦させることができる。このとき、図21−2に示すような欠陥像DAI,DBIを含む欠陥画像PI1を取得できる。同様に、図22−2に示すように平均高さ面APを合焦してゴールデン画像を撮像し、図22−2に示すようなゴールデン画像PI2を取得することができる。そして、欠陥画像PI1からゴールデン画像PI2を引き算処理することで、図23に示すように、良好に背景成分が除去されて欠陥像DAI,DBIのみが抽出された欠陥抽出画像PI3を取得できる。 Specifically, for example, as shown in FIG. 21A, when a defect image of the specimen S having the defects DA and DB in the convex portions and the concave portions of the step is picked up, a plurality of spot projections are performed on the region including the defects DA and DB. The average height surface AP can be focused on the objective lens by projecting the light SR. At this time, a defect image PI1 including defect images DAI and DBI as shown in FIG. Similarly, a golden image PI2 as shown in FIG. 22-2 can be acquired by focusing on the average height plane AP as shown in FIG. Then, by subtracting the golden image PI2 from the defect image PI1, as shown in FIG. 23, it is possible to obtain a defect extraction image PI3 in which only the defect images DAI and DBI are extracted with the background components removed satisfactorily.
しかしながら、このような合焦装置では、常に安定して平均高さ面を合焦させるため、次のような問題があった。すなわち、図23に示したように欠陥像DAI,DBIがボケた状態で抽出されるため、作業者がこの欠陥像DAI,DBIを目視観察して状態の検分を行う際に、十分な観察を行えない場合があるという問題があった。 However, in such a focusing device, since the average height surface is always stably focused, there are the following problems. That is, as shown in FIG. 23, since the defect images DAI and DBI are extracted in a blurred state, when the operator visually observes the defect images DAI and DBI and performs state inspection, sufficient observation is performed. There was a problem that it could not be done.
これに対して、欠陥DA,DBが存在する段差の凸部および凹部をそれぞれ合焦させ、欠陥像DAI,DBIを各々鮮明に撮像することが考えられる。しかしこの場合、連続的な合焦処理における標本の追尾動作としての追尾制御を一時的に解除して作業者が標本Sを上下動させる必要があるとともに、追尾制御に復帰させる際、標本Sをサーチするなどの初期設定処理の再実行が必要であって、タクトタイムが増大するという問題があった。 On the other hand, it is conceivable that the convex part and the concave part of the step where the defects DA and DB exist are respectively focused and the defect images DAI and DBI are captured clearly. However, in this case, the tracking control as the tracking operation of the sample in the continuous focusing process needs to be temporarily canceled and the operator needs to move the sample S up and down, and when returning to the tracking control, the sample S There is a problem that the initial setting process such as searching needs to be re-executed and the tact time increases.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、標本の表面に形成された段差の平均高さ面を対物レンズの焦点面に合焦させることができるとともに、標本を追尾する追尾制御を解除することなく合焦高さを自動的に変更することができる合焦装置、顕微鏡および合焦処理プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and can adjust the average height surface of the step formed on the surface of the specimen to the focal plane of the objective lens and perform tracking control for tracking the specimen. It is an object of the present invention to provide a focusing device, a microscope, and a focusing processing program capable of automatically changing a focusing height without canceling the focusing.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、請求項1にかかる合焦装置は、表面に段差を有する標本と対物レンズとの相対距離を変化させる焦準手段と、前記標本上に投射されたスポット光のスポット像を所定の結像面上に結像する結像光学素子と、前記結像光学素子を該結像光学素子の光軸方向に移動させる光学素子移動手段と、前記スポット像を受光して検出するスポット像検出手段と、前記段差の所定高さ内に設定された複数の被観察面ごとに、前記結像光学素子の配設位置を対応づけて記憶する記憶テーブルと、前記光学素子移動手段によって、前記被観察面に対応付けられた前記配設位置に前記結像光学素子を移動させるとともに、前記スポット像検出手段の検出結果に基づいて、前記焦準手段によって前記相対距離を変化させ、前記被観察面を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を、前記複数の被観察面ごとに順次行う合焦制御手段と、を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a focusing apparatus according to
また、請求項2にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、交換可能な複数の前記対物レンズごとに、前記複数の被観察面の各々に前記結像光学素子の配設位置を対応付けて記憶することを特徴とする。
In the focusing device according to
また、請求項3にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記複数の対物レンズを切り換えるレンズ切換機構を備え、前記合焦制御手段は、前記レンズ切換機構に前記対物レンズを切り換えさせるとともに、切り換えられた対物レンズに対応付けて前記記憶テーブルに記憶された各配設位置に前記結像光学素子を順次移動させる制御を行うことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the above-described invention, the focusing device includes a lens switching mechanism that switches the plurality of objective lenses, and the focusing control unit causes the lens switching mechanism to switch the objective lens, and Control is performed to sequentially move the imaging optical element to each arrangement position stored in the storage table in association with the switched objective lens.
また、請求項4にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記標本の表面に成膜される透明膜によって生じる合焦誤差を補正する前記配設位置を、前記複数の被観察面ごとに対応付けて記憶することを特徴とする。 In the focusing device according to a fourth aspect of the present invention, in the above invention, the storage table has the plurality of arrangement positions for correcting a focusing error caused by a transparent film formed on the surface of the specimen. It is characterized in that it is stored in association with each surface to be observed.
また、請求項5にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記合焦誤差を補正する配設位置として、前記透明膜が未成膜の前記標本に対する前記配設位置と、前記合焦誤差を補正するための配設位置補正量とを個別に記憶することを特徴とする。
Further, in the focusing device according to
また、請求項6にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記標本に成膜し得る複数の透明膜ごとに、前記合焦誤差を補正する配設位置を前記複数の被観察面の各々に対応付けて記憶することを特徴とする。 In the focusing device according to claim 6, in the above invention, the storage table may be provided with an arrangement position for correcting the focusing error for each of the plurality of transparent films that can be formed on the specimen. It is characterized by being stored in association with each of the surfaces to be observed.
また、請求項7にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、複数の前記標本が有する各段差の所定高さごとに、この各所定高さ内に設定された前記複数の被観察面の各々に、前記結像光学素子の配設位置を対応付けて記憶することを特徴とする。 Further, in the focusing device according to claim 7, in the above invention, the storage table is configured such that the storage table has the plurality of steps set within the predetermined height for each predetermined height of the steps of the plurality of samples. Each observation surface is stored with the arrangement position of the imaging optical element associated therewith.
また、請求項8にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色収差を補正する前記配設位置を、前記複数の被観察面ごとに対応付けて記憶することを特徴とする。 In the focusing device according to claim 8, in the above invention, the storage table is configured to set the arrangement position for correcting chromatic aberration generated based on chromatic aberration characteristics of the objective lens for each of the plurality of observation surfaces. The information is stored in association with each other.
また、請求項9にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記記憶テーブルは、前記複数の被観察面として前記所定高さ内に設定された上端面、下端面および平均高さ面ごとに、前記結像光学素子の配設位置を対応付けて記憶することを特徴とする。 In the focusing device according to claim 9, in the above invention, the storage table is provided for each of an upper end surface, a lower end surface, and an average height surface set within the predetermined height as the plurality of observation surfaces. The arrangement position of the imaging optical element is stored in association with each other.
また、請求項10にかかる合焦装置は、上記の発明において、前記スポット像検出手段は、前記結像面上に直線状に結像される前記スポット像を光学的にリレーするリレー光学系と、該リレー光学系によってリレーされた前記スポット像を受光する受光手段とを備え、該受光手段からの出力値に基づいて、前記スポット像のスポット面積の総和が極小であるか否かを検出し、前記合焦制御手段は、前記スポット像検出手段の検出結果に基づいて、前記スポット像のスポット面積の総和が極小となるように前記相対距離を変化させる制御を行うことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, in the above invention, the spot image detection means includes a relay optical system that optically relays the spot image formed linearly on the imaging surface. A light receiving means for receiving the spot image relayed by the relay optical system, and detecting whether or not the total spot area of the spot image is minimal based on an output value from the light receiving means. The focusing control unit performs control to change the relative distance based on the detection result of the spot image detection unit so that the total spot area of the spot image is minimized.
また、請求項11にかかる顕微鏡は、上記のいずれか一つに記載の合焦装置を備えたことを特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, a microscope includes the focusing device according to any one of the above.
また、請求項12にかかる合焦処理プログラムは、表面に段差を有する標本上に投射されたスポット光のスポット像を所定の結像面上に結像して検出するとともに、前記段差の所定高さ内に設定された複数の被観察面ごとに、前記スポット像を結像する結像光学素子の配設位置を対応づけて記憶する合焦装置に、前記被観察面を対物レンズの焦点面に合焦させるための合焦処理プログラムであって、前記合焦装置に、前記被観察面に対応付けられた前記配設位置に前記結像光学素子を移動させるとともに、前記スポット像の検出結果に基づいて、該スポット像のスポット面積の総和が極小となるように前記標本と前記対物レンズとの相対距離を変化させ、前記被観察面を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を、前記複数の被観察面ごとに順次行う合焦制御手順を実行させることを特徴とする。 A focusing processing program according to a twelfth aspect forms a spot image of a spot light projected on a sample having a step on the surface, detects the spot image on a predetermined image plane, and detects a predetermined height of the step. For each of the plurality of observation planes set within the range, the focusing plane that stores the arrangement position of the imaging optical element that forms the spot image in association with the observation plane is used as the focal plane of the objective lens. A focus processing program for moving the imaging optical element to the arrangement position associated with the surface to be observed, and a detection result of the spot image Based on the control, the relative distance between the sample and the objective lens is changed so that the sum of the spot areas of the spot image is minimized, and the control is performed to focus the surface to be observed on the focal plane of the objective lens. For each of the plurality of surfaces to be observed Characterized in that to execute sequentially performing focus control procedure.
また、請求項13にかかる合焦処理プログラムは、上記の発明において、前記合焦装置は、交換可能な複数の前記対物レンズごとに、前記複数の被観察面の各々に前記結像光学素子の配設位置を対応付けて記憶し、前記合焦制御手順は、前記複数の対物レンズを切り換えさせるとともに、切り換えられた対物レンズに対応付けて記憶された各配設位置に前記結像光学素子を順次移動させる制御を行うことを特徴とする。 According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided the focusing processing program according to the above-described invention, wherein the focusing device is configured so that the imaging optical element is provided on each of the plurality of observation surfaces for each of the plurality of replaceable objective lenses. An arrangement position is stored in association with each other, and the focusing control procedure switches the plurality of objective lenses, and the imaging optical element is stored in each arrangement position stored in association with the switched objective lens. It is characterized by performing control to move sequentially.
本発明にかかる合焦装置、顕微鏡および合焦処理プログラムによれば、標本の表面に形成された段差の平均高さ面を対物レンズの焦点面に合焦させることができるとともに、標本を追尾する追尾制御を解除することなく合焦高さを自動的に変更することができ、欠陥抽出装置等に適用した場合、タクトタイムを増大させることなく標本上の欠陥を鮮明に撮像することを可能とする。 According to the focusing device, the microscope, and the focusing processing program according to the present invention, the average height surface of the step formed on the surface of the sample can be focused on the focal plane of the objective lens, and the sample is tracked. The focus height can be automatically changed without canceling the tracking control, and when applied to a defect extraction device, it is possible to clearly image defects on the specimen without increasing the tact time. To do.
以下、添付図面を参照して、本発明にかかる合焦装置、顕微鏡および合焦処理プログラムの好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付している。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a focusing device, a microscope, and a focusing processing program according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In the description of the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals.
(実施の形態)
図1は、本実施の形態にかかる合焦装置100および顕微鏡の要部構成を示す図である。図1に示すように、合焦装置100は、標本Sの合焦状態の検出を行う合焦検出光学系として、基準光源4と、光源が発した光を平行光束に変換するコリメーションレンズ5と、光束を回折して複数に分割する回折格子DGと、光束の一部を遮光する遮光板6とを備える。ここで、基準光源4は、可視外光として例えば赤外光を発するレーザ光源である。また、所定の直線偏光の光束を反射するPBS7と、光束を光学的にリレーする集光レンズ8および色収差補正レンズ9と、直線偏光を円偏光に変換するλ/4板10とを備えるとともに、光束を集光して光スポット像を形成する集光レンズ13と、フレアーやゴースト等を防止する遮光板12と、光スポット像を受光する受光素子としての2分割センサ14と、を備える。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a focusing
ここで、2分割センサ14の受光面14cは、集光レンズ13の焦平面と合致するように配設されるとともに、集光レンズ8,13によって、所定の結像面IP(仮想面)と共役になるように配設されている。また、結像面IPは、結像光学素子としての色収差補正レンズ9と、対物レンズ3aとによって、対物レンズ3aの焦点面と共役になる位置に設定されている。なお、本発明における対物レンズの焦点面とは、焦平面に限定されるものではなく、顕微鏡が備える撮像観察系に対するピント面を含むものである。
Here, the
かかる構成を有する合焦検出光学系において、基準光源4から射出された赤外光は、コリメーションレンズ5によって平行光束に変換され、回折格子DGによって図上、紙面に垂直な方向にわずかに伝播方向が異なる複数の平行光束に分割される。分割された各平行光束は、遮光板6によって光束断面の半分が遮光され、半月状の断面を有する平行光束とされる。遮光板6を通過した各平行光束は、PBS7によってS偏光として図中左方向に反射され、集光レンズ8および色収差補正レンズ9によってリレーされた後、λ/4板10を通過して円偏光に変換される。
In the focus detection optical system having such a configuration, the infrared light emitted from the
円偏光とされた各平行光束は、顕微鏡が備えるダイクロイックプリズム11によって図中下方に反射され、レボルバ2に取り付けられた対物レンズ3aによって、標本Sの表面Saに複数の光スポットを形成するように投射される。投射された各光スポットは、図中、紙面に垂直な方向に直線状に配列される。具体的には、図1におけるAA方向からの側面図である図2(a)と、標本Sの平面図である図2(b)とに示すように、例えば、5つのスポット投射光SRが表面Sa上に投射され、5つの光スポットSPが直線状に所定間隔で配列される。なお、標本S上に投射される光スポットSPの数は、5つに限定されず、任意の複数でよい。
Each of the parallel luminous fluxes that have been circularly polarized is reflected downward in the drawing by the dichroic prism 11 provided in the microscope, and forms a plurality of light spots on the surface Sa of the sample S by the
標本S上に投射され、反射された各光束は、図1に示すように、対物レンズ3aの光軸OA1を挟んで投射時と反対側の光路を逆にたどり、ダイクロイックプリズム11で反射され、λ/4板10を通過して再び直線偏光に変換された後、色収差補正レンズ9および集光レンズ8によってリレーされ、P偏光としてPBS7を図中右方向に透過する。この透過した各光束は、遮光板12を通過した後、集光レンズ13によって2分割素子14の受光面14c上に各々集光され、光スポット像として結像される。ここで、各光スポット像は、2分割センサ14の2分割ライン上に配列して結像され、2分割センサ14が備える各受光部14a,14bによって受光される。
As shown in FIG. 1, each light beam projected and reflected on the sample S traces the optical path on the opposite side of the projection across the optical axis OA1 of the
なお、このような合焦検出光学系では、基準光源4は、レーザ光源に限らず、例えばLEDであってもよい。また、集光レンズ8,13および色収差補正レンズ9は、図1では単レンズとして示しているが、実用的には球面収差等を良好に補正したレンズ群からなるレンズとすることが好ましい。
In such a focus detection optical system, the
一方、合焦装置100は、上述の合焦検出光学系および顕微鏡の各部の制御等を行う機構として、基準光源4を発振駆動するレーザ駆動部22と、色収差補正レンズ9をその光軸OA2方向に移動させる光学素子移動手段としての色収差補正レンズ用モータ17および色収差補正レンズ用モータ駆動部20と、色収差補正レンズ9の移動範囲を制限するリミット検出部33と、を備える。
On the other hand, the focusing
また、合焦装置100は、対物レンズ3aをレボルバ2に取り付けられた他の対物レンズ3b等に切り換えるため、レボルバ2を回動するレンズ切換機構としてのレボルバ用モータ15およびレボルバ用モータ駆動部18と、標本Sに対向配置された対物レンズのレボルバ2における取り付け穴(レボ穴)を検出するレボ穴位置検出部21と、標本Sに対向配置された対物レンズの光軸OA1方向に標本Sを移動させる焦準手段としての焦準用モータ16および焦準用モータ駆動部19と、を備える。ここで、焦準用モータ16は、標本Sを保持するステージ1を図中上下動させ、標本Sを光軸OA1方向に移動させることで、標本Sと対物レンズ3aとの相対距離を変化させる。なお、レボルバ2は、対物レンズ3a,3b以外にも、図示しない対物レンズを同時に保持することができる。また、焦準手段として標本Sと対物レンズ3aとの相対距離を変化させる機構は、標本Sに限定されず、対物レンズ3aを上下動させるようにしてもよい。
Further, the focusing
さらに、合焦装置100は、2分割センサ14の各受光部14a,14bが受光強度に応じて出力する電流信号SA1,SB1を、電流/電圧変換した後に増幅する増幅器23と、増幅された電圧信号SA2,SB2をA/D変換し、検出信号SA3,SB3として出力するA/D変換器24と、を備える。
Further, the focusing
加えて、合焦装置100は、ROMおよびRAMを用いて実現され、各種処理プログラム、処理パラメータおよび処理データ等を記憶する記憶部26と、記憶部26に記憶された処理プログラムを実行するCPUを用いて実現され、電気的に接続された各部位の処理および動作を制御するコントロール部25と、を備える。また、記憶部26は、特に、合焦装置100が行う合焦処理手順を規定する合焦処理プログラム26aと、標本S表面の段差の高さ内に設定された複数の被観察面ごとに、色収差補正レンズ9の光軸OA2方向の配設位置を対応付けて記憶する補正レンズ位置記憶テーブル26bと、を記憶している。
In addition, the focusing
なお、コントロール部25には、レボルバ用モータ駆動部18、焦準用モータ駆動部19、色収差補正レンズ用モータ駆動部20、レーザ駆動部22、A/D変換部24、記憶部26およびリミット検出部33が電気的に接続されている。
The
合焦装置100が焦点合わせを行う対象としての標本Sは、表面に所定高さの段差を有するものであって、例えば図3に示すように、高さHの複数の段差部Sbを有する。この段差部Sbの高さHは、標本Sとしてのウェハ等の表面に形成された回路パターン等の高さのように所定値に定められるものであって、作業者らは、この高さH内に予め複数の被観察面OP1〜OP3を任意に設定することができる。ここで、被観察面OP1は、段差部Sbの平均高さを観察するための標準高さ面であり、被観察面OP2,OP3は、それぞれ段差部Sbの凸部および凹部を観察するための上オフセット面、下オフセット面である。なお、設定する被観察面の数は、3段に限定する必要はなく、2段もしくは4段以上であってもよい。
The specimen S as a target to be focused by the focusing
補正レンズ位置記憶テーブル26bは、このように設定された被観察面OP1〜OP3ごとに、例えば図4に示すように、それぞれ色収差補正レンズ9の光軸OA2方向の配設位置としてのレンズ位置を対応づけて記憶している。さらに、補正レンズ位置記憶テーブル26bは、このような被観察面OP1〜OP3と各レンズ位置との対応関係を、レボルバ2のレボ穴番号「1」〜「4」ごとに対応付けて記憶している。
For example, as shown in FIG. 4, the correction lens position storage table 26b sets the lens position as the arrangement position of the chromatic aberration correction lens 9 in the optical axis OA2 direction for each of the observation surfaces OP1 to OP3 set in this way. It is stored in association. Further, the correction lens position storage table 26b stores the correspondence between the observed surfaces OP1 to OP3 and the respective lens positions in association with the revolver numbers “1” to “4” of the
なお、補正レンズ位置記憶テーブル26bに記憶させる各レンズ位置は、合焦検出光学系の設計値等に基づいて求めるか、あるいは段差部Sbを有する基準ウェハ等を用いて予め実機で調整して求められる。そして、図示しない入力手段によって入力され、補正レンズ位置記憶テーブル26bに予め記録される。 Each lens position to be stored in the correction lens position storage table 26b is obtained based on the design value of the focus detection optical system or the like, or obtained by adjusting in advance with an actual machine using a reference wafer having a stepped portion Sb. It is done. Then, it is input by an input means (not shown) and recorded in advance in the correction lens position storage table 26b.
コントロール部25は、かかる補正レンズ位置記憶テーブル26bを参照し、例えばレボ穴番号「1」に取り付けられた対物レンズが標本Sに対向配設された場合、被観察面OP1に対応付けられたレンズ位置11Aに色収差補正レンズ9を移動させ、標本Sを光軸OA1方向に移動させて、被観察面OP1を対物レンズの焦点面に合焦させる制御を行う。さらに、コントロール部25は、同様の処理を、被観察面OP2,OP3に対して順次実行するように制御を行う。このようなコントロール部25による合焦処理制御の詳細は、別途後述する。
The
なお、レボルバ2に取り付けられた各対物レンズ3a,3b等とレボ穴番号との対応付けは、記憶部26に予め記録されており、コントロール部25は、この記録と、レボ穴位置検出部21が検出したレボ穴番号とに基づいて、標本Sに対向配置された対物レンズを特定する。
The association between each
ここで、図5−1〜図5−3を参照し、上述の合焦検出光学系を用いた合焦状態の検出原理について説明する。図5−1〜図5−3の各図(a)は、合焦検出光学系における遮光板12から2分割素子14までの光路を示し、各図(b)は、2分割素子14の受光面14cの正面図を示している。また、図5−1〜図5−3は、それぞれ標本Sが対物レンズの焦点面に合焦されている場合、ファーフォーカス位置にある場合、ニアフォーカス位置にある場合を示している。
Here, with reference to FIGS. 5-1 to 5-3, the detection principle of the in-focus state using the above-described focus detection optical system will be described. 5A to 5C show the optical path from the
まず、標本Sが合焦されている場合、標本Sの表面Saと2分割センサ14の受光面14cとが共役となる。このため、図5−1に示すように、遮光板12を通過した複数の光束LF1は、各々集光レンズ13によって2分割センサ14の2分割ライン14d上に集光され、微小なスポット径を有する複数の光スポット像SIとして結像される。
First, when the sample S is focused, the surface Sa of the sample S and the
一方、標本Sがファーフォーカス位置にある場合、表面Saの共役面は、受光面14cのニア側に位置する。このため、図5−2に示すように、遮光板12を通過した複数の光束LF2は、各々集光レンズ13によって受光面14cのニア側に集光され、受光面14c上で受光部14b側に半月状の広がりを有する複数の光スポット像SI’として結像される。
On the other hand, when the sample S is at the far focus position, the conjugate surface of the surface Sa is positioned on the near side of the
他方、標本Sがニアフォーカス位置にある場合、表面Saの共役面は受光面14cのファー側に位置する。このため、図5−3に示すように、遮光板12を通過した複数の光束LF3は、各々集光レンズ13によって受光面14cのファー側に集光されるように、受光面14c上で受光部14a側に半月状の広がりを有する複数の光スポット像SI”として結像される。
On the other hand, when the sample S is in the near focus position, the conjugate surface of the surface Sa is positioned on the far side of the
すなわち、合焦装置100では、2分割センサ14によって、受光面14c上に形成される複数の光スポット像のスポット径が極小であるか否かを検出することで、標本Sの表面Saが対物レンズに対して合焦されているか否かを検出することができる。さらに、光スポット像の広がり方向を検出することで、表面Saの焦点ずれの方向を検出することができる。なお、合焦装置100では、このような合焦状態の検出を、コントロール部25がA/D変換部24から取得する検出信号SA3,SB3を演算処理して行っている。
That is, in the focusing
ところで、図5−1〜図5−3では、標本Sに投射される複数の光スポットが表面Saの平端部に投射されたものとして、光スポット像SI,SI’,SI”中の各光スポット像を等しい大きさにして示している。これに対して、標本Sに投射される複数の光スポットのそれぞれが表面Saの段差の様々な位置に投射される場合には、受光面14c上に結像される各光スポット像は、例えば図6に示すように、投射された段差の高さに応じて異なる大きさとなる。この場合、コントロール部25は、受光面14c上に形成された複数の光スポット像の受光部14aが受けるスポット強度の総和と、受光部14bが受けるスポット強度の総和とが等しいかを検出し、表面Saの段差の平均高さ面が対物レンズに対して合焦されているか否かを検知することとなる。
By the way, in FIGS. 5A to 5C, it is assumed that a plurality of light spots projected on the specimen S are projected on the flat end of the surface Sa, and each light in the light spot images SI, SI ′, SI ″. The spot images are shown to have the same size, whereas when each of a plurality of light spots projected onto the specimen S is projected at various positions on the surface Sa, it is on the
また、合焦装置100では、図1に示したように、受光面14cが結像面IPと共役であるため、受光面14c上で複数の光スポット面積の総和が極小である場合、結像面IP上に中間像として結像される複数の光スポット面積の総和が極小となっている。つまり、合焦装置100は、集光レンズ8から2分割素子14までの光学系を、結像面IP上に結像される複数の光スポット面積の総和が極小であるか否かを検出するスポット像検出手段として備えるものといえる。そして、結像面IP上に結像される複数の光スポット面積の総和が極小であるか否かを検出することで、標本Sの表面Saが対物レンズに対して合焦されているか否かを検知するものといえる。
Further, in the focusing
なお、かかるスポット像検出手段は、集光レンズ8から2分割素子14までの光学系の構成に限定されず、種々の形態の検出手段を適用することが可能である。例えば、2分割センサ14に替えて撮像装置等を用いることができる。また、2分割センサ14または撮像装置等を、直に結像面IP上に配置するようにしてもよい。ただし、この場合、色収差補正レンズ9からλ/4板10に至る光路において回折格子DGからの光束を導入する必要がある。
Note that the spot image detection means is not limited to the configuration of the optical system from the condenser lens 8 to the two-dividing
つぎに、図7−1〜図7−3を参照し、対物レンズの焦点面に合焦させる被観察面を切り換える場合の合焦動作について説明する。図7−1〜図7−3は、合焦装置100における標本Sから2分割センサ14までの光路を、ダイクロイックプリズム11を省略して直線的に示す図である。ここで、標本Sは、その表面に上段面Scと下段面Sdとからなる段差を有するものとしている。
Next, with reference to FIGS. 7-1 to 7-3, the focusing operation when the surface to be observed to be focused on the focal plane of the objective lens is switched will be described. FIGS. 7-1 to 7-3 are diagrams showing the optical path from the sample S to the two-divided
まず、図7−1に示すように、標本Sの上段面Scが被観察面として対物レンズ3aの焦点面FSに合焦された場合、色収差補正レンズ9は、上段面Scに対応付けられたレンズ位置P1に配置される。この状態で、結像面IPおよび受光面14c上に結像される複数の光スポット面積の総和は、極小とされている。
First, as shown in FIG. 7A, when the upper surface Sc of the sample S is focused on the focal plane FS of the
つづいて、標本Sの下段面Sdを被観察面として焦点面FSに合焦させる場合、コントロール部25は、色収差補正レンズ用モータ17および色収差補正レンズ用モータ駆動部20によって、下段面Sdに対応付けられたレンズ位置P2に色収差補正レンズ9を移動させるように制御を行う。これによって、対物レンズ3aから標本Sに投射される各光スポットは、図7−2に示すように、ニアフォーカス面NFS上に集光され、上段面Sc上で図中下側に半月状の広がりを有した光スポットとして結像される。また、結像面IPおよび受光面14c上に結像される各光スポット像も、それぞれ図中上側および下側に広がりを有する半月状の光スポット像として結像される。
Subsequently, when the lower surface Sd of the sample S is focused on the focal plane FS as the observation surface, the
さらに、コントロール部25は、受光面14c上に結像される複数の光スポット面積の総和が極小となるように、焦準用モータ16および焦準用モータ駆動部19によって、標本Sをニアフォーカス面NFSまで移動させる制御を行う。これによって、対物レンズ3aから標本Sに投射される各光スポットは、図7−3に示すように、上段面Sc上に集光され、結像面IPおよび受光面14c上に結像される各光スポット像は、それぞれ面積の総和が極小にされた光スポット像として結像されている。そして、この状態で、下段面Sdは、焦点面FSに合焦されている。
Further, the
このようにして、合焦装置100では、標本Sの被観察面に予め対応付けられたレンズ位置に色収差補正レンズ9を移動させ、この被観察面を対物レンズ3aの焦点面FSに合焦させることができる。また、高さが異なる複数の被観察面ごとに、各々レンズ位置を対応付けておくことで、各被観察面を適宜、自動的に合焦させることができる。さらに、レボルバ2に取り付けられる交換可能な複数の対物レンズごとに、各被観察面にレンズ位置を対応付けておくことで、対物レンズが切り替えられた場合にも、各被観察面を適宜、自動的に合焦させることができる。
Thus, in the focusing
このように被観察面ごと、および対物レンズごとに対応付けられたレンズ位置は、補正レンズ位置記憶テーブル26bに記憶されている。また、この各レンズ位置は、対物レンズの色収差特性に基づいて生じる色収差、特に、対物レンズの焦点面における観察光(可視光または紫外光)と赤外光との軸上色収差を補正し得るレンズ位置として記憶されている。このため、合焦装置100では、各被観察面を観察光の焦点面に合焦させることができる。なお、色収差を補正し得るレンズ位置として、被観察面のオフセットに応じたレンズ位置と、対物レンズにおける色収差を補正するレンズ位置の補正量と、を個別に記憶させてもよい。
The lens positions associated with each observation surface and each objective lens in this way are stored in the correction lens position storage table 26b. In addition, each lens position is a lens capable of correcting chromatic aberration generated based on the chromatic aberration characteristics of the objective lens, particularly axial chromatic aberration of observation light (visible light or ultraviolet light) and infrared light on the focal plane of the objective lens. Stored as a position. For this reason, in the focusing
つぎに、合焦装置100を備えた本実施の形態にかかる顕微鏡によって、補正レンズ位置記憶テーブル26bに記憶された複数の被観察面を順次合焦させ、合焦させるごとに標本Sの観察像を撮像する合焦処理手順について説明する。ここでは、一例として、図1に示した顕微鏡を自動欠陥抽出装置に適用した場合の処理手順を説明する。
Next, an observation image of the specimen S is obtained each time a plurality of observation surfaces stored in the correction lens position storage table 26b are sequentially focused and focused by the microscope according to the present embodiment including the focusing
図8は、コントロール部25が記憶部26に記憶された合焦処理プログラム26aを実行して処理する合焦処理に基づいて、本実施の形態にかかる顕微鏡が行う欠陥抽出処理を示すフローチャートである。図8に示すように、まず、コントロール部25は、レボルバ用モータ駆動部18によってレボルバ用モータ15を駆動し、レボルバ2を回動して対物レンズを切り換える(ステップS101)。
FIG. 8 is a flowchart showing a defect extraction process performed by the microscope according to the present embodiment based on the focusing process executed by the
つづいて、コントロール部25は、切り換え後の対物レンズの焦点面に、標準高さ面としての被観察面OP1を合焦させる標準高さ面合焦処理を行う(ステップS102)。このステップS102では、コントロール部25は、レボ穴位置検出部21によって、標本Sに対向配置された対物レンズのレボ穴番号を検出し、この検出したレボ穴番号における被観察面OP1に対応付けられたレンズ位置を、補正レンズ位置記憶テーブル26bから読み出す。
Subsequently, the
そして、コントロール部25は、色収差補正レンズ用モータ駆動部20によって色収差補正レンズ用モータ17を駆動し、読み出したレンズ位置に色収差補正レンズ9を移動させる。さらに、A/D変換部24からの検出信号SA3,SB3に基づいて、2分割センサ14上の複数の光スポット面積の総和が極小となるように、焦準用モータ駆動部19によって焦準用モータ16を駆動し、ステージ1とともに標本Sを移動させて、被観察面OP1を合焦させる。なお、このステップS102では、コントロール部25は、リミット検出部33からの検出信号を参照して、色収差補正レンズ9の移動完了を確認する。
Then, the
その後、顕微鏡が備える図示しない撮像観察系は、合焦された被観察面OP1の観察像を撮像し、標準高さ画像として記録する(ステップS103)。このステップS103では、例えば図9−1に示すように、標本Sが段差部Sbの凸部および凹部にそれぞれ欠陥DA,DBを有する場合、図9−2に示すように、ピントがボケた欠陥像DAI1,DBI1を含む欠陥画像としての標準高さ画像OPI1が撮像されて記録される。なお、ここでは、段差部Sbの高さは対物レンズの焦点深度DOFより大きく、欠陥DA,DBは被観察面OP1における焦点深度DOFの外側に位置するものとしている。 Thereafter, an imaging observation system (not shown) provided in the microscope takes an observation image of the focused observation surface OP1 and records it as a standard height image (step S103). In this step S103, for example, as shown in FIG. 9A, when the sample S has defects DA and DB on the convex portion and the concave portion of the stepped portion Sb, respectively, the defect that is out of focus as shown in FIG. A standard height image OPI1 as a defect image including the images DAI1 and DBI1 is captured and recorded. Here, the height of the stepped portion Sb is larger than the focal depth DOF of the objective lens, and the defects DA and DB are located outside the focal depth DOF on the observation surface OP1.
つづいて、コントロール部25は、対物レンズの焦点面に上オフセット面としての被観察面OP2を合焦させる上オフセット面合焦処理を行う(ステップS104)。このステップS104では、コントロール部25は、ステップS102と同様に、検出されたレボ穴番号における被観察面OP2に対応付けられたレンズ位置を補正レンズ位置記憶テーブル26bから読み出し、読み出したレンズ位置に色収差補正レンズ9を移動させる。さらに、2分割センサ14における複数の光スポット面積の総和が極小となるように標本Sを移動させて、被観察面OP2を合焦させる。
Subsequently, the
その後、顕微鏡の撮像観察系は、合焦された被観察面OP2の観察像を撮像し、上オフセット画像として記録する(ステップS105)。このステップS105では、例えば図10−1に示すように、欠陥DAと等しい高さの被観察面OP2が合焦されているため、図10−2に示すように、欠陥像DAI2が鮮明に撮像された欠陥画像としての上オフセット画像OPI2が記録される。なお、欠陥像DBI2は、欠陥DBが被観察面OP2における焦点深度DOFの外側に位置するため、ピントがボケた状態で撮像されている。 After that, the imaging observation system of the microscope takes an observation image of the focused observation surface OP2 and records it as an upper offset image (step S105). In this step S105, for example, as shown in FIG. 10-1, the observation surface OP2 having the same height as the defect DA is focused, so that the defect image DAI2 is clearly captured as shown in FIG. 10-2. The upper offset image OPI2 is recorded as the defective image. The defect image DBI2 is imaged in a state where the focus is out of focus because the defect DB is located outside the focal depth DOF on the observation surface OP2.
つづいて、コントロール部25は、対物レンズの焦点面に下オフセット面としての被観察面OP3を合焦させる下オフセット面合焦処理を行い(ステップS106)、顕微鏡の撮像観察系は、合焦された被観察面OP3の観察像を撮像し、下オフセット画像として記録する(ステップS107)。
Subsequently, the
ステップS106では、コントロール部25は、補正レンズ位置記憶テーブル26bから被観察面OP3に対応付けられたレンズ位置を読み出した後、ステップS104と同様の処理によって被観察面OP3を合焦させる。また、ステップS107では、例えば図11−1に示すように、欠陥DBと等しい高さの被観察面OP3が合焦されているため、図11−2に示すように、欠陥像DBI3が鮮明に撮像された欠陥画像としての下オフセット画像OPI3が記録される。なお、欠陥像DAI3は、欠陥DAが被観察面OP3における焦点深度DOFの外側に位置するため、ピントがボケた状態で撮像されている。
In step S106, the
その後、コントロール部25は、図示しないXYステージ駆動用モータ駆動部によってステージ1を駆動し、標本Sを所定の基準観察位置に横移動させ(ステップS108)、ステップS102と同様の処理によって被観察面OP1を合焦させる標準高さ面合焦処理を行う(ステップS109)。また、顕微鏡の撮像観察系は、合焦された被観察面OP1の観察像を撮像し、標準高さ画像として記録する(ステップS110)。このステップS110では、例えば図12−1に示すように、基準観察位置として段差部Sbに欠陥がない領域が観察されているため、図12−2に示すように、欠陥像を含まないゴールデン画像としての標準高さ画像OPI4が記録される。
Thereafter, the
さらに、顕微鏡の図示しない画像処理部は、ステップS103で取得した欠陥画像としての標準高さ画像OPI1からゴールデン画像としての標準高さ画像OPI4を引き算処理し、欠陥像DAI1,DBI1のみを抽出した欠陥抽出画像OPI5を生成して記録する(ステップS111)。 Further, the image processing unit (not shown) of the microscope subtracts the standard height image OPI4 as the golden image from the standard height image OPI1 as the defect image acquired in step S103, and extracts only the defect images DAI1 and DBI1. An extracted image OPI5 is generated and recorded (step S111).
このようにして、本実施の形態にかかる顕微鏡は、ステップS101〜S111の一連の処理を欠陥抽出処理として実行し、所定の処理終了指示を受けるまで、あるいは予め指示された回数の処理を実行するまで、この一連の欠陥抽出処理を繰り返す。 In this way, the microscope according to the present embodiment executes the series of processes in steps S101 to S111 as the defect extraction process, and executes the process for the predetermined number of times until a predetermined process end instruction is received. Until this, the series of defect extraction processes is repeated.
なお、合焦装置100では、コントロール部25は、各ステップS102〜S111において、常に被観察面OP1〜OP3等に対する合焦状態を保持するように、2分割センサ14上の各光スポット面積の総和を常時演算し、受光部14aにおける光スポット面積の総和と、受光部14bにおける光スポット面積の総和との差が極小となるように焦準用モータ駆動部19に焦準用モータ16を駆動させる追尾制御を行っている。また、コントロール部25は、この追尾制御が解除されないように、ステップS102,S104,S106,S109において、色収差補正レンズ9を徐々に移動させるように制御を行っている。
In the focusing
以上のように、本実施の形態にかかる合焦装置100は、合焦処理プログラム26aおよび補正レンズ位置記憶テーブル26bに基づいて、標本Sの表面Saに形成された段差部Sbの平均高さ面としての被観察面OP1を対物レンズの焦点面に合焦させることができるとともに、追尾制御を解除することなく合焦高さを自動的に変更して被観察面OP2,OP3を順次合焦させることができる。
As described above, the focusing
これによって、合焦装置100を搭載した本実施の形態にかかる顕微鏡は、欠陥抽出装置として適用された場合、標本S上の欠陥を撮像して抽出した欠陥抽出画像を取得できるとともに、タクトタイムを増大させることなく欠陥を鮮明に撮像した欠陥画像を取得することができる。そして、本実施の形態にかかる顕微鏡の作業者は、欠陥抽出処理において記録された欠陥画像としての標準高さ画像OPI1、上オフセット画像OPI2および下オフセット画像OPI3と、ゴールデン画像OPI4と、欠陥抽出画像OPI5とを、顕微鏡に設けられた表示装置もしくは外部の表示装置に表示させて、適宜観察することができる。
As a result, when the microscope according to the present embodiment equipped with the focusing
(変形例)
つぎに、本実施の形態にかかる合焦装置および顕微鏡の変形例について説明する。上述した実施の形態では、補正レンズ位置記憶テーブル26bは、標本Sの段差部Sbに直に光スポットSPが投射されるものとして色収差補正レンズ9のレンズ位置を記憶していたが、本変形例では、段差部Sb上に反射率が高い酸化防止膜等の透明膜が成膜され、この成膜された透明膜上に光スポットSPが投射されるものとしてレンズ位置を記憶するようにしている。
(Modification)
Next, modifications of the focusing device and the microscope according to the present embodiment will be described. In the above-described embodiment, the correction lens position storage table 26b stores the lens position of the chromatic aberration correction lens 9 on the assumption that the light spot SP is directly projected onto the stepped portion Sb of the sample S. Then, a transparent film such as an anti-oxidation film having a high reflectance is formed on the stepped portion Sb, and the lens position is stored on the assumption that the light spot SP is projected on the formed transparent film. .
標本S上に反射率が高い透明膜が成膜されている場合、投射されたスポット投射光SRが透明膜の表面で反射されるため、合焦装置100は、被観察面OP1〜OP3の代わりに透明膜の表面を対物レンズの焦点面に合焦させ、結果として合焦誤差を生じさせることとなる。このため、本変形例にかかる補正レンズ位置記憶テーブル26bは、例えば図14に示すように、透明膜によって生じる合焦誤差を補正するレンズ位置、すなわち、透明膜の膜厚、屈折率、表面反射率等をもとに生じる合焦誤差としての合焦オフセット量を補正し得るレンズ位置を、被観察面OP1〜OP3ごとに対応付けて記憶している。
When a transparent film having a high reflectivity is formed on the specimen S, the projected spot projection light SR is reflected by the surface of the transparent film, so that the focusing
これによって、合焦装置100は、例えば被観察面OP1に対応付けられたレンズ位置11Bに色収差補正レンズ9を移動させた場合、2分割センサ14上に結像される複数の光スポット面積の総和を極小とし、図15−1に示すように、透明膜TF表面の平均高さ面OPtfを合焦装置100の焦点面に合焦させるが、顕微鏡の撮像観察系に対しては、合焦誤差としての合焦オフセット量ΔHT1を補正し、被観察面OP1を観察光の焦点面に合焦させることができる。
Thereby, the focusing
同様に、例えば被観察面OP2に対応付けられたレンズ位置12Bに色収差補正レンズ9を移動させた場合、合焦装置100は、図15−2に示すように、合焦誤差としての合焦オフセット量ΔHT2を補正し、被観察面OP2を観察光の焦点面に合焦させることができる。これによって、撮像観察系は、欠陥DAの欠陥像を鮮明に撮像することができる。
Similarly, when the chromatic aberration correction lens 9 is moved to the
また、例えば被観察面OP3に対応付けられたレンズ位置13Bに色収差補正レンズ9を移動させた場合、合焦装置100は、図15−3に示すように、合焦誤差としての合焦オフセット量ΔHT3を補正し、被観察面OP3を観察光の焦点面に合焦させることができる。これによって、撮像観察系は、欠陥DBの欠陥像を鮮明に撮像することができる。
Further, for example, when the chromatic aberration correction lens 9 is moved to the
なお、ここでは補正レンズ位置記憶テーブル26bが、透明膜によって生じる合焦誤差を補正するためのレンズ位置補正量を含んだレンズ位置を記憶するものとして説明したが、例えば図16に示すように、透明膜による合焦誤差を補正するレンズ位置として、透明膜が成膜されない標本Sに対するレンズ位置、すなわち図4に示したレンズ位置と、レンズ位置補正量としての薄膜補正量と、を個別に記憶するようにしてもよい。これによって、合焦装置100は、透明膜の成膜の有無にかかわらず、補正レンズ位置記憶テーブル26bからレンズ位置を読み出して、自動的に各被観察面OP1〜OP3を合焦させることができる。
Here, the correction lens position storage table 26b has been described as storing the lens position including the lens position correction amount for correcting the focusing error caused by the transparent film. For example, as shown in FIG. As the lens position for correcting the focusing error due to the transparent film, the lens position with respect to the specimen S on which the transparent film is not formed, that is, the lens position shown in FIG. 4 and the thin film correction amount as the lens position correction amount are individually stored. You may make it do. Thereby, the focusing
また、合焦装置100は、補正レンズ位置記憶テーブル26bとして、標本S上に成膜し得る複数の透明膜ごとに、図14または図16に示した記憶テーブルを備えるようにしてもよい。これによって、合焦装置100は、標本Sに成膜される透明膜が変更された場合にも、その透明膜に応じてレンズ位置を読み出して、自動的に各被観察面OP1〜OP3を合焦させることができる。
Further, the focusing
さらに、上述した補正レンズ位置記憶テーブル26bは、標準高さ面、上オフセット面および下オフセット面としての被観察面OP1〜OP3ごとにレンズ位置を対応付けて記憶するものとして説明したが、例えば図17に示すように、標準高さ面に対応するレンズ位置としての標準位置に、被観察面のオフセット量に対応するレンズ位置のオフセット量を対応付けて記憶するようにしてもよい。この場合、コントロール部25は、標準位置にオフセット量を加減算することで、上下のオフセット面に対応するレンズ位置を取得できる。これによって、補正レンズ位置記憶テーブル26bは、レボ穴ごとにオフセット量が異なるオフセット面を標準高さ面に対応付けて記憶することが容易となる。なお、図17では、補正レンズ位置記憶テーブル26bは、透明膜による合焦誤差を補正するためのレンズ位置補正量も、各標準位置に対応付けて記憶するようにしている。
Further, the correction lens position storage table 26b described above has been described as storing the lens position in association with each of the observed surfaces OP1 to OP3 as the standard height surface, the upper offset surface, and the lower offset surface. As shown in FIG. 17, the offset amount of the lens position corresponding to the offset amount of the surface to be observed may be stored in association with the standard position as the lens position corresponding to the standard height surface. In this case, the
ここまで、本発明を実施する最良の形態を実施の形態および変形例として説明したが、本発明は、この実施の形態および変形例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施の形態および変形例では、合焦装置100は、補正レンズ位置記憶テーブル26bが予め記憶した被観察面OP1〜OP3を順次合焦させるものとして説明したが、例えば図示しない入力部から入力指示される被観察面を適宜合焦させるようにしてもよい。
Up to this point, the best mode for carrying out the present invention has been described as the embodiment and the modification. However, the present invention is not limited to the embodiment and the modification, and is within the scope of the present invention. Various modifications are possible. For example, in the embodiment and the modification described above, the focusing
また、上述した合焦装置100は、複数の標本Sに応じて定められた段差の所定高さごとに、各所定高さ内に設定された複数の被観察面の各々に色収差補正レンズ9のレンズ位置を対応付けて記憶するようにしてもよい。つまり、複数の段差ごとに、図4、図14、図16および図17に示したような記憶テーブルを備えるようにしてもよい。これによって、合焦装置100は、標本Sの段差にかかわらず、自動的に複数の被観察面を順次合焦させることができる。
Further, the focusing
また、上述した合焦装置100は、回折格子DGを介して標本S上に複数のスポットを直線状に配列するように集光する構成としたが、これに限定されず、例えば、回折格子DGに替えてシリンドリカルレンズ(トーリックレンズ)やスリットを用いて、標本S上に直線状にラインスポットを集光する構成としてもよい。その場合にも、合焦装置100と同様の効果が得られることは言うまでもない。
In addition, the focusing
1 ステージ
2 レボルバ
3a,3b 対物レンズ
4 基準光源
5 コリメーションレンズ
6,12 遮光板
7 PBS
8,13 集光レンズ
9 色収差補正レンズ
10 λ/4板
11 ダイクロイックプリズム
14 2分割素子
14a,14b 受光部
14c 受光面
14d 分割ライン
15 レボルバ用モータ
16 焦準用モータ
17 色収差補正レンズ用モータ
18 レボルバ用モータ駆動部
19 焦準用モータ駆動部
20 色収差補正レンズ用モータ駆動部
21 レボ穴位置検出部
22 レーザ駆動部
23 増幅器
24 A/D変換器
25 コントロール部
26 記憶部
26a 合焦処理プログラム
26b 補正レンズ位置記憶テーブル
33 リミット検出部
100 合焦装置
DA,DB 欠陥
DAI,DAI1,DAI2,DAI3,DBI,DBI1,DBI2,DBI3 欠陥像
DG 回折格子
DOF 焦点深度
FS 焦点面
IP 結像面
NFS ニアフォーカス面
OA1,OA2 光軸
OP1〜OP3 被観察面
OPI1,OPI4 標準高さ画像
OPI2 上オフセット画像
OPI3 下オフセット画像
OPI5 欠陥抽出画像
S 標本
Sa 表面
Sb 段差部
Sc 上断面
Sd 下段面
SI,SI’,SI” 光スポット像
SP 光スポット
SR スポット投射光
TF 透明膜
DESCRIPTION OF
8, 13 Condensing lens 9 Chromatic
Claims (13)
前記標本上に投射されたスポット光のスポット像を所定の結像面上に結像する結像光学素子と、
前記結像光学素子を該結像光学素子の光軸方向に移動させる光学素子移動手段と、
前記スポット像を受光して検出するスポット像検出手段と、
前記段差の所定高さ内に設定された複数の被観察面ごとに、前記結像光学素子の配設位置を対応づけて記憶する記憶テーブルと、
前記光学素子移動手段によって、前記被観察面に対応付けられた前記配設位置に前記結像光学素子を移動させるとともに、前記スポット像検出手段の検出結果に基づいて、前記焦準手段によって前記相対距離を変化させ、前記被観察面を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を、前記複数の被観察面ごとに順次行う合焦制御手段と、
を備えたことを特徴とする合焦装置。 Focusing means for changing the relative distance between the sample having a step on the surface and the objective lens;
An imaging optical element that forms a spot image of the spot light projected on the specimen on a predetermined imaging plane;
Optical element moving means for moving the imaging optical element in the optical axis direction of the imaging optical element;
Spot image detecting means for receiving and detecting the spot image;
A storage table that stores the arrangement positions of the imaging optical elements in association with each other for each of the plurality of observation surfaces set within a predetermined height of the step,
The optical element moving means moves the imaging optical element to the arrangement position associated with the surface to be observed, and based on the detection result of the spot image detecting means, the focusing means moves the relative A focus control means for sequentially changing the distance and focusing the observation surface on the focal plane of the objective lens for each of the plurality of observation surfaces;
A focusing device characterized by comprising:
前記合焦制御手段は、前記レンズ切換機構に前記対物レンズを切り換えさせるとともに、切り換えられた対物レンズに対応付けて前記記憶テーブルに記憶された各配設位置に前記結像光学素子を順次移動させる制御を行うことを特徴とする請求項2に記載の合焦装置。 A lens switching mechanism for switching the plurality of objective lenses;
The focusing control unit causes the lens switching mechanism to switch the objective lens, and sequentially moves the imaging optical element to each arrangement position stored in the storage table in association with the switched objective lens. The focusing apparatus according to claim 2, wherein control is performed.
前記合焦制御手段は、前記スポット像検出手段の検出結果に基づいて、前記スポット像のスポット面積の総和が極小となるように前記相対距離を変化させる制御を行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の合焦装置。 The spot image detecting means includes a relay optical system that optically relays the spot image formed linearly on the imaging surface, and a light receiving means that receives the spot image relayed by the relay optical system. And based on the output value from the light receiving means, it is detected whether or not the sum of the spot areas of the spot image is minimal,
2. The focus control unit performs control to change the relative distance based on a detection result of the spot image detection unit so that a total spot area of the spot image is minimized. The focusing device according to any one of? 9.
前記合焦装置に、
前記被観察面に対応付けられた前記配設位置に前記結像光学素子を移動させるとともに、前記スポット像の検出結果に基づいて、該スポット像のスポット面積の総和が極小となるように前記標本と前記対物レンズとの相対距離を変化させ、前記被観察面を前記対物レンズの焦点面に合焦させる制御を、前記複数の被観察面ごとに順次行う合焦制御手順を実行させることを特徴とする合焦処理プログラム。 A spot image of spot light projected on a specimen having a step on the surface is imaged and detected on a predetermined imaging surface, and for each of a plurality of observation surfaces set within a predetermined height of the step And a focusing processing program for focusing the observation surface on the focal plane of the objective lens in a focusing device that stores the arrangement position of the imaging optical element that forms the spot image in association with each other. ,
In the focusing device,
The sample optical element is moved to the arrangement position associated with the surface to be observed, and the sample is adjusted so that the total spot area of the spot image is minimized based on the detection result of the spot image. And a focus control procedure for sequentially performing the control for changing the relative distance between the object lens and the object surface to the focal plane of the object lens for each of the object surfaces. Focusing processing program.
前記合焦制御手順は、前記複数の対物レンズを切り換えさせるとともに、切り換えられた対物レンズに対応付けて記憶された各配設位置に前記結像光学素子を順次移動させる制御を行うことを特徴とする請求項12に記載の合焦処理プログラム。 The focusing device stores, for each of the plurality of replaceable objective lenses, the arrangement position of the imaging optical element in association with each of the plurality of observation surfaces,
The focusing control procedure is characterized in that the plurality of objective lenses are switched, and the imaging optical element is sequentially moved to each arrangement position stored in association with the switched objective lenses. The focusing processing program according to claim 12.
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JP2016090383A (en) * | 2014-11-05 | 2016-05-23 | 株式会社小野測器 | Laser measurement device and sight light synthesis device |
JP2016527549A (en) * | 2013-07-18 | 2016-09-08 | ベンタナ メディカル システムズ, インコーポレイテッド | Autofocus method and system for multispectral imaging |
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