JP2886700B2 - Focus position detection method and device, pattern inspection device, imaging method and device - Google Patents

Focus position detection method and device, pattern inspection device, imaging method and device

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JP2886700B2
JP2886700B2 JP5685391A JP5685391A JP2886700B2 JP 2886700 B2 JP2886700 B2 JP 2886700B2 JP 5685391 A JP5685391 A JP 5685391A JP 5685391 A JP5685391 A JP 5685391A JP 2886700 B2 JP2886700 B2 JP 2886700B2
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image signal
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、試料の画像を検出する
際に、その試料の画像検出系合焦面からのずれ量を検出
するための焦点位置検出方法とその装置、更には、その
焦点位置検出装置を具備してなるパターン検査装置等に
係わり、特に表面に段差や粗表面が存在している試料の
画像を検出するのに好適な焦点位置検出方法とその装
置、並びにパターン検査装置、撮像方法とその装置に関
するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for detecting a focal position for detecting the amount of deviation of a sample from a focal plane of an image detection system when detecting an image of the sample. The present invention relates to a pattern inspection apparatus and the like including a focus position detection apparatus, and particularly to a focus position detection method and apparatus suitable for detecting an image of a sample having a step or a rough surface on the surface, and a pattern inspection apparatus , An imaging method and an apparatus thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまで、パターン投影方式の焦点位置
検出に関するものとしては、例えば特開昭62ー318
15号公報に記載のものが知られている。これによる場
合、焦点検出用パターンは画像検出光学系の合焦面に結
像すべく投影される一方では、2つのイメージセンサが
それぞれ画像検出光学系の合焦面に対し前側位置、後側
位置に配置されたものとなっている。試料面がそれら位
置の何れか一方の位置にずれた際に、その位置での投影
パターン(焦点検出用パターン)のコントラスト値は最
大として得られることから、2つのイメージセンサ各々
で検出された焦点検出用パターンのコントラスト値の大
小関係により、被測定物体の合焦位置からのずれが定量
的に検出されるようになっている。
2. Description of the Related Art Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-318 discloses a method for detecting a focus position in a pattern projection system.
No. 15 is known. In this case, the focus detection pattern is projected to form an image on the focal plane of the image detection optical system, while the two image sensors are respectively located at the front position and the rear position with respect to the focal plane of the image detection optical system. It has been arranged in. When the sample surface is displaced to any one of the positions, the contrast value of the projection pattern (focus detection pattern) at that position is obtained as the maximum, so that the focus value detected by each of the two image sensors is obtained. The deviation of the measured object from the in-focus position is quantitatively detected based on the magnitude relationship between the contrast values of the detection patterns.

【0003】図12は上記公報に示された焦点位置検出
装置の基本構成を示したものである。これによる場合、
光源1からの照明光によってガラス板2が照明されるこ
とで、そのガラス板2に予め印刷されている焦点検出用
パターンはハーフミラー3、対物レンズ4を介し試料5
上に投影されるとともに、試料5は落射照明されるよう
になっている。その際、焦点検出用パターンの結像面
は、試料5の画像を対物レンズ4、ハーフミラー3,6
を介し検出する画像検出用イメージセンサ13の合焦面
に一致せしめられるものとなっている。さて、試料5上
に投影された焦点検出用パターンを対物レンズ4、ハー
フミラー3,6,7を介し検出するためのイメージセン
8,9は、焦点検出用パターンの結像面をはさんで光軸
に沿って前後にずれた位置に合焦面が来るように配置さ
れる。即ち、図13に示すように、焦点検出用パターン
の結像面であると同時に、イメージセンサ13の合焦面
である面位置14を中心にして、これより上側の面位置
15にイメージセンサ8の合焦面が、また、これより下
側の面位置16にイメージセンサ9の合焦面が一致する
ように配置されるものである。このようにして配置され
たイメージセンサ8,9によって、試料5上に投影され
ている焦点検出用パターンが同時に検出されているもの
である。イメージセンサ8,9各々からのパターン検出
出力はコントラスト算出器81,91で処理されること
で、イメージセンサ8,9各々で検出された焦点検出用
パターンに対するコントラスト値が求められるものとな
っている。試料5が面位置15にある場合には、コント
ラスト算出器81からの出力は最大となり、その面位置
15からずれる程に、コントラスト値は徐々に低下する
ようになっている。これと同様にして、試料5が面位置
16にある場合は、コントラスト算出器91からの出力
は最大となり、ここからずれる程に、コントラスト値は
徐々に低下するものとなっている。したがって、合焦判
定器100でそれらコントラスト値の差を求めるように
すれば、その相対的な差より試料5が面位置14より如
何程ずれているかそのずれ量が知れるというわけであ
り、そのずれ量にもとづき試料5が面位置14に位置さ
れるべく、ステージ制御部101がステージ(図示せ
ず)のZ軸方向(高さ方向)での高さを制御すればよい
ものである。より詳細に説明すれば、図14にコントラ
スト算出器81,91の出力特性グラフ(横軸は試料5
の合焦位置からのずれを、また、縦軸はコントラスト算
出器81,91の出力811,911を表わす)が併せ
て示されているが、これから明らかなように、合焦位置
からのずれ量が0の時はコントラスト算出器81,91
間での出力差は0であり、出力差がプラス側にずれてい
る場合には、コントラスト算出器81の出力がコントラ
スト算出器91の出力より大きく、これとは逆にマイナ
ス側にずれている場合は、コントラスト算出器81の出
力がコントラスト算出器91の出力より小さくなってい
る。よって、コントラスト算出器81,91の出力が等
しくなるべく試料5の高さを自動制御することによっ
て、自動焦点合わせを行い得るものである。
FIG. 12 shows the basic configuration of the focus position detecting device disclosed in the above publication. In this case,
When the glass plate 2 is illuminated by the illumination light from the light source 1, the focus detection pattern printed in advance on the glass plate 2 passes through the half mirror 3 and the objective lens 4 through the sample 5.
The sample 5 is projected upward and the sample 5 is illuminated by epi-illumination. At this time, the image plane of the focus detection pattern is formed by converting the image of the sample 5 into the objective lens 4, the half mirrors 3 and 6.
And the in-focus plane of the image detecting image sensor 13 detected through the camera. Now, the image sensors 8 and 9 for detecting the focus detection pattern projected on the sample 5 via the objective lens 4 and the half mirrors 3, 6, and 7 sandwich the image plane of the focus detection pattern. It is arranged so that the focal plane comes to a position shifted back and forth along the optical axis. That is, as shown in FIG. 13, the image sensor 8 is placed on the surface position 14 above the surface position 14 which is the focus plane of the image sensor 13 at the same time as the image formation plane of the focus detection pattern. Is arranged such that the focal plane of the image sensor 9 coincides with the surface position 16 below the focal plane. The focus detection patterns projected on the sample 5 are simultaneously detected by the image sensors 8 and 9 arranged as described above. The pattern detection output from each of the image sensors 8 and 9 is processed by the contrast calculators 81 and 91, whereby the contrast value for the focus detection pattern detected by each of the image sensors 8 and 9 is obtained. . When the sample 5 is located at the surface position 15, the output from the contrast calculator 81 becomes maximum, and as the distance from the surface position 15 increases, the contrast value gradually decreases. Similarly, when the sample 5 is located at the surface position 16, the output from the contrast calculator 91 becomes maximum, and the more the position deviates from this, the more the contrast value gradually decreases. Therefore, if the difference between these contrast values is obtained by the focus determiner 100, it is possible to know how much the sample 5 deviates from the surface position 14 based on the relative difference. The stage controller 101 only has to control the height of the stage (not shown) in the Z-axis direction (height direction) so that the sample 5 is positioned at the surface position 14 based on the amount. More specifically, FIG. 14 shows output characteristic graphs of the contrast calculators 81 and 91 (the horizontal axis represents the sample 5).
, And the vertical axis represents the outputs 811 and 911 of the contrast calculators 81 and 91). As is clear from this, the amount of deviation from the in-focus position is also apparent. Is 0, contrast calculators 81 and 91
Is zero, and when the output difference is shifted to the plus side, the output of the contrast calculator 81 is larger than the output of the contrast calculator 91 and, conversely, is shifted to the minus side. In this case, the output of the contrast calculator 81 is smaller than the output of the contrast calculator 91. Therefore, the automatic focusing can be performed by automatically controlling the height of the sample 5 so that the outputs of the contrast calculators 81 and 91 become equal.

【0004】また、以上の公報とは別に、試料表面が斜
方向から照明される必要がある場合、その斜方照明によ
る反射光の一部が焦点検出用のイメージセンサに検出さ
れてしまい、これがために、焦点検出用パターンのコン
トラストが落ち、自動焦点合わせが困難になるのを防ぐ
方法として、イメージセンサの検出波長域とは異なる波
長の光を斜方照明に使用するように構成した装置例とし
て、特開昭58ー120106号公報に記載のものが知
られている。
In addition to the above publication, when the sample surface needs to be illuminated from an oblique direction, a part of the reflected light due to the oblique illumination is detected by an image sensor for focus detection. As a method for preventing the focus detection pattern from deteriorating in contrast and making autofocusing difficult, an example of an apparatus configured to use light having a wavelength different from the detection wavelength range of the image sensor for oblique illumination. Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-120106 is known.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
62ー31815号公報による場合は、試料に段差があ
る等の理由で試料面を斜方向から照明する必要がある場
合について考慮されておらず、斜方照明をした場合にそ
の反射光の一部が焦点検出用のイメージセンサに検出さ
れてしまい、これがために検出された焦点検出用パター
ンのコントラストが落ち、自動焦点合わせが困難になる
という不具合があるものとなっている。また、特開昭5
8ー120106号公報による場合には、上記不具合を
解消する方法として、焦点検出用イメージセンサの検出
波長域とは異なった波長域の光で斜方照明する方式が提
案されているが、特定な波長域の光以外は透過吸収して
しまうような透過率特性を試料がもっている場合には、
イメージセンサの検出波長域と斜方照明の波長域を同じ
にせざるをえない場合があったり、検出器の感度等の制
限により波長域の分離による光量の損失を許容し得ない
場合には適用し得ないなど、の不具合を生じるようにな
っている。このような場合には、自動焦点合わせが行わ
れる度に、斜方照明をカットせざるを得ず、焦点合せに
多くの時間が要されるようになっている。
However, in the case of JP-A-62-31815, no consideration is given to the case where the sample surface needs to be illuminated from an oblique direction due to a step in the sample. In the case of oblique illumination, a part of the reflected light is detected by the focus detection image sensor, which reduces the contrast of the detected focus detection pattern and makes automatic focusing difficult. There is something wrong. In addition, Japanese Unexamined Patent Publication No.
In the case of Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-120106, a method of obliquely illuminating with light having a wavelength range different from the detection wavelength range of the focus detection image sensor has been proposed as a method for solving the above-mentioned problem. If the sample has a transmittance characteristic that transmits and absorbs light other than light in the wavelength range,
Applicable in cases where the detection wavelength range of the image sensor and the wavelength range of oblique illumination must be the same, or when the loss of light amount due to separation of wavelength ranges cannot be tolerated due to limitations on detector sensitivity etc. In such a case, such problems as not being able to be performed are caused. In such a case, every time automatic focusing is performed, oblique illumination must be cut, and much time is required for focusing.

【0006】本発明の第1の目的は、照明光量を損失さ
せることなく試料が照明状態にある場合であっても、試
料に対する画像検出に並行して、その試料のその画像検
出系合焦面からのずれ量を確実、かつ速やかに検出した
うえ、その試料をその画像検出系の合焦面に位置させ得
る焦点位置検出方法を供するにある。本発明の第2の目
的は、その焦点位置検出方法を実施するのに好適な焦点
位置検出装置を供するにある。本発明の第3の目的は、
照明光量を損失させることなく試料が照明状態にある場
合であっても、その試料のその画像検出系合焦面からの
ずれ量を確実、かつ速やかに検出したうえ、その試料を
その画像検出系の合焦面に位置させるのに並行して、そ
の試料の画像を自動的に検出したうえ、検出された画像
にもとづき試料上に形成されているパターンを検査し得
るパターン検査装置を供するにある。本発明の第4の目
的は、試料の画像を撮像中であっても、その試料のその
画像検出系合焦面からのずれ量を確実、かつ速やかに検
出したうえ、その試料をその画像検出系の合焦面に位置
させた状態で、その試料の画像を撮像し得る撮像方法と
その装置を供するにある。
A first object of the present invention is to provide an image detecting system focusing surface of a sample in parallel with image detection of the sample even when the sample is in an illuminated state without losing the illumination light amount. An object of the present invention is to provide a focus position detection method capable of reliably and promptly detecting the amount of deviation from the position, and positioning the sample on the focal plane of the image detection system. A second object of the present invention is to provide a focus position detecting device suitable for carrying out the focus position detecting method. A third object of the present invention is to
Even when the sample is in an illuminated state without losing the amount of illumination, the amount of deviation of the sample from the image detection system in-focus plane is reliably and promptly detected, and the sample is detected by the image detection system. And a pattern inspection apparatus that can automatically detect an image of the sample in parallel with being positioned on the focal plane, and inspect a pattern formed on the sample based on the detected image. . A fourth object of the present invention is to reliably and promptly detect the amount of deviation of a sample from an in-focus plane of the image detection system even while capturing an image of the sample, and to detect the image of the sample. An object of the present invention is to provide an imaging method and an apparatus capable of imaging an image of a sample while being positioned on a focal plane of a system.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記第1の目的は、基本
的には、試料上にコントラスト検出用パターンと遮光パ
ターンを同時に投影するとともに照明光を併せて照射
し、該照明光による試料の画像としての検出に並行し
て、試料上に投影された両パターンの像をそれぞれ検出
画像信号として検出し、前記コントラスト検出用パター
ンによる検出画像信号から、前記遮光パターンによる検
出画像信号を差引くことにより、照明光による試料の反
射光成分を含まないコントラスト検出用パターンに対応
する検出画像信号を得、該検出画像信号に基づいて試料
表面の合焦点位置からのずれ量が検出されることで達成
される。上記第2の目的は、基本的には、試料上にコン
トラスト検出用パターンと遮光パターンを同時に投影す
る投影手段と、上記試料に画像検出用照明光を併せて照
射する手段と、前記試料上に投影された両パターンの像
をそれぞれ検出画像信号として検出する検出手段と、該
検出手段によって検出されたコントラスト検出用パター
ンによる検出画像信号から、前記遮光パターンによる検
出画像信号を差引くことにより、照明光による試料の反
射光成分を含まないコントラスト検出用パターンに対応
する検出画像信号を得る検出画像信号抽出手段と、該検
出画像信号抽出手段から得られる検出画像信号に基づい
て試料表面の合焦点位置からのずれ量を検出する合焦点
検出手段と、上記ずれ量の検出に並行して、照明光によ
り試料を画像として検出する手段とから構成することで
達成される。上記第3の目的は、試料上にコントラスト
検出用パターンと遮光パターンを同時に投影する投影手
段と、上記試料に画像検出用照明光を併せて照射する手
段と、前記試料上に投影された両パターンの像をそれぞ
れ検出画像信号として検出する検出手段と、該検出手段
によって検出されたコントラスト検出用パターンによる
検出画像信号から、前記遮光パターンによる検出画像信
号を差引くことにより、照明光による試料の反射光成分
を含まないコントラスト検出用パターンに対応する検出
画像信号を得る検出画像信号抽出手段と、該検出画像信
号抽出手段から得られる検出画像信号に基づいて試料表
面の合焦点位置からのずれ量を検出した上、試料表面を
合焦点位置に移動制御する合焦点制御手段と、上記ずれ
量の検出に並行して、照明光により試料表面に形成され
ている回路パターンの画像を検出する画像検出系と、該
画像検出系から検出される回路パターンの画像信号を基
準の回路パターンと比較して欠陥判定する判定手段とか
ら構成することで達成される。上記第4目的は、照明光
を試料に照射し、該照明された前記試料を光学系を介し
て撮像し、該撮像しているときに前記試料上に焦点位置
ずれを検出するための、コントラスト検出用縞状パター
ンと遮光パターンとからなる光パターンを投影し、該投
影した光パターンを検出し、該検出した光パターンの検
出信号から前記照明光の影響を除去することを、前記縞
状パターンの検出信号から前記遮光パターンの検出信号
を差引くことにより行い、該照明光の影響を除去した検
出信号から前記試料表面の前記光学系の合焦点位置から
のずれ量を求め、該求めたずれ量にもとづいて前記試料
の合焦点位置からのずれを補正することで達成され、ま
た、装置構成としては、試料に照明光を照射する照射手
段と、該照射手段により照明光が照射された前記試料を
光学系を介して撮像する撮像手段と、前記照明光が照射
された試料上に焦点位置ずれを検出するための、コント
ラスト検出用縞状パターンと遮光パターンとからなる
パターンを投影するパターン投影手段と、該パターン投
影手段から投影された光パターンを試料上から検出する
パターン検出手段と、該パターン検出手段で検出された
光パターンの検出信号から前記照明光の影響を除去すべ
く、前記縞状パターンの検出信号から前記遮光パターン
の検出信号を差引いた、該照明光の影響を除去した検
出信号から前記試料表面の前記光学系の合焦点位置から
のずれ量を算出するずれ量算出手段と、該ずれ量算出手
段で算出されたずれ量にもとづいて前記試料表面の合焦
点位置からのずれを補正する補正手段とから構成するこ
とで達成される。
The first object of the present invention is basically to simultaneously project a contrast detection pattern and a light-shielding pattern on a sample and simultaneously irradiate the sample with illumination light. In parallel with the detection as an image, the images of both patterns projected on the sample are respectively detected as detection image signals, and the detection image signal by the light shielding pattern is subtracted from the detection image signal by the contrast detection pattern. As a result, a detection image signal corresponding to a contrast detection pattern that does not include the reflected light component of the sample due to the illumination light is obtained, and the shift amount from the focal point on the sample surface is detected based on the detection image signal. Is done. The second object is basically a projection means for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern on a sample, a means for irradiating the sample with illumination light for image detection, and Detecting means for detecting the projected images of both patterns as detected image signals, and subtracting the detected image signal by the light-shielding pattern from the detected image signal by the contrast detection pattern detected by the detecting means, thereby providing illumination. Detection image signal extraction means for obtaining a detection image signal corresponding to a contrast detection pattern that does not include a reflected light component of the sample due to light; and a focal point position on the sample surface based on the detection image signal obtained from the detection image signal extraction means. A focal point detecting means for detecting a shift amount from the image, and detecting the sample as an image by the illumination light in parallel with the detection of the shift amount. It is accomplished by constructing and means. The third object is to provide a projecting means for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern on a sample, a means for simultaneously irradiating the sample with illumination light for image detection, and both of the patterns projected on the sample. Detecting means for detecting each image of the sample as a detected image signal, and subtracting the detected image signal by the light-shielding pattern from the detected image signal by the contrast detecting pattern detected by the detecting means to reflect the sample by the illumination light. Detection image signal extraction means for obtaining a detection image signal corresponding to a contrast detection pattern containing no light component; and a shift amount from a focal point position of the sample surface based on the detection image signal obtained from the detection image signal extraction means. Focusing control means for controlling the movement of the sample surface to the focusing position after the detection, and the illumination light An image detection system for detecting an image of a circuit pattern formed on the surface of the sample, and determination means for determining a defect by comparing an image signal of the circuit pattern detected from the image detection system with a reference circuit pattern. It is achieved by doing. The fourth object is irradiated with illumination light to the sample, the sample that is the illumination and imaging through an optical system, for detecting a focus position deviation on said sample while imaging, contrast Striped putter for detection
That projecting a light pattern consisting ting the light-shielding pattern, it detects a light pattern the projection, to eliminate the influence of the illumination light from the detection signal of the optical pattern of the detected, the fringe
Detection signal of the light-shielding pattern from the detection signal of the
From the detection signal from which the influence of the illumination light has been removed to determine the amount of deviation of the surface of the sample from the focal point of the optical system, and the focal position of the sample based on the determined amount of deviation. Is achieved by compensating for the deviation from the imaging device, and as an apparatus configuration, an irradiating unit that irradiates the sample with illumination light, and an imaging unit that captures the sample irradiated with the illumination light by the irradiating unit through an optical system. means, for the illumination light to detect a focal position shift on sample irradiated, controller
Pattern projection means for projecting a light pattern consisting of a striped pattern for last detection and a light-shielding pattern , pattern detection means for detecting the light pattern projected from the pattern projection means from above the sample, and detection by the pattern detection means removing all the effects of the illumination light from the detection signal of the optical pattern
The light shielding pattern is obtained from the detection signal of the stripe pattern.
On which minus the detection signal, detection removing the influence of the illumination light
A shift amount calculating means for calculating a shift amount of the sample surface from the in-focus position of the optical system from the output signal , and a shift amount from the focus position of the sample surface based on the shift amount calculated by the shift amount calculating means. This is achieved by comprising a correcting means for correcting the deviation.

【0008】[0008]

【作用】照明状態にある試料にコントラスト検出用パタ
ーンのみを投影すれば、そのパターンを検出するイメー
ジセンサでは、試料上に投影されたコントラスト検出用
パターンからの反射光と、試料からの照明光による反射
光とが同時に検出されることになる。一方、照明状態に
ある試料に遮光パターンを投影することによって投影光
を遮るようにすれば、イメージセンサでは試料からの照
明光による反射光のみが検出されることになる。したが
って、検出されたコントラスト検出用パターン対応検出
出力より遮光パターン対応検出出力を差引くようにすれ
ば、試料からの照明光による影響は除去され、コントラ
スト検出用パターンのみによる検出出力よりコントラス
ト値を確実に求められるというものである。このように
して得られるコントラスト値をこれまでの場合と同様に
処理すれば、試料のその画像検出系合焦面からのずれ量
が確実に検出され得るものである。この画像検出系合焦
面からのずれ量にもとづき試料を画像検出系合焦面に一
致せしめることが可能となるばかりか、試料を画像検出
系合焦面に一致せしめた状態で、その試料の画像を自動
的に検出したり、更には検出された画像を予め記憶され
ている理論上での画像パターン、あるいは直前に検出さ
れた画像パターンと比較することによっては、試料上に
形成されているパターンが検査され得るものである。
When only a contrast detection pattern is projected on a sample in an illuminated state, an image sensor that detects the pattern uses reflected light from the contrast detection pattern projected on the sample and illumination light from the sample. The reflected light is detected at the same time. On the other hand, if the projection light is blocked by projecting the light-shielding pattern on the sample in the illuminated state, the image sensor detects only the reflected light by the illumination light from the sample. Therefore, if the detection output corresponding to the light-shielding pattern is subtracted from the detection output corresponding to the detected pattern for contrast detection, the influence of the illumination light from the sample is removed, and the contrast value is more reliably obtained than the detection output using only the contrast detection pattern. Is required. If the thus obtained contrast value is processed in the same manner as in the past, the amount of deviation of the sample from the in-focus plane of the image detection system can be reliably detected. Based on the amount of deviation from the focal plane of the image detection system, it is possible not only to make the sample coincide with the focal plane of the image detection system, but also to make the specimen coincide with the focal plane of the image detection system. The image is formed on the sample by automatically detecting the image, and further comparing the detected image with a theoretical image pattern stored in advance or an image pattern detected immediately before. The pattern can be inspected.

【0009】[0009]

【実施例】以下、本発明を図1から図6により具体的に
説明するが、その前に本発明の原理について簡単ながら
図7から図11により説明すれば以下のようである。即
ち、図7は縞パターン(コントラスト検出用パターンの
一例)210と、遮光パターン220とからなる焦点検
出用パターンが試料面上に投影された場合での様子を模
式的に平面として示したものである。図示のように、試
料はその表面状態が一様ではなく、その左側部分が粗表
面部分51として、また、その右側部分は滑らかな表面
部分52となっている。このような表面状態の場合、粗
表面部分51と滑らかな表面部分52とでは、落射照明
(投影光)に対する反射率には殆ど差異は認められない
が、斜方照明に対する反射率では、粗表面部分51での
反射率が滑らかな表面部分52よりも大きいものとなっ
ている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6. Prior to that, the principle of the present invention will be briefly described with reference to FIGS. 7 to 11, as follows. That is, FIG. 7 schematically illustrates a state in which a focus detection pattern including a stripe pattern (an example of a contrast detection pattern) 210 and a light-shielding pattern 220 is projected on the sample surface. is there. As shown in the figure, the surface condition of the sample is not uniform, and the left portion thereof is a rough surface portion 51 and the right portion thereof is a smooth surface portion 52. In the case of such a surface state, there is almost no difference in reflectance between the rough surface portion 51 and the smooth surface portion 52 with respect to the epi-illumination (projection light). The reflectance at the portion 51 is larger than that at the smooth surface portion 52.

【0010】さて、図10に図7に示すラインb対応の
イメージセンサ出力波形bを示すが、これによる場合、
位置59から位置61に亘っては遮光パターンが投影さ
れ投影光が遮られているので、その部分で検出されてい
るのは斜方照明による反射光だけであり、粗表面部分5
1と滑らかな表面部分52各々での斜方照明による反射
率の差により、位置59〜60でのイメージセンサ出力
が位置60〜61でのそれに比し大きくなっていること
が判る。また、図9には図7に示すラインa対応のイメ
ージセンサ出力波形aを示すが、明らかに斜方照明によ
る反射光と、縞パターン投影光による反射光とが同時に
検出されていることが判る。
FIG. 10 shows an image sensor output waveform b corresponding to line b shown in FIG.
Since the light-shielding pattern is projected from the position 59 to the position 61 and the projection light is blocked, only the reflected light due to the oblique illumination is detected at that portion, and the rough surface portion 5 is detected.
It can be seen that the image sensor output at the positions 59 to 60 is larger than that at the positions 60 to 61 due to the difference between the reflectance at 1 and the smooth surface portion 52 due to the oblique illumination. FIG. 9 shows the output waveform a of the image sensor corresponding to the line a shown in FIG. 7. It is apparent that reflected light due to oblique illumination and reflected light due to stripe pattern projection light are simultaneously detected. .

【0011】ところで、図8に縞パターンに対するイメ
ージセンサ出力波形を示すが、この出力波形よりコント
ラスト値Cは次式によって求められるものとなってい
る。
FIG. 8 shows the output waveform of the image sensor corresponding to the stripe pattern. From this output waveform, the contrast value C is obtained by the following equation.

【0012】即ち、コントラスト値Cは、C=(V H
L )/V H として求められるものとなっている。 但し、 H =縞パターン波形における極大値 L =縞パターン波形における極小値 である。
That is, the contrast value C is C = (V H
Has become a thing obtained as the V L) / V H. However, a minimum value at the maximum value V L = fringe pattern waveform at V H = fringe pattern waveform.

【0013】この定義を図9に示すイメージセンサ出力
波形aに適用すれば、粗表面部分51に投影された3本
の縞パターンに対するコントラスト値は、滑らかな表面
部分52に投影された3本の縞パターンに対するコント
ラスト値よりも低いことになる。即ち、コントラスト値
から試料の高さが推定されるパターン投影方式の焦点位
置検出では、図9に示すイメージセンサ出力波形aを用
いる限りにおいては、粗表面部分51と滑らかな表面部
分52とでは高さが同一であるにも拘わらず、その高さ
が異なるという結果が得られてしまうものである。換言
すれば、試料が斜方照明された状態で、その試料に縞パ
ターンなどの焦点検出用パターンを投影したのでは、試
料を正しく焦点位置に位置せしめ得ないというわけであ
る。
If this definition is applied to the image sensor output waveform a shown in FIG. 9, the contrast value for the three stripe patterns projected on the rough surface portion 51 will be the three contrast values projected on the smooth surface portion 52. This is lower than the contrast value for the stripe pattern. That is, in the focus position detection of the pattern projection method in which the height of the sample is estimated from the contrast value, as long as the image sensor output waveform a shown in FIG. 9 is used, the height of the rough surface portion 51 and the smooth surface portion 52 is high. Although the heights are the same, the result is that the heights are different. In other words, if a focus detection pattern such as a stripe pattern is projected on the sample in a state where the sample is obliquely illuminated, the sample cannot be correctly positioned at the focal position.

【0014】しかしながら、図11にイメージセンサ出
力波形aよりイメージセンサ出力波形bを差し引いた結
果をイメージセンサ出力波形a−bとして示すが、これ
からも判るように、斜方照明が行われている場合であっ
ても、恰もそれが行われていない場合と等価なイメージ
センサ出力波形が得られ、コントラスト値はほぼ一様と
なっている。したがって、コントラスト値を求める際
に、コントラスト検出用パターン対応のイメージセンサ
出力より遮光パターン対応のイメージセンサ出力を差し
引く、といった前処理を行うようにすれば、コントラス
ト値が正しく求められることになり、この結果として試
料を正しい焦点位置に位置せしめることが可能となるも
のである。
However, the result obtained by subtracting the image sensor output waveform b from the image sensor output waveform a is shown in FIG. 11 as an image sensor output waveform ab. As can be seen from this, when oblique illumination is performed, However, an image sensor output waveform equivalent to that in the case where it is not performed is obtained, and the contrast value is almost uniform. Therefore, when the contrast value is obtained, by performing preprocessing such as subtracting the image sensor output corresponding to the light-shielding pattern from the image sensor output corresponding to the contrast detection pattern, the contrast value can be obtained correctly. As a result, the sample can be positioned at the correct focal position.

【0015】さて、本発明を具体的に説明すれば、図1
は試料が一定方向に一定速度で移動される際に、その画
像が焦点位置合せされた状態で連続的に検出されるよう
にした場合での、本発明による自動画像検出装置(本発
明による焦点位置検出装置を含む)の第1の例での構成
を示したものである。これによる場合、光源1やハーフ
ミラー3,6,7、対物レンズ4、合焦判定器100、
ステージ制御部101は図12に示すものと同様な機能
を有したものとされる。また、試料50はその画像が検
出されるのに斜方照明が必要とされているが、試料50
に対する斜方照明は斜方照明用光源10および放物面鏡
11,12によって行われるようになっている。試料5
0を矢印方向に一定速度v(あるいは−v)で、連続的
にステージによって送っている状態で、リニアイメージ
センサ130によってその画像が連続的に検出されるよ
うにしたものである。
Now, the present invention will be described in detail with reference to FIG.
Is an automatic image detecting apparatus according to the present invention (a focus detecting apparatus according to the present invention) in which an image is continuously detected in a state where the focus is aligned when a sample is moved at a constant speed in a predetermined direction. (Including a position detecting device) in the first example. In this case, the light source 1, the half mirrors 3, 6, 7, the objective lens 4, the focus determination unit 100,
The stage control unit 101 has functions similar to those shown in FIG. The sample 50 requires oblique illumination for its image to be detected.
Is performed by a light source for oblique illumination 10 and parabolic mirrors 11 and 12. Sample 5
The image is continuously detected by the linear image sensor 130 in a state where 0 is continuously transmitted by the stage at a constant speed v (or -v) in the direction of the arrow.

【0016】より具体的に説明すれば、ガラス板20に
は、コントラスト検出用パターン21の他、遮光パター
ン22が予め形成されているが、これに光源1からの光
を照明すれば、それら両パターンは焦点検出用パターン
として試料50上に投影されるとともに、試料50は光
源10によって斜方照明されるようになっている。本例
では、コントラスト検出用パターンは遮光部と透過部が
交互に並ぶ縞パターンとされ、また、遮光パターンは矩
形パターンとして示されているが、これら両パターンが
試料50上に投影されるに際しては、リニアイメージセ
ンサ130の検出視野を避けて投影されるようになって
いる。
More specifically, a light-shielding pattern 22 is previously formed on a glass plate 20 in addition to a contrast detection pattern 21. When light from a light source 1 is illuminated on the light-shielding pattern 22, both of them are illuminated. The pattern is projected on the sample 50 as a focus detection pattern, and the sample 50 is illuminated obliquely by the light source 10. In this example, the contrast detection pattern is a stripe pattern in which light-shielding portions and transmission portions are alternately arranged, and the light-shielding pattern is shown as a rectangular pattern. However, when these two patterns are projected on the sample 50, The projection is performed while avoiding the detection field of view of the linear image sensor 130.

【0017】さて、コントラスト検出用パターン21お
よび遮光パターン22の結像面は、試料50の画像を検
出するリニアイメージセンサ130の合焦面に合わせ、
試料50上に投影されたコントラスト検出用パターン、
遮光パターンをともに検出するための投影パターン検出
器80,90各々は、焦点検出用パターンの結像面を間
に挟んで、光軸に沿って前、後にずれた位置に合焦面が
くるように配置されるようになっている。本例では、投
影パターン検出器80は互に並行に配された2つのリニ
アイメージセンサ801,802より構成され、また、
投影パターン検出器90も同様に配されたリニアイメー
ジセンサ901,902より構成されたものとなってい
る。試料50上での遮光パターンはリニアイメージセン
サ801,901に、また、試料50上でのコントラス
ト検出用パターンはリニアイメージセンサ802,90
2にそれぞれ結像されるようになっているものである。
The image planes of the contrast detection pattern 21 and the light shielding pattern 22 are aligned with the focal plane of the linear image sensor 130 for detecting the image of the sample 50.
A contrast detection pattern projected on the sample 50,
Each of the projection pattern detectors 80 and 90 for detecting the light-shielding pattern together has a focal plane at a position shifted forward and backward along the optical axis with the imaging plane of the focus detecting pattern interposed therebetween. It is arranged to be. In this example, the projection pattern detector 80 includes two linear image sensors 801 and 802 arranged in parallel with each other.
The projection pattern detector 90 is also constituted by linear image sensors 901 and 902 arranged similarly. The light-shielding pattern on the sample 50 is applied to the linear image sensors 801 and 901, and the contrast detection pattern on the sample 50 is applied to the linear image sensors 802 and 90.
2 are respectively formed.

【0018】ここで、図2により投影パターン検出器8
0およびコントラスト算出部82での動作について説明
すれば、リニアイメージセンサ802では投影光による
反射光と斜方照明による反射光の両方が検出され、ま
た、リニアイメージセンサ801では斜方照明による反
射光のみを検出されるものとなっている。したがって、
遅延回路821a,821bによってd/vあるいは−
d/vだけタイミングをずらした状態で、リニアイメー
ジセンサ802出力からリニアイメージセンサ801出
力を減算器822で差し引くようにすれば、その減算結
果として斜方照明による反射光を相殺し得るものであ
る。但し、上記dは試料50面上でのコントラスト検出
用パターンと遮光パターン間の距離であり、d/vはコ
ントラスト検出用パターン21が投影されていた試料5
0上の同一位置に、遮光パターン22が投影されるまで
に要する時間である。減算器822からの減算結果はコ
ントラスト算出器823で処理されることで、投影パタ
ーン検出器80位置でのコントラスト値が求められるも
のである。このような動作は、投影パターン検出器90
およびコントラスト算出部92でも同様である。
Here, the projection pattern detector 8 shown in FIG.
0 and the operation of the contrast calculator 82 will be described. The linear image sensor 802 detects both the reflected light due to the projected light and the reflected light due to the oblique illumination, and the linear image sensor 801 detects the reflected light due to the oblique illumination. Only those that are detected. Therefore,
D / v or-by the delay circuits 821a and 821b.
If the output of the linear image sensor 801 is subtracted from the output of the linear image sensor 802 by the subtracter 822 with the timing shifted by d / v, the reflected light due to the oblique illumination can be offset as a result of the subtraction. . Here, d is the distance between the contrast detection pattern and the light shielding pattern on the surface of the sample 50, and d / v is the distance of the sample 5 on which the contrast detection pattern 21 was projected.
This is the time required until the light-shielding pattern 22 is projected on the same position on 0. The result of the subtraction from the subtractor 822 is processed by the contrast calculator 823 to obtain the contrast value at the position of the projection pattern detector 80. Such an operation is performed by the projection pattern detector 90.
The same applies to the contrast calculator 92.

【0019】再び図1に戻り説明すれば、コントラスト
算出部82,92各々からのコントラスト値は合焦判定
器100でそれらコントラスト値の差を求められるが、
その相対的な差より試料50が合焦面より如何程ずれて
いるかそのずれ量が知れることから、そのずれ量にもと
づき試料50が合焦面に位置されるべく、ステージ制御
部101がステージ(図示せず)のZ軸方向(高さ方
向)での高さを制御しつつ、試料50より画像を自動的
に検出するようにすればよいものである。このように、
自動焦点合わせを行いつつ、リニアセンサで連続的に画
像が検出され得るので、従来のように斜方照明をその都
度切って、予め焦点合わせを行っておく場合に比し、画
像検出は大幅に高速化されるものである。
Referring back to FIG. 1, the difference between the contrast values from the respective contrast calculators 82 and 92 can be obtained by the focus determiner 100.
From the relative difference, it is known how much the sample 50 deviates from the in-focus plane, and the amount of the deviation is known. Therefore, the stage control unit 101 moves the stage ( What is necessary is to automatically detect an image from the sample 50 while controlling the height in the Z-axis direction (height direction) (not shown). in this way,
Since the image can be continuously detected by the linear sensor while performing the automatic focusing, the image detection can be performed significantly more than in the conventional case where the oblique illumination is turned off each time and the focusing is performed in advance. It will be faster.

【0020】次に、本発明の内容からは逸脱するが、コ
ントラスト検出用パターンと遮光パターンの同時投影に
係わらない、即ち、順次投影に係る自動画像検出装置
(焦点位置検出装置を含む)の例について述べる。図3
は試料が一定方向にステップ移動される度に、その画像
が焦点位置合せされた状態で連続的に検出されるように
した場合での、その自動画像検出装置の構成を示したも
のである。これによる場合、光源1やハーフミラー3,
6,7、対物レンズ4、合焦判定器100、ステージ制
御部101は図1に示すものと同様な機能を有したもの
とされる。また、試料50はその画像が検出されるのに
斜方照明が必要とされているが、試料50に対する斜方
照明は図1の場合と同様、斜方照明用光源10および放
物面鏡11,12によって行われるようになっている。
試料50は一定方向にステップ移動されるが、試料50
が移動停止される度に、TVカメラ131によってその
画像が連続的に検出されるようにしたものである。
Next, although deviating from the content of the present invention,
Simultaneous projection of contrast detection pattern and light shielding pattern
Automatic image detection device that is not concerned, that is, relates to sequential projection
An example (including the focus position detecting device) will be described. FIG.
Every time the sample is moved stepwise in a certain direction, the image is in the case where the to be continuously detected in a state of being combined focal position, showing the configuration of the automatic image detection equipment . In this case, the light source 1, the half mirror 3,
6, 7, the objective lens 4, the focus determiner 100, and the stage controller 101 have the same functions as those shown in FIG. The sample 50 requires oblique illumination for its image to be detected. The oblique illumination for the sample 50 is the same as in the case of FIG. , 12.
The sample 50 is step-moved in a certain direction.
The image is continuously detected by the TV camera 131 every time is stopped.

【0021】より詳細に説明すれば、本例では焦点検出
用パターンは表示パターンとして、透過型液晶表示器2
00によって発生可とされており、コントラスト検出用
パターン、遮光パターンの何れが発生されるかは、切替
回路202によるスイッチ201での切替状態によるよ
うになっている。光源1からの光を透過型液晶表示器2
00に照明すれば、表示パターンは試料50上に投影さ
れるとともに、試料50は光源10によって斜方照明さ
れるようになっているものである。表示パターンが試料
50上に投影されるに際しては、TVカメラ131の検
出視野を避けて投影されることは図1の場合と同様であ
り、また、試料50上に投影された表示パターンを検出
するためのリニアイメージセンサ8,9の配置関係は図
1に示す投影パターン検出器80,90に同様となって
いる。
More specifically, in this example, the focus detecting pattern is a display pattern, which is a transmission type liquid crystal display 2.
00, it is determined whether the contrast detection pattern or the light-shielding pattern is generated, depending on the switching state of the switch 201 by the switching circuit 202. Light from a light source 1 is transmitted through a liquid crystal display 2
When illuminated at 00, the display pattern is projected onto the sample 50, and the sample 50 is obliquely illuminated by the light source 10. When the display pattern is projected on the sample 50 while avoiding the detection field of view of the TV camera 131, it is the same as in the case of FIG. 1, and the display pattern projected on the sample 50 is detected. The positional relationship between the linear image sensors 8 and 9 is the same as that of the projection pattern detectors 80 and 90 shown in FIG.

【0022】さて、図4によりリニアイメージセンサ8
およびコントラスト算出部83での動作について説明す
れば、試料50が移動停止される度に、切替回路202
による制御下にスイッチ201,830は所定に順次制
御されるが、先ず透過型液晶表示器200では表示パタ
ーンとしてコントラスト検出用パターンが発生されると
ともに、スイッチ830はメモリ831側に切替される
ようになっている。この状態では、リニアイメージセン
サ8では試料50上に投影されたコントラスト検出用パ
ターンを検出されるが、その検出出力はメモリ831に
退避記憶されるものとなっている。次に、スイッチ20
1,830は逆に切替されることで、透過型液晶表示器
200での表示パターンは遮光パターンに更新されるよ
うになっている。この状態では、リニアイメージセンサ
8からは試料50上に投影された遮光パターンに対する
検出出力が得られているが、この検出出力に同期してメ
モリ831よりコントラスト検出用パターンに対する検
出出力を読み出したうえ、減算器832に与えるように
すれば、その減算結果として斜方照明による反射光を相
殺し得るものである。減算器832からの減算結果はコ
ントラスト算出器833によってコントラスト値が求め
られるものである。このような動作は、リニアイメージ
センサ9およびコントラスト算出部93でも同様であ
る。このように、本例でのものは、ステップ的に試料を
送って画像をTVカメラによって検出する場合に有効で
あり、投影パターン検出にリニアイメージセンサが全部
で2個(リニアイメージセンサ8,9)で済まされるも
のとなっている。
Now, referring to FIG.
The operation of the contrast calculation unit 83 will be described. Each time the movement of the sample 50 is stopped, the switching circuit 202
The switches 201 and 830 are sequentially controlled in a predetermined manner under the control of. First, a contrast detection pattern is generated as a display pattern in the transmissive liquid crystal display 200, and the switch 830 is switched to the memory 831 side. Has become. In this state, the linear image sensor 8 detects the contrast detection pattern projected on the sample 50, and the detection output is saved in the memory 831. Next, switch 20
The display pattern on the transmissive liquid crystal display 200 is updated to a light-shielding pattern by switching 1,830 in reverse. In this state, a detection output for the light-shielding pattern projected onto the sample 50 is obtained from the linear image sensor 8, but the detection output for the contrast detection pattern is read out from the memory 831 in synchronization with this detection output. , The reflected light due to oblique illumination can be canceled as a result of the subtraction. The result of the subtraction from the subtractor 832 is the one for which the contrast value is obtained by the contrast calculator 833. Such an operation is the same for the linear image sensor 9 and the contrast calculator 93. As described above, the present embodiment is effective when a sample is sent in a stepwise manner and an image is detected by a TV camera, and a total of two linear image sensors (linear image sensors 8 and 9) are used for detecting a projection pattern. ).

【0023】なお、以上の例では、斜方照明を放物面鏡
によって行っているが、図5に示すようにリングライト
ガイド120で行ってもよく、また、図1に示す例で
は、平行に並んだ2つのリニアイメージセンサで投影パ
ターンが検出されているが、図6に示すように、TVカ
メラ840,940で投影パターンを撮像したうえ、コ
ントラスト算出部84,94での画像処理によってコン
トラスト値を求めることも可能となっている。更に、以
上の例では、試料から検出された画像についての処理に
ついては何等言及されていないが、一般に、以上のよう
にして検出された画像は、予め記憶されている理論上で
の画像パターン、あるいは実際に検出された良品につい
ての画像パターンと比較されることによって、試料上に
形成されているパターンが検査され得るものとなってい
る。即ち、本発明による焦点位置検出装置は自動画像検
出装置には勿論のこと、パターン検査装置での画像検出
にも利用可能となっている。
In the above example, the oblique illumination is performed by a parabolic mirror, but may be performed by a ring light guide 120 as shown in FIG. 5, and in the example shown in FIG. Although the projection pattern is detected by the two linear image sensors arranged side by side, as shown in FIG. 6, the projection pattern is imaged by the TV cameras 840 and 940, and the contrast value is calculated by image processing in the contrast calculation units 84 and 94. It is also possible to ask for. Furthermore, in the above example, there is no reference to the processing on the image detected from the sample, but generally, the image detected as described above, the theoretical image pattern stored in advance, Alternatively, the pattern formed on the sample can be inspected by comparing it with the image pattern of a non-defective product actually detected. That is, the focus position detection device according to the present invention can be used not only for an automatic image detection device but also for image detection with a pattern inspection device.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上、説明したように、請求項1〜4に
よる場合は、照明光量を損失させることなく試料が照明
状態にある場合であっても、試料に対する画像検出に並
行して、その試料のその画像検出系合焦面からのずれ量
を確実、かつ速やかに検出したうえ、その試料をその画
像検出系の合焦面に位置させ得る焦点位置検出方法が、
また、請求項5〜8による場合には、その焦点位置検出
方法を実施するのに好適な焦点位置検出装置が、更に、
請求項9,10によれば、照明光量を損失させることな
く試料が照明状態にある場合であっても、その試料のそ
の画像検出系合焦面からのずれ量を確実、かつ速やかに
検出したうえ、その試料をその画像検出系の合焦面に位
置させるのに並行して、その試料の画像を自動的に検出
したうえ、検出された画像にもとづき試料上に形成され
ているパターンを検査し得るパターン検査装置が、更に
また、請求項11〜12による場合には、試料の画像を
撮像中であっても、その試料のその画像検出系合焦面か
らのずれ量を確実、かつ速やかに検出したうえ、その試
料をその画像検出系の合焦面に位置させた状態で、その
試料の画像を撮像し得る撮像方法とその装置がそれぞれ
得られるものとなっている。
As described above, according to the first to fourth aspects, even if the sample is in an illuminated state without losing the illumination light amount, the image is detected in parallel with the image detection on the sample. A focus position detection method for reliably and promptly detecting the amount of deviation of the sample from the image detection system focal plane, and positioning the sample on the image detection system focal plane,
Further, in the case according to claims 5 to 8, a focal position detecting device suitable for carrying out the focal position detecting method further comprises:
According to the ninth and tenth aspects, even when the sample is in the illuminated state without losing the illumination light amount, the shift amount of the sample from the image detection system focal plane is reliably and promptly detected. In addition, in parallel with positioning the sample on the focal plane of the image detection system, the image of the sample is automatically detected, and the pattern formed on the sample is inspected based on the detected image. Further, in the case of the pattern inspection apparatus according to claims 11 to 12 , even if an image of the sample is being taken, the amount of deviation of the sample from the image detection system in-focus plane can be reliably and promptly determined. In addition, an imaging method and an apparatus capable of imaging an image of the sample in a state where the sample is positioned on the focal plane of the image detection system after detecting the sample are obtained.

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

【図1】図1は、本発明による自動画像検出装置の第1
の例での構成を示す図である。
FIG. 1 is a first embodiment of an automatic image detection device according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration in the example of FIG.

【図2】図2は、図1に示す投影パターン検出器および
コントラスト算出部での動作を説明するための図であ
る。
FIG. 2 is a diagram for explaining an operation of a projection pattern detector and a contrast calculator shown in FIG. 1;

【図3】図3は、本発明とは異なる、コントラスト検出
用パターンと遮光パターンの順次投影に係る自動画像検
出装置の一例での構成を示す図である。
FIG. 3 shows contrast detection different from the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of an example of an automatic image detection device related to sequential projection of a use pattern and a light-shielding pattern .

【図4】図4は、図3に示すイメージセンサおよびコン
トラスト算出部での動作を説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the image sensor and the contrast calculator shown in FIG. 3;

【図5】図5は、本発明による自動画像検出装置の第
の例での構成を示す図である。
Figure 5 shows a second automatic image detection apparatus according to the present invention
FIG. 4 is a diagram showing a configuration in the example of FIG.

【図6】図6は、本発明による自動画像検出装置の第
の例での構成を示す図である。
FIG. 6 is a third embodiment of the automatic image detection device according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration in the example of FIG.

【図7】図7は、本発明の原理を説明するための、試料
上に投影された焦点検出用パターンを平面として示す図
である。
FIG. 7 is a diagram illustrating a focus detection pattern projected on a sample as a plane, for explaining the principle of the present invention.

【図8】図8は、同じくコントラスト値の定義を説明す
るための図である。
FIG. 8 is a diagram for explaining the definition of a contrast value.

【図9】図9は、斜方照明光反射成分を含むコントラス
ト検出用パターンに対するイメージセンサ出力波形を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an output waveform of an image sensor with respect to a contrast detection pattern including an oblique illumination light reflection component.

【図10】図10は、斜方照明光反射成分を含む遮光パ
ターンに対するイメージセンサ出力波形を示す図であ
る。
FIG. 10 is a diagram illustrating an output waveform of an image sensor with respect to a light-shielding pattern including a reflection component of oblique illumination light.

【図11】図11は、図9に示すイメージセンサ出力よ
り図10に示すイメージセンサ出力を差し引いた場合で
のイメージセンサ出力波形を示す図である。
11 is a diagram illustrating an image sensor output waveform when the image sensor output illustrated in FIG. 10 is subtracted from the image sensor output illustrated in FIG. 9;

【図12】図12は、従来技術に係る焦点位置検出装置
の基本構成を示す図である。
FIG. 12 is a diagram illustrating a basic configuration of a focus position detecting device according to the related art.

【図13】図13は、従来技術に係る自動焦点合わせの
原理を説明するための図である。
FIG. 13 is a diagram for explaining the principle of automatic focusing according to the related art.

【図14】図14は、同じく従来技術に係る自動焦点合
わせの原理を説明するための図である。
FIG. 14 is a diagram for explaining the principle of automatic focusing according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・光源、3,6,7・・・ハーフミラー、4・・・対物レ
ンズ、20・・・ガラス板、8,9,130,801,8
02,901,902・・・リニアイメージセンサ、10・
・・斜方照明用光源、11,12・・・放物面鏡、21・・・コ
ントラスト検出用パターン、22・・・遮光パターン、5
0・・・試料、80,90・・・投影パターン検出器、100
・・・合焦判定器、101・・・ステージ制御部、82,9
2,83,93,84,94・・・コントラスト算出部、
200・・・透過形液晶表示器、202・・・切替回路、20
1,830・・・スイッチ、131,840,940・・・T
Vカメラ、120…リングライトガイド
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 3, 6, 7 ... Half mirror, 4 ... Objective lens, 20 ... Glass plate, 8, 9, 130, 801, 8
02,901,902 ... linear image sensor, 10
..Light sources for oblique illumination, 11, 12: parabolic mirrors, 21: contrast detection patterns, 22: light shielding patterns, 5
0: sample, 80, 90: projection pattern detector, 100
... Focusing determiner 101, Stage controller 82, 9
2, 83, 93, 84, 94 ... contrast calculator,
200: transmissive liquid crystal display, 202: switching circuit, 20
1,830 ... switch, 131,840,940 ... T
V camera, 120… Ring light guide

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−100304(JP,A) 特開 昭63−100311(JP,A) 特開 平2−293606(JP,A) 特開 昭62−31815(JP,A) 特開 平1−169344(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 11/00 - 11/30 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-63-100304 (JP, A) JP-A-63-100311 (JP, A) JP-A-2-293606 (JP, A) JP-A-62-100 31815 (JP, A) JP-A-1-169344 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01B 11/00-11/30

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料上にコントラスト検出用パターンと
遮光パターンを同時に投影するとともに照明光を併せて
照射し、該照明光による試料の画像としての検出に並行
して、試料上に投影された両パターンの像をそれぞれ検
出画像信号として検出し、前記コントラスト検出用パタ
ーンによる検出画像信号から、前記遮光パターンによる
検出画像信号を差引くことにより、照明光による試料の
反射光成分を含まないコントラスト検出用パターンに対
応する検出画像信号を得、該検出画像信号に基づいて試
料表面の合焦点位置からのずれ量が検出されるようにし
たことを特徴とする焦点位置検出方法。
1. A method for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern onto a sample and simultaneously irradiating the sample with illumination light. By detecting the image of the pattern as a detection image signal and subtracting the detection image signal by the light-shielding pattern from the detection image signal by the contrast detection pattern, a contrast detection signal that does not include the reflected light component of the sample due to the illumination light. A focus position detection method, wherein a detection image signal corresponding to a pattern is obtained, and a shift amount from a focus position on a sample surface is detected based on the detection image signal.
【請求項2】 相対的に移動する試料上にコントラスト
検出用パターンと遮光パターンを同時に投影するととも
に照明光を併せて照射し、該照明光による試料の画像と
しての検出に並行して、試料上に投影された両パターン
の像をそれぞれ検出画像信号として検出し、前記コント
ラスト検出用パターンによる検出画像信号から、前記遮
光パターンによる検出画像信号を差引くことにより、照
明光による試料の反射光成分を含まないコントラスト検
出用パターンに対応する検出画像信号を得、該検出画像
信号に基づいて試料表面の合焦点位置からのずれ量が検
出されるようにしたことを特徴とする焦点位置検出方
法。
2. A method for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern onto a relatively moving sample and simultaneously irradiating the sample with illumination light. By detecting the images of both patterns projected on the respective detection image signals, and subtracting the detection image signal by the light-shielding pattern from the detection image signal by the contrast detection pattern, the reflected light component of the sample due to the illumination light is subtracted. A focus position detecting method, wherein a detected image signal corresponding to a contrast detection pattern not included is obtained, and a shift amount from a focused position on a sample surface is detected based on the detected image signal.
【請求項3】 相対的に移動する試料上の同じ位置にコ
ントラスト検出用パターンと遮光パターンを同時に投影
するとともに照明光を併せて照射し、該照明光による試
料の画像としての検出に並行して、試料上に投影された
両パターンの像をそれぞれ検出画像信号として検出し、
前記コントラスト検出用パターンによる検出画像信号か
ら、前記遮光パターンによる検出画像信号を差引くこと
により、照明光による試料の反射光成分を含まないコン
トラスト検出用パターンに対応する検出画像信号を得、
該検出画像信号に基づいて試料表面の合焦点位置からの
ずれ量が検出されるようにしたことを特徴とする焦点位
置検出方法。
3. A method for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern onto the same position on a relatively moving sample and simultaneously irradiating illumination light with the contrast detection pattern and detecting the sample as an image of the sample using the illumination light. , The images of both patterns projected on the sample are respectively detected as detection image signals,
From the detection image signal by the contrast detection pattern, by subtracting the detection image signal by the light-shielding pattern, to obtain a detection image signal corresponding to the contrast detection pattern that does not include the reflected light component of the sample by the illumination light,
A focus position detecting method, wherein a shift amount from a focal point position on a sample surface is detected based on the detected image signal.
【請求項4】 前記試料上に少なくとも暗視野照明を施
すことを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の焦点
位置検出方法。
4. The focus position detecting method according to claim 1, wherein at least dark field illumination is performed on the sample.
【請求項5】 試料上にコントラスト検出用パターンと
遮光パターンを同時に投影する投影手段と、上記試料に
画像検出用照明光を併せて照射する手段と、前記試料上
に投影された両パターンの像をそれぞれ検出画像信号と
して検出する検出手段と、該検出手段によって検出され
たコントラスト検出用パターンによる検出画像信号か
ら、前記遮光パターンによる検出画像信号を差引くこと
により、照明光による試料の反射光成分を含まないコン
トラスト検出用パターンに対応する検出画像信号を得る
検出画像信号抽出手段と、該検出画像信号抽出手段から
得られる検出画像信号に基づいて試料表面の合焦点位置
からのずれ量を検出する合焦点検出手段と、上記ずれ量
の検出に並行して、照明光により試料を画像として検出
する手段とを備えたことを特徴とする焦点位置検出装
置。
5. A projection means for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light shielding pattern on a sample, a means for simultaneously irradiating the sample with illumination light for image detection, and an image of both patterns projected on the sample. And a detection light signal of the sample due to the illumination light by subtracting the detection image signal of the light shielding pattern from the detection image signal of the contrast detection pattern detected by the detection means. Detection image signal extraction means for obtaining a detection image signal corresponding to a contrast detection pattern which does not include a pattern, and detecting a shift amount of the sample surface from the focal point based on the detection image signal obtained from the detection image signal extraction means. Focus detection means and means for detecting the sample as an image using illumination light in parallel with the detection of the above-mentioned shift amount are provided. And a focus position detecting device.
【請求項6】 相対的に試料を移動させる移動手段と、
該移動手段によって移動する試料上にコントラスト検出
用パターンと遮光パターンを同時に投影する投影手段
と、上記試料に画像検出用照明光を併せて照射する手段
と、前記試料上に投影された両パターンの像をそれぞれ
検出画像信号として検出する検出手段と、該検出手段に
よって検出されたコントラスト検出用パターンによる検
出画像信号から、前記遮光パターンによる検出画像信号
を差引くことにより、照明光による試料の反射光成分を
含まないコントラスト検出用パターンに対応する検出画
像信号を得る検出画像信号抽出手段と、該検出画像信号
抽出手段から得られる検出画像信号に基づいて試料表面
の合焦点位置からのずれ量を検出する合焦点検出手段
と、上記ずれ量の検出に並行して、照明光により試料を
画像として検出する手段とを備えたことを特徴とする焦
点位置検出装置。
6. A moving means for relatively moving a sample,
Projecting means for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern on a sample moved by the moving means, means for simultaneously irradiating the sample with illumination light for image detection, and a method for projecting the two patterns projected on the sample. Detecting means for detecting each image as a detected image signal, and subtracting the detected image signal by the light-shielding pattern from the detected image signal by the contrast detection pattern detected by the detecting means, so that the reflected light of the sample by the illumination light is obtained. Detection image signal extraction means for obtaining a detection image signal corresponding to a contrast detection pattern containing no component, and detecting a shift amount of the sample surface from the in-focus position based on the detection image signal obtained from the detection image signal extraction means A means for detecting a sample as an image with illumination light in parallel with the detection of the amount of deviation. Focal position detecting device characterized by comprising and.
【請求項7】 相対的に試料を移動させる移動手段と、
該移動手段によって移動する試料上の同じ位置にコント
ラスト検出用パターンと遮光パターンを同時に投影する
投影手段と、上記試料に画像検出用照明光を併せて照射
する手段と、前記試料上に投影された両パターンの像を
それぞれ検出画像信号として検出する検出手段と、該検
出手段によって検出されたコントラスト検出用パターン
による検出画像信号から、前記遮光パターンによる検出
画像信号を差引くことにより、照明光による試料の反射
光成分を含まないコントラスト検出用パターンに対応す
る検出画像信号を得る検出画像信号抽出手段と、該検出
画像信号抽出手段から得られる検出画像信号に基づいて
試料表面の合焦点位置からのずれ量を検出する合焦点検
出手段と、上記ずれ量の検出に並行して、照明光により
試料を画像として検出する手段とを備えたことを特徴と
する焦点位置検出装置。
7. A moving means for relatively moving a sample,
Projection means for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern on the same position on the sample moved by the movement means, means for simultaneously irradiating the sample with illumination light for image detection, and projection on the sample. Detecting means for detecting the images of both patterns as detected image signals, and subtracting the detected image signal by the light-shielding pattern from the detected image signal by the contrast detection pattern detected by the detecting means, thereby obtaining a sample by illumination light. Detection image signal extraction means for obtaining a detection image signal corresponding to a contrast detection pattern which does not include the reflected light component, and a deviation of the sample surface from the in-focus position based on the detection image signal obtained from the detection image signal extraction means Focus point detection means for detecting the amount, and in parallel with the detection of the above-mentioned shift amount, the sample is imaged by the illumination light. Focal position detecting device characterized by comprising a means for output.
【請求項8】 前記試料上に少なくとも暗視野照明を施
す照明手段を備えたことを特徴とする請求項5〜7の何
れかに記載の焦点位置検出装置。
8. The focus position detecting device according to claim 5, further comprising an illumination unit for performing at least dark field illumination on the sample.
【請求項9】 試料上にコントラスト検出用パターンと
遮光パターンを同時に投影する投影手段と、上記試料に
画像検出用照明光を併せて照射する手段と、前記試料上
に投影された両パターンの像をそれぞれ検出画像信号と
して検出する検出手段と、該検出手段によって検出され
たコントラスト検出用パターンによる検出画像信号か
ら、前記遮光パターンによる検出画像信号を差引くこと
により、照明光による試料の反射光成分を含まないコン
トラスト検出用パターンに対応する検出画像信号を得る
検出画像信号抽出手段と、該検出画像信号抽出手段から
得られる検出画像信号に基づいて試料表面の合焦点位置
からのずれ量を検出した上、試料表面を合焦点位置に移
動制御する合焦点制御手段と、上記ずれ量の検出に並行
して、照明光により試料表面に形成されている回路パタ
ーンの画像を検出する画像検出系と、該画像検出系から
検出される回路パターンの画像信号を基準の回路パター
ンと比較して欠陥判定する判定手段とを備えたことを特
徴とするパターン検査装置。
9. A projection means for simultaneously projecting a contrast detection pattern and a light-shielding pattern on a sample, a means for simultaneously irradiating the sample with illumination light for image detection, and images of both patterns projected on the sample. And a detection light signal of the sample due to the illumination light by subtracting the detection image signal of the light shielding pattern from the detection image signal of the contrast detection pattern detected by the detection means. Detection image signal extraction means for obtaining a detection image signal corresponding to a contrast detection pattern that does not include the detection image signal, and a shift amount of the sample surface from the in-focus position is detected based on the detection image signal obtained from the detection image signal extraction means. In addition, focusing control means for controlling the movement of the sample surface to the focusing position, and a test using illumination light in parallel with the detection of the above-mentioned shift amount. An image detection system that detects an image of a circuit pattern formed on the surface of the material, and a determination unit that determines a defect by comparing an image signal of the circuit pattern detected from the image detection system with a reference circuit pattern. A pattern inspection apparatus, characterized in that:
【請求項10】 前記試料上に少なくとも暗視野照明を
施す照明手段を備えたことを特徴とする請求項9記載の
パターン検査装置。
10. The pattern inspection apparatus according to claim 9, further comprising an illumination unit for performing at least dark field illumination on the sample.
【請求項11】 試料表面の焦点位置ずれを補正しなが
ら該試料を撮像する方法であって、照明光を試料に照射
し、該照明された前記試料を光学系を介して撮像し、該
撮像しているときに前記試料上に焦点位置ずれを検出す
るための、コントラスト検出用縞状パターンと遮光パタ
ーンとからなる光パターンを投影し、該投影した光パタ
ーンを検出し、該検出した光パターンの検出信号から前
記照明光の影響を除去することを、前記縞状パターンの
検出信号から前記遮光パターンの検出信号を差引くこと
により行い、該照明光の影響を除去した検出信号から前
記試料表面の前記光学系の合焦点位置からのずれ量を求
め、該求めたずれ量にもとづいて前記試料の合焦点位置
からのずれを補正することを特徴とする撮像方法。
11. A method for imaging a sample while correcting a focal position shift on the surface of the sample, the method comprising: irradiating the sample with illumination light; imaging the illuminated sample via an optical system; A contrast detection stripe pattern and a light shielding pattern for detecting a focal position shift on the sample when performing
Projecting a light pattern consisting of the light and light, detecting the projected light pattern, and removing the influence of the illumination light from a detection signal of the detected light pattern.
Subtracting the detection signal of the light shielding pattern from the detection signal
The amount of deviation from the in-focus position of the optical system on the sample surface is determined from the detection signal from which the influence of the illumination light has been removed, and the amount of deviation from the in-focus position of the sample is determined based on the obtained amount of deviation. An imaging method characterized by correcting.
【請求項12】 試料表面の焦点位置ずれを補正しなが
ら該試料を撮像する装置であって、試料に照明光を照射
する照射手段と、該照射手段により照明光が照射された
前記試料を光学系を介して撮像する撮像手段と、前記照
明光が照射された試料上に焦点位置ずれを検出するため
、コントラスト検出用縞状パターンと遮光パターンと
からなる光パターンを投影するパターン投影手段と、該
パターン投影手段から投影された光パターンを試料上か
ら検出するパターン検出手段と、該パターン検出手段で
検出された光パターンの検出信号から前記照明光の影響
を除去すべく、前記縞状パターンの検出信号から前記遮
光パターンの検出信号を差引いた、該照明光の影響を
除去した検出信号から前記試料表面の前記光学系の合焦
点位置からのずれ量を算出するずれ量算出手段と、該ず
れ量算出手段で算出されたずれ量にもとづいて前記試料
表面の合焦点位置からのずれを補正する補正手段とを備
えたことを特徴とする撮像装置。
12. An apparatus for capturing an image of a sample while correcting a focal position shift on the surface of the sample, comprising: irradiating means for irradiating the sample with illumination light; and optically irradiating the sample irradiated with the illumination light by the irradiation means. Imaging means for imaging through a system; and a contrast detection stripe pattern and a light shielding pattern for detecting a focal position shift on the sample irradiated with the illumination light.
A pattern projecting means for projecting a light pattern consisting of the pattern and the pattern detecting means for the light pattern projected from the projection means for detecting from the sample, the illumination light from the detection signal of the detected light pattern by said pattern detecting means In order to remove the effect of the above, the shielding signal is used to detect
After subtracting the light pattern detection signal, the effect of the illumination light
A shift amount calculating means for calculating a shift amount of the sample surface from the in-focus position of the optical system from the removed detection signal ; and a focus position of the sample surface based on the shift amount calculated by the shift amount calculating means. An image pickup apparatus comprising: a correction unit configured to correct a deviation from the position.
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