JP3279815B2 - Displacement / tilt detection method and automatic focusing device using the same - Google Patents

Displacement / tilt detection method and automatic focusing device using the same

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JP3279815B2
JP3279815B2 JP12516294A JP12516294A JP3279815B2 JP 3279815 B2 JP3279815 B2 JP 3279815B2 JP 12516294 A JP12516294 A JP 12516294A JP 12516294 A JP12516294 A JP 12516294A JP 3279815 B2 JP3279815 B2 JP 3279815B2
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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、試料の変位・傾きの検
出装置およびそれを用いた自動焦点装置に係り、特に、
顕微鏡等を用いて試料の外観検査装置等に用いる変位・
傾き検出方法とそれを用いた自動焦点装置に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for detecting the displacement and inclination of a sample and an automatic focusing device using the same.
Displacement used in a sample appearance inspection device using a microscope, etc.
The present invention relates to a tilt detection method and an automatic focusing device using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来においては、一般的に基板等に形成
した薄膜パタ−ン等の外観検査は、微細なパタ−ンであ
るため、顕微鏡等を用いて拡大投影した像を検出し、検
査が行われていた。顕微鏡は、照明光の波長λと対物レ
ンズの開口数(以下、NAという)とより焦点深度ΔZ
が求まり、この範囲外に試料が設定されるといわゆるボ
ケた像を検出することになる。焦点深度ΔZは、下記の
(1)式にて表される。
2. Description of the Related Art Conventionally, since the appearance inspection of a thin film pattern or the like formed on a substrate or the like is generally a fine pattern, an enlarged and projected image is detected using a microscope or the like, and the inspection is performed. Had been done. The microscope has a wavelength λ of the illumination light, a numerical aperture (hereinafter, referred to as NA) of the objective lens, and a depth of focus ΔZ.
Is determined, and if the sample is set outside this range, a so-called blurred image will be detected. The depth of focus ΔZ is represented by the following equation (1).

【数1】 (Equation 1)

【0003】ここで、試料表面を対物レンズの合焦点位
置に設定できないために生じた従来技術の変位・傾き検
出方法の検出誤差を図12を参照して説明する。図12
には、従来技術による変位・傾き検出方法の光学系の説
明図である。図12において、1a、は試料表面、1b
は試料表面の低反射率部、45は、高さ検出用の光電変
換素子、70は入射光、70′は入射光の光強度分布、
80は反射光、80′は反射光80の光強度分布、84
は、試料表面がZ方向に移動後の反射光、84aは反射
光84の光強度分布、Iは光強度、θは光の入射角、z
はZ方向の移動距離である。
Here, a description will be given, with reference to FIG. 12, of a detection error of the conventional displacement / tilt detection method caused by the inability to set the sample surface at the focal point of the objective lens. FIG.
FIG. 2 is an explanatory diagram of an optical system of a displacement / tilt detection method according to the related art. In FIG. 12, 1a is the sample surface, 1b
Is a low reflectance portion of the sample surface, 45 is a photoelectric conversion element for detecting height, 70 is incident light, 70 'is a light intensity distribution of incident light,
80 is the reflected light, 80 'is the light intensity distribution of the reflected light 80, 84
Is the reflected light after the sample surface has moved in the Z direction, 84a is the light intensity distribution of the reflected light 84, I is the light intensity, θ is the incident angle of light, z
Is the moving distance in the Z direction.

【0004】図12において、光強度Iが図示の70′
の如く分布している照明光70が入射角θにて試料表面
1aを照明した場合、試料表面1aが均一な反射率であ
ると、反射光80も入射光70と同様、光強度Iが図示
の80′の如き分布となる。いま、試料をZ方向に下降
させた場合に、光の反射する位置の表面には、低反射率
部1bが含まれるものとする。この場合、前記反射光8
4の光強度分布84aは、前記低反射率部1bでは低く
なり、他部では相対的に高くなる。このため、高さ検出
用の光電変換素子45で検出される像は非対称となる。
In FIG. 12, the light intensity I is 70 '
When the illumination light 70 illuminating the sample surface 1a at an incident angle θ, the reflected light 80 has the same light intensity I as the incident light 70 when the sample surface 1a has a uniform reflectance. Of 80 '. Now, when the sample is lowered in the Z direction, it is assumed that the surface at the position where light is reflected includes the low reflectance portion 1b. In this case, the reflected light 8
The light intensity distribution 84a of No. 4 is low in the low reflectance portion 1b and relatively high in other portions. Therefore, the image detected by the height detecting photoelectric conversion element 45 is asymmetric.

【0005】したがって、試料表面1aが下降する前後
の像間隔は、2zsinθであるにもかかわらず、前記
低反射率部1bにまたがる反射光84の光強度分布84
aが、その重心位置をΔzだけシフトしたため、その検
出される像の間隔は、2zsinθ−Δzとなる。
Therefore, despite the image interval before and after the sample surface 1a descends is 2z sin θ, the light intensity distribution 84 of the reflected light 84 over the low reflectance portion 1b
Since a has shifted its center of gravity by Δz, the interval between the detected images is 2z sin θ−Δz.

【0006】前記Δzが試料表面1aの位置検出誤差と
なり、合焦点位置において試料表面1aに反射率の異な
るパタ−ンがあると、前記試料表面1aを対物レンズ5
4の合焦点位置に設定できなかった。このため、ボケた
像が検出されると、試料の外観検査精度が損われるおそ
れがあり、したがって、焦点深度内に試料を設定する手
段が不可欠であった。
The aforementioned Δz becomes a position detection error of the sample surface 1a. If there is a pattern having a different reflectance on the sample surface 1a at the focal point, the sample surface 1a is moved to the objective lens 5
4 could not be set. For this reason, if a blurred image is detected, there is a possibility that the appearance inspection accuracy of the sample may be impaired. Therefore, means for setting the sample within the depth of focus has been indispensable.

【0007】そこで、試料に対して傾き角をもたせ、斜
方から照明し、試料上における反射光の反射位置を光電
変換素子で検出することにより、試料の高さを自動的に
検出し、前記試料を焦点深度内に設定する技術がある。
また、顕微鏡の合焦点面に対して試料が傾いていると、
前記試料が焦点深度内に設定されていたとしても、その
周辺部等では焦点深度から外れている可能性があり、こ
の部分でもボケた像が検出される。このためにも、試料
の外観検査精度が損なわれるおそれがあり、合焦点面と
試料表面との傾きの検出手段も不可欠となる。
Therefore, the height of the sample is automatically detected by giving a tilt angle to the sample, illuminating the sample from an oblique direction, and detecting the reflection position of the reflected light on the sample by the photoelectric conversion element. There is a technique for setting a sample within a depth of focus.
Also, if the sample is tilted with respect to the focal plane of the microscope,
Even if the sample is set within the depth of focus, there is a possibility that the sample is out of the depth of focus in a peripheral portion or the like, and a blurred image is also detected in this portion. For this reason, the appearance inspection accuracy of the sample may be impaired, and a means for detecting the inclination between the focal plane and the sample surface is indispensable.

【0008】そこで、試料に対して斜方から照明し、試
料上で反射した光の反射角を光電変換素子で検出するこ
とにより前記試料の傾きを検出し、合焦点面と試料表面
との傾きをなくし、自動的に試料を焦点深度内に設定す
る技術がある。その一例として、特開平1−13840
3号公報記載の技術がある。前記技術においては、コヒ
−レント光を照明に用いて、変位検出光学系と傾き検出
光学系とを独立させて構成し、試料の変位と傾きとを独
立して同時に測定可能としているところに優れた特徴が
ある。
Therefore, the sample is illuminated obliquely, and the tilt angle of the sample is detected by detecting the reflection angle of the light reflected on the sample by a photoelectric conversion element. There is a technique for automatically setting the sample within the depth of focus. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No.
There is a technique described in Japanese Patent Publication No. 3 (JP-A) No. 3 (1994). The above technique is excellent in that the displacement detection optical system and the tilt detection optical system are configured independently by using coherent light for illumination, and the displacement and tilt of the sample can be measured independently and simultaneously. There are features.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の変位測
定方法は、照明光が試料上で反射する位置において、前
記試料上に反射率の異なるパタ−ンが形成されている
と、光電変換素子で検出される像は、試料上で反射した
位置の反射率に対応した強度分布となる。このため、検
出される像は、反射した位置の反射率によって強度分布
が非対称になり、光束の中心位置と波形の中心位置とが
異なる。この中心位置のずれ量が変位検出誤差となり、
焦点合わせ精度を悪くする大きな要因となるという問題
があった。
SUMMARY OF THE INVENTION The above-mentioned prior art displacement measuring method is characterized in that, at a position where illumination light is reflected on a sample, a pattern having a different reflectivity is formed on the sample. Has an intensity distribution corresponding to the reflectance at the position reflected on the sample. Therefore, the intensity distribution of the detected image becomes asymmetric depending on the reflectance at the reflected position, and the center position of the light beam and the center position of the waveform are different. The shift amount of this center position becomes a displacement detection error,
There is a problem that it becomes a major factor that deteriorates the focusing accuracy.

【0010】また、試料上に透明な薄膜が形成されてい
たりすると、前記薄膜の上面で反射した光と、透過して
下地層で反射した光の両方が光電変換素子に到達するた
め、二つの像がずれて重なった像になるため、波形の対
称性を一段と損なう要因なるという問題があった。
Further, when a transparent thin film is formed on a sample, both light reflected on the upper surface of the thin film and light transmitted and reflected on the underlying layer reach the photoelectric conversion element. Since the images are shifted and overlapped, there is a problem that the symmetry of the waveform is further impaired.

【0011】また、コヒ−レント光を照明光として用い
ているため、試料上に透明な薄膜が形成されていたりす
ると、前記薄膜内で多重干渉を強く起こし、波形の対称
性を損なう要因となる。さらに、変位検出光学系と傾き
検出光学系を独立させて構成させているため、前記光学
系が複雑になり装置のコストが高くなるという問題があ
った。
In addition, since coherent light is used as illumination light, if a transparent thin film is formed on a sample, multiple interference will occur strongly in the thin film, causing a loss of waveform symmetry. . Furthermore, since the displacement detection optical system and the tilt detection optical system are configured independently, there has been a problem that the optical system becomes complicated and the cost of the apparatus increases.

【0012】本発明の目的は、上記従来技術の課題を全
て解決すべくなされたもので、試料上に形成された反射
率の異なるパタ−ン上で照明光が反射しても、検出され
る像の非対称性を防止し、かつ透明な薄膜表面と下地と
の境界面の反射による像のずれおよび透明な薄膜内の多
重干渉による像の非対称性を低減することにより、変位
検出精度を向上させ、さらに、変位検出光学系と傾き検
出光学系を共有することにより、低コストの変位・傾き
検出方法とそれを用いた自動焦点装置を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve all of the above-mentioned problems of the prior art, and even if illumination light is reflected on patterns formed on a sample and having different reflectivities, the detection is performed. Improves displacement detection accuracy by preventing image asymmetry and reducing image shift due to reflection at the interface between the transparent thin film surface and the substrate and image interference due to multiple interference in the transparent thin film. Another object of the present invention is to provide a low-cost displacement / tilt detection method and an automatic focusing apparatus using the same by sharing the displacement detection optical system and the tilt detection optical system.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る変位・傾き検出方法の構成は、試料の
法線に対して傾き角で当該試料を照明する照明手段と、
前記試料からの反射光を投影する投影手段と、前記投影
された試料像を検出する検出手段とを具備する前記試料
の変位・傾き検出方法において、前記投影手段は、前記
の反射光の光軸上にレンズを設け、前記レンズの前焦点
位置を前記試料上の反射位置とし、前記レンズの後焦点
位置にミラーを設け、前記反射光をミラーにより反転さ
せて折り返し、ふたたび前記試料上に投影し、前記検出
手段は、前記反射位置と光学的に共役な位置に配設した
光電変換素子により前記試料上の斜方投影像を検出する
ように構成したことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, a displacement / tilt detecting method according to the present invention comprises: an illuminating means for illuminating a sample at a tilt angle with respect to a normal to the sample;
In the method for detecting displacement / tilt of a sample, comprising: a projecting unit that projects reflected light from the sample, and a detecting unit that detects the projected sample image, the projecting unit includes an optical axis of the reflected light. A lens is provided on the top, a front focal position of the lens is a reflection position on the sample, a mirror is provided at a rear focus position of the lens, the reflected light is inverted by a mirror, turned back, and projected on the sample again. The detection means is configured to detect an oblique projection image on the sample by a photoelectric conversion element disposed at a position optically conjugate with the reflection position.

【0014】また、本発明に係る変位・傾き検出方法の
他の構成は、試料の法線に対して傾き角で当該試料を照
明する照明手段と、前記試料からの反射光を投影する投
影手段とを具備する前記試料の変位・傾き検出方法にお
いて、前記投影手段は、前記反射光の光軸上に凹面鏡を
設け、前記凹面鏡の焦点距離の二倍の位置が前記試料上
の反射位置となるように構成したことを特徴とする。
Further, another configuration of the displacement / tilt detecting method according to the present invention includes an illuminating means for illuminating the sample at an angle of inclination with respect to a normal line of the sample, and a projecting means for projecting reflected light from the sample. In the method for detecting displacement / inclination of a sample, the projection means includes a concave mirror on the optical axis of the reflected light, and a position twice as long as the focal length of the concave mirror is a reflection position on the sample. It is characterized by having such a configuration.

【0015】前項記載のいずれかの変位・傾き検出方法
において、前記照明手段は、矩形状の開口部を設けたス
リットパタ−ンを前記反射位置と光学的に共役な位置に
配置し、前記試料上に投影する前記スリット像が当該試
料表面と平行になるように構成したことを特徴とする。
前項記載の変位検出・傾き方法において、前記照明手段
は、前記スリットパタ−ンをテレセントリック光学系に
より前記試料上に投影するように構成したことを特徴と
する。
In any one of the displacement / tilt detection methods described in the preceding paragraph, the illuminating means arranges a slit pattern provided with a rectangular opening at a position optically conjugate with the reflection position, and The slit image projected onto the sample is configured to be parallel to the sample surface.
In the displacement detecting / tilting method described in the preceding paragraph, the illumination means is configured to project the slit pattern onto the sample by a telecentric optical system.

【0016】また、本発明に係る変位・傾き検出方法の
さらに他の構成は、試料の法線に対して傾き角で当該試
料を照明する照明手段と、前記試料からの反射光を投影
する投影手段と、前記投影された試料像を検出する検出
手段とを具備する前記試料の変位・傾き検出方法におい
て、前記投影手段は、前記試料からの反射光の光軸上に
レンズを設け、前記レンズの前焦点位置を前記試料上の
反射位置とし、前記レンズの後焦点位置に半透明ミラー
を設け、前記反射光の一部を半透明ミラーにより反転さ
せて折り返し、ふたたび前記試料上に投影し、前記反射
光の他の一部を前記半透明ミラーを透過させ、前記レン
ズにより光電変換素子に投影し、前記検出手段は、前記
傾き角をもつ照明光の反射角を検出するように構成した
ことを特徴とする。
Further, still another configuration of the displacement / tilt detection method according to the present invention includes an illuminating means for illuminating the sample at an angle of inclination with respect to a normal line of the sample, and a projection for projecting reflected light from the sample. Means for detecting the displacement / inclination of the sample, comprising: a lens on the optical axis of the reflected light from the sample; and The front focal position is a reflection position on the sample, a semi-transparent mirror is provided at the rear focal position of the lens, a part of the reflected light is turned over by a semi-transparent mirror, turned back, and projected again on the sample, Another part of the reflected light is transmitted through the translucent mirror, projected on a photoelectric conversion element by the lens, and the detecting means is configured to detect a reflection angle of the illumination light having the tilt angle. Characterized by

【0017】前項記載のいずれかの変位・傾き検出方法
において、前記照明手段は、P偏光成分の照明光を用
い、その入射角を前記試料のブリュ−スタ−角に設定す
るように構成したことを特徴とする。前項記載のいずれ
かの変位・傾き検出方法において、前記照明手段は、十
字状の開口部を設けたスリットパタ−ンを試料上の反射
位置と光学的に共役な位置に配設し、前記検出手段は、
一と他の一との検出部からなり、前記一の検出部には、
前記試料上に投影させる前記スリットパタ−ンの像が当
該試料の表面と平行になるように前記半透明鏡により反
射させて導き、前記他の一の検出部には前記半透明鏡の
反射光と直交する方向の光を透過させ導くように構成と
したことを特徴とする。
In the displacement / tilt detecting method according to any one of the preceding items, the illuminating means is configured to use illuminating light of a P-polarized component and set the incident angle to the Brewster angle of the sample. It is characterized by. In the displacement / tilt detecting method according to any one of the preceding items, the illuminating means includes a slit pattern having a cross-shaped opening disposed at a position optically conjugate with a reflection position on the sample. Is
Consisting of one and the other detection unit, the one detection unit,
The image of the slit pattern projected onto the sample is reflected and guided by the translucent mirror so that the image of the slit pattern is parallel to the surface of the sample. It is characterized in that it is configured to transmit and guide light in orthogonal directions.

【0018】前項記載の変位・傾き検出方法において、
前記照明手段の十字状の開口部を形成したスリットパタ
−ンは、その一辺をP偏光、前記一辺に直交する他の一
辺をS偏光成分の光が透過する偏光板とし、前記一の検
出部および他の一の検出検出部に導く光を前記偏光板に
より選択するように構成したことを特徴とする。前項記
載のいずれかの試料の変位・傾き検出方法において、前
記照明手段は、その照明光を波長幅の広いインコヒ−レ
ント光を用いたことを特徴とする。
In the displacement / tilt detection method described in the preceding paragraph,
The slit pattern having a cross-shaped opening of the illuminating means is a polarizing plate that transmits one side of P-polarized light and another side perpendicular to the one side of S-polarized light, and the one detecting unit and It is characterized in that light guided to another detection detection unit is selected by the polarizing plate. In any of the sample displacement / tilt detection methods described in the preceding paragraph, the illumination means uses incoherent light having a wide wavelength width as the illumination light.

【0019】本発明に係る変位・傾き検出方法を用いる
ことを特徴とする自動焦点装置の構成は、試料の法線に
対して傾き角で当該試料を照明する照明手段と、前記試
料からの反射光を投影する投影手段と、前記投影された
試料像を検出する検出手段とを具備し、前記試料の変位
・傾きの検出して、焦点を整合させる自動焦点装置にお
いて、前記試料の変位・傾きの検出に、上記いずれかの
変位・傾きの検出方法を用いることを特徴とする。
An automatic focusing apparatus characterized by using the displacement / tilt detection method according to the present invention comprises: an illuminating means for illuminating the sample at a tilt angle with respect to a normal line of the sample; An autofocusing device for projecting light and detecting means for detecting the projected sample image, detecting displacement / inclination of the sample, and adjusting focus; It is characterized in that any one of the above-described displacement / inclination detection methods is used for the detection of.

【0020】[0020]

【作用】上記各技術手段の働きは次ぎのとおりである。
本発明の構成によれば、試料を斜方照明し、レンズとミ
ラにより、鏡試料上から反射した光を反転させて折り返
し、再び試料上で光を反射させるので、前記試料上を反
射する光が往路と復路とでは共役であり、かつ反転する
ため、その像は必ず対称となり、像の重心位置も試料の
反射率のよらず一定にできる。また、二度反射した試料
上の位置と光学的に共役な位置に光電変換素子を配置さ
せてあるので、試料上に反射率の異なるパタ−ンが形成
されていたとしても、像は対称性を損なわれない。さら
に、試料上に透明な薄膜が形成されていたとしても、薄
膜内で生じる多重干渉の影響が対称的に生じるため、像
の対称性は損なわれない。
The function of each of the above technical means is as follows.
According to the configuration of the present invention, the sample is obliquely illuminated, the light reflected from the mirror sample is inverted and turned back by the lens and the mirror, and the light is reflected again on the sample. Is conjugate between the forward path and the return path and is inverted, so that the image is necessarily symmetric and the center of gravity of the image can be kept constant regardless of the reflectance of the sample. In addition, since the photoelectric conversion element is disposed at a position optically conjugate with the position on the sample that has been reflected twice, even if patterns with different reflectivities are formed on the sample, the image remains symmetric. Is not impaired. Furthermore, even if a transparent thin film is formed on the sample, the symmetry of the image is not impaired because the influence of multiple interference generated in the thin film occurs symmetrically.

【0021】また、前記レンズと鏡の変わりに凹面鏡を
設け、試料上の反射位置を前記凹面鏡の焦点距離の二倍
の位置となるようにすることにより、上記と同様の働き
を生ずる。また、本発明では、P偏光成分の照明光を用
いて入射角を試料のブリュ−スタ−角に設定することに
より、試料上に薄膜が形成されていたとしても、薄膜表
面にて反射する光はなく、全て薄膜の下地層で反射する
ため、前記薄膜の表面における振幅分割がなくなり、対
称性のある像を検出することができる。
The same function as described above is produced by providing a concave mirror instead of the lens and the mirror so that the reflection position on the sample is twice as long as the focal length of the concave mirror. Also, in the present invention, even if a thin film is formed on the sample, the light reflected on the surface of the thin film is set by setting the incident angle to the Brewster angle of the sample using the illumination light of the P-polarized component. However, since all of the light is reflected by the underlayer of the thin film, amplitude division on the surface of the thin film is eliminated, and a symmetric image can be detected.

【0022】また、本発明では、照明光に波長幅の広い
インコヒ−レント光を用いることにより干渉性を低下さ
せ、透明薄膜内の多重干渉により像が非対称になる影響
を低減させることができる。また、本発明では、光束の
折り返し鏡に半透明鏡を用いることにより、光を反射と
透過とに分割させ、反射させた光は試料上で再び反射
し、変位を検出する光路に導き、透過した光は、レンズ
により半透明鏡の像を傾き検出用の光電変換素子に拡大
して投影し、斜方照明光の反射角を検出する傾き検出光
路に導かれる。これにより、変位および傾き検出光学系
は、照明光学系と、折り返し光学系を共有させ、装置の
小型化、低コスト化が計れる。
Further, in the present invention, the use of incoherent light having a wide wavelength width as illumination light reduces coherence, thereby reducing the effect of an image becoming asymmetric due to multiple interference in the transparent thin film. Further, in the present invention, by using a translucent mirror as the turning mirror of the light beam, the light is divided into reflection and transmission, and the reflected light is reflected again on the sample, guided to an optical path for detecting displacement, and transmitted. The reflected light is enlarged and projected by a lens on the image of the translucent mirror onto a photoelectric conversion element for detecting tilt, and guided to a tilt detection optical path for detecting a reflection angle of the oblique illumination light. Accordingly, the displacement and tilt detection optical system shares the return optical system with the illumination optical system, and the size and cost of the device can be reduced.

【0023】また、顕微鏡等を用いて試料の表面形状等
を検査する自動焦点光学装置においては、焦点合わせ精
度が向上するため、焦点ボケによる検査性能の低下を起
こさせず、安定した検査をすることができる。また、検
査する欠陥寸法の微細化が進み、顕微鏡の焦点深度が浅
くなっても、高さと傾きを同一の光学系で検出できるた
め、顕微鏡の視野全面を前記焦点深度内に設定可能とな
り、焦点ボケによる検査結果の虚報率を低減でき、短時
間で安定した検査が可能となる。
In an automatic focusing optical apparatus for inspecting the surface shape and the like of a sample using a microscope or the like, since the focusing accuracy is improved, a stable inspection is performed without lowering the inspection performance due to defocusing. be able to. In addition, even if the defect size to be inspected becomes finer and the depth of focus of the microscope becomes shallow, the height and inclination can be detected by the same optical system, so that the entire field of view of the microscope can be set within the depth of focus. The false alarm rate of the inspection result due to blur can be reduced, and a stable inspection can be performed in a short time.

【0024】[0024]

【実施例】以下、本発明を図1ないし11を参照して説
明する。 〔実施例 1〕本実施例は、本発明の変位・傾き検出方
法を用いた自動焦点装置を備えた外観検査装置について
説明する。図1は、本発明の一実施例に係る変位および
傾き検出方法を用いた自動焦点装置を具備した外観検査
装置の説明図である。図中、図12と同一符号は、同等
部分であるので、詳細な説明は省略し、新たな符号のみ
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to FIGS. [Embodiment 1] In the present embodiment, a visual inspection apparatus equipped with an automatic focusing device using the displacement / tilt detection method of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of a visual inspection device provided with an automatic focusing device using a displacement and tilt detection method according to an embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 12 denote the same parts, and a detailed description thereof will be omitted.

【0025】図1において、1は、検査対象となる試
料、2は、試料1を吸着するチャック、3は、水平面を
回転移動するθステ−ジ、4は、上下方向に移動するZ
ステ−ジ、5は、水平面を二次元に移動するXYステ−
ジ、10は、自動焦点光学系(図中、二点鎖線にて示
す)、50は、外観検査光学系(図中、二点鎖線にて示
す)、55は試料結像用光電変換素子、60は、Zステ
−ジ4の移動距離演算部、100は、Zステ−ジを上下
に移動させるZステ−ジドライバ−である。なお、一点
鎖線は光路系、点線は電気系を示している。
In FIG. 1, 1 is a sample to be inspected, 2 is a chuck for sucking the sample 1, 3 is a θ stage that rotates and moves in a horizontal plane, and 4 is a Z that moves vertically.
Stage 5 is an XY stage that moves two-dimensionally on a horizontal plane.
Reference numeral 10 denotes an auto-focusing optical system (indicated by a two-dot chain line in the figure), 50 denotes an appearance inspection optical system (indicated by a two-dot chain line in the figure), 55 denotes a photoelectric conversion element for sample imaging, Reference numeral 60 denotes a movement distance calculation unit for the Z stage 4, and reference numeral 100 denotes a Z stage driver for moving the Z stage up and down. The dashed line indicates the optical path system, and the dotted line indicates the electric system.

【0026】さらに、前記自動焦点光学系10は、広波
長域光70を発する光源11と、前記広波長域光を平行
にするコリメ−タレンズ12と、前記平行光を透過させ
るスリット13と、前記スリット13の透過光を受光す
るハ−フミラ−14と、前記ハ−フミラ−14の透過光
を結像させる結像レンズ20と、試料1からの反射光8
0を受ける受光レンズ30と、前記レンズ30の透過光
を受光するミラ−35とから構成されている。
Further, the auto-focusing optical system 10 includes a light source 11 for emitting a wide wavelength band light 70, a collimator lens 12 for collimating the wide wavelength band light, a slit 13 for transmitting the parallel light, A half mirror 14 for receiving the light transmitted through the slit 13, an imaging lens 20 for forming an image of the transmitted light of the half mirror 14, and a reflected light 8 from the sample 1.
The light receiving lens 30 receives the light transmitted through the lens 30 and a mirror 35 that receives light transmitted through the lens 30.

【0027】外観検査光学系50は、照明光を発光する
光源51と、前記照明光を集光するコンデンサレンズ5
2と、前記集光された照明光を受けるハ−フミラ−53
と、前記ハ−フミラ−53の反射光を受ける対物レンズ
54と、前記ハ−フミラ−53の透過光を受光する試料
結像用光電変換素子55とから構成されている。当該外
観検査光学系50は、試料1の上方に構成されており、
いわゆる落射照明方式の光学系である。
The appearance inspection optical system 50 includes a light source 51 for emitting illumination light and a condenser lens 5 for condensing the illumination light.
2, a half mirror 53 receiving the collected illumination light.
And an objective lens 54 for receiving the reflected light of the half mirror 53, and a sample imaging photoelectric conversion element 55 for receiving the transmitted light of the half mirror 53. The appearance inspection optical system 50 is configured above the sample 1, and
This is a so-called epi-illumination type optical system.

【0028】また、検査対象となる試料1は、チャック
2に吸着されて固定されており、XYステ−ジ5、Zス
テ−ジ4、およびθステ−ジ3の上に載置されている。
Zステ−ジは、Zステ−ジドライバ−100により上下
に移動させられ、高さ検出用の光電素子45により移動
距離zが測定され、その移動距離zは移動距離演算部6
0にて演算される。なお、X、Y、Zは、それぞれ三次
元の運動方向を表している。
The sample 1 to be inspected is adsorbed and fixed on the chuck 2 and is placed on the XY stage 5, the Z stage 4, and the θ stage 3. .
The Z stage is moved up and down by the Z stage driver 100, and the moving distance z is measured by the height detecting photoelectric element 45. The moving distance z is calculated by the moving distance calculating unit 6.
It is calculated with 0. Note that X, Y, and Z each represent a three-dimensional movement direction.

【0029】次ぎに、本実施例に係る外観検査装置の動
作について説明する。まず、光源51を出射した照明光
は、コンデンサレンズ52により集光され、その一部
は、ハ−フミラ−53を反射して対物レンズ54に到達
し、試料1上にを落射照明する。前記試料1から反射、
回折、散乱した光は、ふたたび対物レンズ54に取り込
まれ、ハ−フミラ−54を透過して試料結像用光電変換
素子55に前記試料1の像を結像させる。
Next, the operation of the appearance inspection apparatus according to this embodiment will be described. First, the illumination light emitted from the light source 51 is condensed by a condenser lens 52, and a part of the light is reflected by a half mirror 53 to reach an objective lens 54, and illuminates the sample 1 by incident light. Reflection from the sample 1,
The diffracted and scattered light is again taken into the objective lens 54, passes through the half mirror 54, and forms the image of the sample 1 on the sample imaging photoelectric conversion element 55.

【0030】前記光電変換素子55に、TVカメラ等の
2次元センサが用いられている場合には、各ステ−ジ
は、いわゆるステップアンドリピ−トの運動が行われ、
全ステ−ジが停止した場合に、試料1の像を前記光電変
換素子55にて取り込まれる。なお、ステ−ジ5の移動
時にZ方向も変位する可能性があり、前記外観検査光学
系50の対物レンズ54にて定まる焦点深度から外れる
可能性がある。
When a two-dimensional sensor such as a TV camera is used as the photoelectric conversion element 55, each stage performs a so-called step-and-repeat movement.
When all the stages are stopped, the image of the sample 1 is captured by the photoelectric conversion element 55. When the stage 5 is moved, the stage 5 may be displaced in the Z direction, and may be out of the depth of focus determined by the objective lens 54 of the visual inspection optical system 50.

【0031】この場合、前記光電変換素子55により取
り込まれた試料1の結像は、ボケた像となるため、その
コントラストが低下し、微細な欠陥を検出することが不
可能となる。このため、外観検査精度の低下および正常
部を欠陥と判定する誤判定が多くなる。
In this case, since the image of the sample 1 taken in by the photoelectric conversion element 55 becomes a blurred image, the contrast is lowered, and it becomes impossible to detect a fine defect. For this reason, the appearance inspection accuracy is reduced, and erroneous determination of determining a normal portion as a defect is increased.

【0032】そこで、前記光電変換素子55により試料
1の結像を検出する前に、前記試料1の高さを検出する
自動焦点光学系10により、対物レンズ54の合焦点位
置に対する試料1の高さ方向のずれ量を求める。このず
れ量分だけ、前記Zステ−ジ4を上下させることにより
に、前記試料1の結像を取り込むときは、常に対物レン
ズ54の焦点深度内にこの試料1が位置決めされている
ようにする。
Therefore, before detecting the image of the sample 1 by the photoelectric conversion element 55, the height of the sample 1 with respect to the in-focus position of the objective lens 54 is determined by the automatic focusing optical system 10 for detecting the height of the sample 1. The shift amount in the vertical direction is obtained. When capturing an image of the sample 1 by moving the Z stage 4 up and down by this amount of displacement, the sample 1 is always positioned within the depth of focus of the objective lens 54. .

【0033】また、前記光電変換素子55が、一次元の
リニアセンサ等である場合は、XYステ−ジ5を定速移
動させながら像を取り込むため、常に自動焦点光学系1
0を用いて試料1の高さを検出し、前記試料1が対物レ
ンズ54の焦点深度から外れないように前記Zステ−ジ
4を上下させるようにする。自動焦点光学系10は、光
源11より広波長幅光70を発射し、コリメ−タレンズ
12により平行光となり、スリット13をいわゆるケ−
ラ−照明をする。
When the photoelectric conversion element 55 is a one-dimensional linear sensor or the like, the XY stage 5 is moved at a constant speed to capture an image.
The height of the sample 1 is detected by using 0, and the Z stage 4 is moved up and down so that the sample 1 does not deviate from the depth of focus of the objective lens 54. The auto-focusing optical system 10 emits a wide wavelength light 70 from a light source 11, becomes parallel light by a collimator lens 12, and forms a slit 13 with a so-called cage.
Light up the lights.

【0034】前記スリット13を透過した光は、結像レ
ンズ20により試料1上にスリット13の像を結像させ
る。試料1上からの反射光80は、該試料1上の反射位
置を前焦点位置と一致させた位置に配設した受光レンズ
30により同一反射角の光を当該レンズ30の後焦点位
置に配置したミラ−35の一点に集光させる。ミラ−3
5に到達した光は正反射し、再びレンズ35により試料
1上に反射する。
The light transmitted through the slit 13 forms an image of the slit 13 on the sample 1 by the imaging lens 20. As for the reflected light 80 from above the sample 1, light having the same reflection angle is arranged at the rear focal position of the lens 30 by the light receiving lens 30 disposed at a position where the reflection position on the sample 1 is matched with the front focal position. Light is condensed on one point of Mirror-35. Mira-3
The light that has reached 5 is specularly reflected, and is again reflected on the sample 1 by the lens 35.

【0035】このとき、試料1上の反射位置からこの受
光レンズ30の距離と、前記レンズ30からミラ−35
までの距離を前記受光レンズ30の焦点距離と一致させ
ることにより、往路と復路の光束は光軸対称に反転し、
かつ試料1上で反射するスリット像は共役である。試料
1上で2度反射した光束は、再び結像レンズ20に取り
込まれ、ハ−フミラ−14を反射し、拡大レンズ40が
高さ検出用の光電変換素子45上にスリット像を結像さ
せる。
At this time, the distance of the light receiving lens 30 from the reflection position on the sample 1 and the distance from the lens 30 to the mirror 35
By matching the distance to the focal length of the light receiving lens 30, the forward and backward light fluxes are inverted symmetrically with respect to the optical axis,
The slit image reflected on the sample 1 is conjugate. The light beam reflected twice on the sample 1 is taken into the imaging lens 20 again, reflected by the half mirror 14, and the magnifying lens 40 forms a slit image on the photoelectric conversion element 45 for height detection. .

【0036】従って、スリット13と、試料1上を反射
する往路、復路のスリット像および高さ検出用の光電変
換素子45の4ケ所は、相互に光学的に共役な位置関係
となり、前記光電変換素子45に到達した光の位置は、
試料1の高さ情報を含んでいるため、この光電変換素子
45に到達したスリット位置によりZ方向の位置を検出
することができる。
Accordingly, the four locations of the slit 13 and the forward and backward slit images reflecting on the sample 1 and the photoelectric conversion element 45 for detecting the height have an optically conjugate positional relationship with each other. The position of the light reaching the element 45 is
Since the height information of the sample 1 is included, the position in the Z direction can be detected from the slit position reaching the photoelectric conversion element 45.

【0037】前記検出したZ方向の位置と、対物レンズ
54の合焦点位置の距離、いわゆるデフォ−カス量とか
らZステ−ジの移動距離をZステ−ジ移動距離演算部6
0で求め、Zステ−ジドライバ100に命令を送ってZ
ステ−ジ4を駆動させる。これにより、前記試料1の表
面は、常に対物レンズ54の焦点深度内に位置し、焦点
の合った試料1の結像が前記試料結像用光電変換素子5
5で検出できる。
From the distance between the detected position in the Z direction and the in-focus position of the objective lens 54, that is, the so-called defocus amount, the moving distance of the Z stage is calculated by a Z-stage moving distance calculating section 6.
0, and sends a command to the Z stage driver 100 to
The stage 4 is driven. As a result, the surface of the sample 1 is always located within the depth of focus of the objective lens 54, and the focused image of the sample 1 is focused on the photoelectric conversion element 5 for sample imaging.
5 can be detected.

【0038】次ぎに、図2を参照して変位・傾きの検出
方法におけるZ方向位置検出を詳細に説明する。図2
は、図1の実施例に係る変位・傾きの検出方法における
Z方向の位置検出説明図である。図2は、図1における
試料1の表面部が拡大されたものである。図2におい
て、1aは試料表面、70はスリット13を通過した照
射光、80は試料表面1aの反射光、85は移動後の試
料表面1aよりの反射光、θは照射光70の入射角、z
はZ方向の移動距離である。
Next, the Z-direction position detection in the displacement / inclination detection method will be described in detail with reference to FIG. FIG.
FIG. 3 is an explanatory diagram of position detection in the Z direction in the displacement / inclination detection method according to the embodiment of FIG. 1. FIG. 2 is an enlarged view of the surface portion of the sample 1 in FIG. In FIG. 2, 1a is the sample surface, 70 is the irradiation light passing through the slit 13, 80 is the reflected light from the sample surface 1a, 85 is the reflected light from the sample surface 1a after moving, θ is the incident angle of the irradiation light 70, z
Is the moving distance in the Z direction.

【0039】試料表面1aに投射されるスリット13を
通過した照射光70は、入射角θで試料表面1aを照明
する。このとき、前記試料表面1a上で反射した反射光
80と、当該試料表面1aがZ方向にzだけ移動し、移
動後の試料表面1aよりの反射光85との間隔とが2z
sinθとなる。前記試料表面1aが、Z方向に下降し
たときの下降前後における自動焦点光学系10の高さ検
出用光電変換素子45に到達する光の間隔は、2zsi
nθに拡大レンズ40で拡大した倍率を掛けた距離とな
る。
The irradiation light 70 passing through the slit 13 projected on the sample surface 1a illuminates the sample surface 1a at an incident angle θ. At this time, the interval between the reflected light 80 reflected on the sample surface 1a and the reflected light 85 from the sample surface 1a after the movement of the sample surface 1a by z in the Z direction is 2z.
sin θ. The distance between the light reaching the height detecting photoelectric conversion element 45 of the automatic focusing optical system 10 before and after the sample surface 1a descends in the Z direction is 2zsi.
The distance is obtained by multiplying nθ by the magnification magnified by the magnifying lens 40.

【0040】したがって、前記試料表面1aのZ方向の
移動と前記光電変換素子45上の像の移動とは、リニア
な関係となる。ここで、図1に示す対物レンズ54の合
焦点位置をキャリブレ−ションしておけば、前記試料表
面1aのデフォ−カス量が得られる。なお、説明の簡単
にするため、往路の光線のみについて説明したが、光線
が往復しても上記の関係は同一である。
Therefore, the movement of the sample surface 1a in the Z direction and the movement of the image on the photoelectric conversion element 45 have a linear relationship. Here, if the focal position of the objective lens 54 shown in FIG. 1 is calibrated, the defocus amount of the sample surface 1a can be obtained. Note that, for simplicity of description, only the outward rays are described, but the above relationship is the same even if the rays reciprocate.

【0041】次ぎに、本発明に係る変位・傾き検出方法
の投影手段において、再度光を反転させる特徴を詳細に
説明する。図3は、図1の実施例に係る変位・傾き検出
方法の自動焦点光学系の一部拡大図である。図3は、図
1の実施例に係る変位・傾き検出方法の自動焦点光学系
の折り返し光学系説明図である。図中、図1、12と同
一符号は、同等部分であるので、詳細な説明を省略す
る。新たな符号のみを説明する。83は往路反射光、8
3aは、往路反射光の光強度I分布、85は復路反射
光、85aは、復路反射光の光強度I分布、fは受光レ
ンズ30の焦点距離である。
Next, the feature of inverting light again in the projection means of the displacement / tilt detection method according to the present invention will be described in detail. FIG. 3 is a partially enlarged view of the automatic focusing optical system of the displacement / tilt detection method according to the embodiment of FIG. FIG. 3 is an explanatory view of the folding optical system of the automatic focusing optical system in the displacement / tilt detection method according to the embodiment of FIG. In the drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 12 denote the same parts, and a detailed description thereof will be omitted. Only new codes will be described. 83 is the outward reflected light, 8
3a is the light intensity I distribution of the outward reflection light, 85 is the return reflection light, 85a is the light intensity I distribution of the return reflection light, and f is the focal length of the light receiving lens 30.

【0042】図3に示す如く、照射光70は、光強度I
が、図示の70aの分布を持ち試料表面1aを照明し、
反射位置に低反射率部1bが存在し、反射光のうち往路
反射光83は、試料表面1aの反射率に応じて、光強度
Iが図示の83aの分布となる。ミラ−35および受光
レンズ30の働きにより、前記往路反射光83の光束が
反転して折り返すと、非対象分布の位相が逆となり、相
互に補償し合うことになる。このため、高さ検出用光電
変換素子45により検出される復路反射光85の光強度
Iの分布85aは対称となり、前記試料表面1aの反射
率の変化に起因した位置検出誤差Δzは、補正される。
As shown in FIG. 3, the irradiation light 70 has a light intensity I
Illuminates the sample surface 1a with the distribution 70a shown,
The low-reflectance portion 1b is present at the reflection position, and the outgoing-path reflected light 83 of the reflected light has a light intensity I having a distribution of 83a in the drawing according to the reflectance of the sample surface 1a. When the light flux of the outward reflected light 83 is reversed and turned back by the action of the mirror 35 and the light receiving lens 30, the phases of the asymmetric distributions are reversed, and they compensate each other. For this reason, the distribution 85a of the light intensity I of the return path reflected light 85 detected by the height detecting photoelectric conversion element 45 becomes symmetric, and the position detection error Δz caused by the change in the reflectance of the sample surface 1a is corrected. You.

【0043】これは、前記受光レンズ30の焦点距離f
のと一致する位置、前焦点位置に前記試料表面1aを配
置し、後焦点位置にミラ−35を配置したことにより一
度、試料表面1a上に投影されたスリット像が反射し
て、軸対称に像が反転し、ふたたび試料表面1a上に投
影されることを利用したものである。このようにして、
光の中心と像の中心とが一致し、像が対象となり、変位
検出誤差をなくすることができる。
This is because the focal length f of the light receiving lens 30 is
By arranging the sample surface 1a at the front focal position and the mirror 35 at the rear focal position, the slit image once projected on the sample surface 1a is reflected and axially symmetric. This is based on the fact that the image is inverted and is projected again on the sample surface 1a. In this way,
The center of the light coincides with the center of the image, the image is targeted, and a displacement detection error can be eliminated.

【0044】〔実施例 2〕次ぎに、本発明の他の実施
例を図4を参照して説明する。図4は、本発明の他の実
施例に係る変位・傾き検出方法の自動焦点光学系の折り
返し光学系説明図である。図4に示す変位・傾き検出方
法の折り返し光学系は、光を受光レンズ30とミラ−3
5の代わりに凹面鏡を用いて折り返すものである。図
中、図1、3と同一符号は同等部分であるので説明は省
略し、新たな符号のみ説明する。16は、第一のテレセ
ントリックレンズ、17は、第二のテレセントリックレ
ンズ、33は凹面鏡、f4は凹面鏡の焦点距離である。
Embodiment 2 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory view of a folding optical system of an automatic focusing optical system in a displacement / tilt detecting method according to another embodiment of the present invention. The return optical system of the displacement / tilt detection method shown in FIG.
5 is folded using a concave mirror instead of 5. In the drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 3 denote the same parts, and a description thereof will not be repeated. 16, the first telecentric lens, 17, the second telecentric lens, 33 is a concave mirror, f 4 is the focal length of the concave mirror.

【0045】図4において、試料表面1a上に、光強度
Iが図示の70aの分布を持つ照明光70を第一、第二
のテレセントリックレンズ16および17を用いて、い
わゆるテレセントリックに照明した場合、試料表面1a
の反射位置から2f4の位置に凹面鏡33を配置する。
このとき、前記凹面鏡33の反射光は、光束を反転させ
て、ふたたび試料上を反射し、拡大レンズ40により前
記光電変換素子45上に拡大投影される。この場合も試
料表面1a上に投影されたスリット像が反射して、軸対
称に像が反転し、再び試料表面1a上に投影されるた
め、前記光電変換素子45では、前記試料表面1aの反
射率に関係なく対称なスリット像が得られる。
In FIG. 4, when the illumination light 70 having a light intensity I having a distribution of 70a shown in the drawing is illuminated on the sample surface 1a in a so-called telecentric manner using the first and second telecentric lenses 16 and 17, Sample surface 1a
The concave mirror 33 is arranged at a position 2f 4 from the reflection position of the above.
At this time, the reflected light of the concave mirror 33 reverses the light flux, reflects again on the sample, and is enlarged and projected on the photoelectric conversion element 45 by the magnifying lens 40. Also in this case, the slit image projected on the sample surface 1a is reflected, the image is inverted symmetrically with respect to the axis, and projected again on the sample surface 1a. A symmetrical slit image can be obtained regardless of the ratio.

【0046】〔実施例 3〕次ぎに、本発明のさらに他
の実施例を図5を参照して説明する。図5は、本発明の
さらに他の実施例に係る変位・傾き検出方法の自動焦点
光学系の折り返し光学系説明図である。図中、図中、図
1、3、4と同一符号は同等部分であるので説明は省略
する。f1は、第一のテレセントリックレンズ16の焦
点距離、f2は、第二のテレセントリックレンズ17の
焦点距離、f3は、受光レンズ30の焦点距離である。
Embodiment 3 Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 is an explanatory view of a folding optical system of an automatic focusing optical system in a displacement / tilt detecting method according to still another embodiment of the present invention. In the drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 3, and 4 denote the same parts, and a description thereof will be omitted. f 1 is the focal length of the first telecentric lens 16, f 2 is the focal length of the second telecentric lens 17, f 3 is the focal length of the light receiving lens 30.

【0047】図5に示す如く、光源11より出射した光
は、コレクタレンズ12によりスリット13をケ−ラ−
照明する。ここで、前記スリット13からレンズ16ま
での距離をこのレンズ16の焦点距離f1とする。レン
ズ16からレンズ17までの距離を互いの焦点距離の和
1+f2とする。前記レンズ17から試料表面1aまで
の距離を該レンズ17の焦点距離f2とする。
As shown in FIG. 5, the light emitted from the light source 11 passes through the slit 13 by the collector lens 12 so as to form a color.
Light up. Here, the distance from the slit 13 to the lens 16 is defined as the focal length f 1 of the lens 16. The distance from the lens 16 to the lens 17 is defined as the sum f 1 + f 2 of the respective focal lengths. The distance from the lens 17 to the sample surface 1a to the focal length f 2 of the lens 17.

【0048】このテレセントリック光学系では、いわゆ
る平行透視となるので、スリット13の像を試料表面1
aに投影する主光線は、光軸と平行になる。また、折り
返し光路においても、試料表面1aから受光レンズ30
までの距離を当該受光レンズ30の焦点距離f3、前記
受光レンズ30からミラ−35までの距離をf3にそれ
ぞれ設定する。この光学系では、スリット13の像を再
び試料表面1a上に投影するとき、主光線は光軸と平行
になる。したがって、試料表面1aに投影されるスリッ
ト13の像は、すべてテレセントリック光学系により投
影されることになる。
In this telecentric optical system, so-called parallel perspective is used.
The principal ray projected on a is parallel to the optical axis. Further, also in the folded optical path, the light receiving lens 30 from the sample surface 1a.
Distance focal length f 3 of the light receiving lens 30 to respectively set the distance from the light receiving lens 30 to mirror -35 to f 3. In this optical system, when the image of the slit 13 is projected onto the sample surface 1a again, the principal ray becomes parallel to the optical axis. Therefore, all the images of the slit 13 projected on the sample surface 1a are projected by the telecentric optical system.

【0049】このため、拡大レンズ40により高さ検出
用光電変換素子45上に拡大投影されるスリット像は、
試料表面1aがZ方向にzだけ下降したとしても2mz
sinθで表される距離のみ移動する。このため、試料
表面1aの移動と高さ検出用光電変換素子45で検出さ
れる像の移動とはリニアな関係となる。そのため、前記
試料表面1aのデフォ−カスによる倍率誤差は生じな
い。なお、上記2mzsinθにおいて、mは、高さ検
出用拡大レンズ40によりスリット13の像が拡大され
る倍率を示すものである。
For this reason, the slit image enlarged and projected on the height detecting photoelectric conversion element 45 by the magnifying lens 40 is:
2 mz even if the sample surface 1a is lowered by z in the Z direction
Only the distance represented by sin θ moves. Therefore, the movement of the sample surface 1a and the movement of the image detected by the height detecting photoelectric conversion element 45 have a linear relationship. Therefore, no magnification error occurs due to the defocus on the sample surface 1a. In the above 2 mz sin θ, m indicates the magnification at which the image of the slit 13 is enlarged by the height detecting magnifying lens 40.

【0050】次ぎに、本発明のさらに他の実施例を図
6、7、8、9を参照して説明する。図6は、本発明の
さらに他の実施例に係る変位・傾き検出方法における自
動焦点光学系の折り返し光学系斜視図、図7は、図6の
実施例に係る変位・傾き検出方法の薄膜による検出誤差
の説明図、図8は、図7の薄膜による検出誤差の修正方
法の説明図、図9は、図8の検出誤差修正方法における
光の反射率と透過率と入射角との関係を示す線図であ
る。図中、図中、図1、3、4と同一符号は同等部分で
あるので説明は省略する。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is a perspective view of a folded optical system of an automatic focusing optical system in a displacement / tilt detection method according to still another embodiment of the present invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating a thin film of the displacement / tilt detection method according to the embodiment of FIG. FIG. 8 is an explanatory view of a detection error, FIG. 8 is an explanatory view of a method of correcting a detection error by the thin film of FIG. 7, and FIG. 9 is a graph showing the relationship between light reflectance, transmittance, and incident angle in the detection error correction method of FIG. FIG. In the drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 3, and 4 denote the same parts, and a description thereof will be omitted.

【0051】図6において、前記スリット13を透過し
た光は、テレセントリックレンズレンズ16、17によ
り試料1上に到達し、スリット像13aを形成する。こ
のとき、前記スリット像13aは、試料1の平面と平行
になるように投影する。これにより、高さ検出用光電変
換素子45上に形成される前記スリット13の投影像
は、前記試料1上で反射した位置の平均的な位置を検出
することが可能となり、前記試料1上に局所的に段差が
あっても、前記検出値のばらつきを低減することができ
る。
In FIG. 6, the light transmitted through the slit 13 reaches the sample 1 by the telecentric lens lenses 16 and 17, and forms a slit image 13a. At this time, the slit image 13a is projected so as to be parallel to the plane of the sample 1. Thereby, the projected image of the slit 13 formed on the height detecting photoelectric conversion element 45 can detect the average position of the position reflected on the sample 1, Even if there is a local step, it is possible to reduce the variation in the detection value.

【0052】本発明が多く用いられる薄膜製造プロセス
では、試料1上に形成されたパタ−ン上層に保護膜等を
形成するので、段差が頻繁に生ずる。試料1上に保護膜
が膜付けされている場合の検出誤差について説明する。
いま、説明を簡単とするため、図7においては、照明光
70の反射光が折り返してのち、高さ検出用光電変換素
子45に入射せず、直接的に入射する構成としたが、そ
の理由は、保護膜による検出誤差の修正には折り返し光
学系が無関係であるからである。
In the thin film manufacturing process in which the present invention is frequently used, a step frequently occurs because a protective film or the like is formed on the pattern formed on the sample 1. A detection error when a protective film is formed on the sample 1 will be described.
Now, for the sake of simplicity, FIG. 7 shows a configuration in which the reflected light of the illumination light 70 is reflected and then directly incident on the height detecting photoelectric conversion element 45 without being incident on the photoelectric conversion element 45. This is because the return optical system is irrelevant to the correction of the detection error by the protective film.

【0053】図7において、7は保護膜、dは保護膜の
厚さである。図7に示す如く、斜方照明光70は、保護
膜7の表面で反射した光と保護膜7とを透過して、試料
1の表面で反射した光および保護膜7内を多重反射した
光の振幅分割が起こる。保護膜7を透過したことによ
り、これらの光線は、Δz1シフトするため、高さ検出
用光電変換素子45上で検出されるスリット像が非対称
になる。
In FIG. 7, 7 is a protective film, and d is the thickness of the protective film. As shown in FIG. 7, the oblique illumination light 70 transmits the light reflected on the surface of the protective film 7 and the protective film 7, and reflects the light reflected on the surface of the sample 1 and the light reflected multiple times in the protective film 7. Amplitude division occurs. Since these light rays are shifted by Δz 1 by passing through the protective film 7, the slit image detected on the height detecting photoelectric conversion element 45 becomes asymmetric.

【0054】前記光線のシフト量Δz1は、入射角を
θ、屈折角をθ1、空気の屈折率をn0、保護膜7の屈
折率をn1、保護膜7の膜厚をdとすると、下記の
(2)式および(3)式で表される。
The shift amount Δz1 of the light beam is as follows: when the incident angle is θ, the refraction angle is θ 1 , the refractive index of air is n0, the refractive index of the protective film 7 is n 1 , and the film thickness of the protective film 7 is d. It is expressed by the following equations (2) and (3).

【数2】 (Equation 2)

【数3】 (Equation 3)

【0055】前記保護膜7による振幅分割に起因した像
の非対称化は、前記照明光70の入射角θを、いわゆる
ブリュ−スタ−角で入射させることにより防止すること
ができる。図8、9を参照して説明する。図8におい
て、屈折率n1からn2の物質に入射角θで入射光70が
照明されたとすると、光の反射率をR、透過率をTとす
ると、入射角θと反射率R、透過率Tとの関係は、図9
に示される線図となる。なお、図9において、RsはS
偏光の反射率、RpはP偏光の反射率、Rs+pは、S
偏光とP偏光とが混合された反射率とし、n1=1.
0、n2=1.5としたものである。
The image asymmetry caused by the amplitude division by the protective film 7 can be prevented by making the incident angle θ of the illumination light 70 incident at a so-called Brewster angle. This will be described with reference to FIGS. In FIG. 8, if incident light 70 is illuminated at an incident angle θ on a substance having a refractive index of n 1 to n 2 , if the light reflectance is R, and the transmittance is T, the incident angle θ, the reflectance R, the transmission The relationship with the rate T is shown in FIG.
The diagram shown in FIG. In FIG. 9, Rs is S
The reflectance of polarized light, Rp is the reflectance of P-polarized light, and Rs + p is S
The reflectance is a mixture of polarized light and p-polarized light, and n 1 = 1.
0, n 2 = 1.5.

【0056】このとき、P偏光の光は、θpの入射角に
おいて、光を全て透過させるブリュ−スタ−角が存在す
る。なお、ブリュ−スタ−角θpは、式(4)で表され
る。
At this time, the P-polarized light has a Brewster angle at which the light is entirely transmitted at the incident angle θp. Note that the Brewster angle θp is expressed by equation (4).

【数4】 このブリュウスタ−角θpを入射角とすることにより、
保護膜7等が膜付けされていたとしても、振幅分割は起
こらず、対称な像が検出されることになる。
(Equation 4) By setting the Brewster angle θp as the incident angle,
Even if the protective film 7 or the like is formed, amplitude division does not occur, and a symmetric image is detected.

【0057】〔実施例 5〕次ぎに、本発明に係る試料
表面1aの傾きαの検出を説明する。図10は、本発明
の一実施例に係る変位・傾き検出方法の傾き検出光学系
の説明図である。図中、図1と同一符号は同等部分であ
るので説明を省略し、新たな符号のみ説明する。αは傾
き角度、37はハーフミーラ、90は傾き検出光学系、
95は傾き検出用拡大投影用レンズ、f5は前記レンズ
95の焦点距離、97は傾き検出用光電変換素子であ
る。図10において、試料表面1aを反射した光線は、
前記試料表面1aを前焦点位置とする受光レンズ30に
入射した角度成分に応じて、前記受光レンズ30の後焦
点位置に配置されたハ−フミラ−37上に集光される。
[Embodiment 5] Next, detection of the inclination α of the sample surface 1a according to the present invention will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram of a tilt detection optical system of the displacement / tilt detection method according to one embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts, and a description thereof will be omitted. α is a tilt angle, 37 is a half mirror, 90 is a tilt detection optical system,
95 skew detection magnifying projection lens, f 5 is the focal length of the lens 95, 97 is a photoelectric conversion element for tilt detection. In FIG. 10, the light beam reflected from the sample surface 1a is:
The light is condensed on a half mirror 37 disposed at the rear focal position of the light receiving lens 30 according to the angle component incident on the light receiving lens 30 having the sample surface 1a as the front focal position.

【0058】したがって、前記試料表面1aが、角度α
傾くと受光レンズ30に入射する角度が変化するため、
ハ−フミラ−37上に集光される光の位置が変化する。
このハ−フミラ−37上に集光された光を傾き検出用拡
大投影レンズ95により傾き検出用光電変換素子97上
に拡大投影すれば、前記試料表面1aの傾き角度αを検
出することができる。
Therefore, the surface 1a of the sample has an angle α
When tilted, the angle of incidence on the light receiving lens 30 changes,
The position of the light focused on the half mirror 37 changes.
If the light condensed on the half mirror 37 is enlarged and projected onto the tilt detecting photoelectric conversion element 97 by the tilt detecting magnifying projection lens 95, the tilt angle α of the sample surface 1a can be detected. .

【0059】前記試料面1aがα度傾くと、ハ−フミラ
−37上に集まる光の位置は、受光レンズ30の焦点距
離をf3とすると、f3tanαだけ離れた位置に集光す
る。このハ−フミラ−37上に集光した光のうち、透過
光を前記レンズ95により前記光電変換素子97上に拡
大投影する。このとき、前記試料面1aがα度傾くと、
傾き検出用光電変換素子97上に集光する光の位置は、
光強度Iの分布99に示されるとおり、m13tanα
だけ移動する。
When the sample surface 1a is inclined by α degrees, the light that converges on the half mirror 37 converges on a position separated by f 3 tan α when the focal length of the light receiving lens 30 is f 3 . Of the light condensed on the half mirror 37, the transmitted light is enlarged and projected on the photoelectric conversion element 97 by the lens 95. At this time, when the sample surface 1a is inclined by α degrees,
The position of the light focused on the tilt detection photoelectric conversion element 97 is
As shown in distribution 99 of light intensity I, m 1 f 3 tan α
Just move.

【0060】なお、前記傾き検出用拡大投影レンズ95
は、前記ハ−フミラ−37と前記光電変換素子97とを
共役な関係に設定する役割を持ち、その位置関係は、下
記の式(5)を満足するような位置に配設される。
The tilt detection magnifying lens 95
Has a role of setting the half mirror 37 and the photoelectric conversion element 97 in a conjugate relationship, and the positional relationship is arranged at a position that satisfies the following equation (5).

【数5】 上式において、aは、ハ−フミラ−37と傾き検出用拡
大投影レンズ95間の長さ、bは傾き検出用拡大投影レ
ンズ95と傾き検出用光電変換素子97間の長さ、f5
は前記レンズ95の焦点距離である。
(Equation 5) In the above formula, a is ha - half mirror -37 and skew detection expanded length between the projection lens 95, b is skew detection magnifying projection lens 95 and the inclination detecting photoelectric length between transducers 97, f 5
Is the focal length of the lens 95.

【0061】また、前記レンズ95により、ハ−フミラ
−37上の像を前記光電変換素子97上に拡大投影され
る倍率をm1とする。前記倍率m1は、下記の式(6)に
より表される。
The magnification at which the image on the half mirror 37 is enlarged and projected onto the photoelectric conversion element 97 by the lens 95 is m 1 . The magnification m 1 is represented by the following equation (6).

【数6】 (Equation 6)

【0062】〔実施例 6〕次ぎに、本発明に係る試料
表面の変位・傾きの検出を説明する。図11は本発明の
他の一実施例に係る変位・傾き検出方法の変位・傾き検
出光学系の説明図である。図中、図1、10と同一符号
は同等部分であるので説明を省略する。図11は、試料
表面1aの高さおよび傾きを検出光学系の説明したもの
である。
[Embodiment 6] Next, detection of displacement / inclination of a sample surface according to the present invention will be described. FIG. 11 is an explanatory view of a displacement / tilt detection optical system of a displacement / tilt detection method according to another embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. FIG. 11 illustrates the optical system for detecting the height and inclination of the sample surface 1a.

【0063】図11において、光源11を出射した光
は、コリメ−タレンズ12により、スリット13をケ−
ラ−照明し、このスリット13の像をテレセントリック
光学系のレンズ16および17により、試料表面1a上
に前記スリット13の像を投影する。いま、上記光学系
を以下、照明光学系18と呼ぶことにする。
In FIG. 11, the light emitted from the light source 11 passes through a slit 13 by a collimator lens 12.
The image of the slit 13 is projected on the sample surface 1a by the lenses 16 and 17 of the telecentric optical system. Now, the above optical system is hereinafter referred to as an illumination optical system 18.

【0064】前記試料表面1aに投影された光は、受光
レンズ30により当該試料表面1a上を反射した角度成
分に応じて、ハ−フミラ−37上に集光する。この光学
系を以下、折り返し光学系36と呼ぶことにする。この
折り返し光学系36のハ−フミラ−37を透過した光
は、傾き検出光学系90に配置された傾き検出用拡大投
影用レンズ95によりハ−フミラ−37上の像を光電変
換素子97に拡大投影される。このため、前記試料表面
1aの傾き量は、傾き検出用光電変換素子97上に結像
する像の位置を求めることにより検出することができ
る。
The light projected on the sample surface 1a is converged on a half mirror 37 in accordance with the angle component reflected on the sample surface 1a by the light receiving lens 30. This optical system is hereinafter referred to as a folding optical system 36. The light transmitted through the half mirror 37 of the folding optical system 36 is enlarged on the half mirror 37 to the photoelectric conversion element 97 by the tilt detection enlargement projection lens 95 arranged in the tilt detection optical system 90. Projected. For this reason, the amount of inclination of the sample surface 1a can be detected by obtaining the position of the image formed on the inclination detecting photoelectric conversion element 97.

【0065】また、折り返し光学系36のハ−フミラ−
37を反射した光は、試料表面1aに、スリット13の
像を光軸対称に反転して投影され、ふたたび前記照明光
学系18に入射する。これらの光は、ハ−フミラ−14
で反射し、高さ検出光学系47に導かれ、レンズ40に
より試料表面1a上に投影されたスリット13の像を光
電変換素子45上に拡大投影する。このため、試料表面
1aの高さは、光電変換素子45上に結像するスリット
像の位置を求めることにより検出することができる。
Also, the half mirror of the folding optical system 36 is used.
The light reflected by 37 is projected on the sample surface 1a with the image of the slit 13 inverted in optical axis symmetry, and then enters the illumination optical system 18 again. These lights are transmitted to the half mirror 14
, And is guided to the height detecting optical system 47, and the image of the slit 13 projected on the sample surface 1 a by the lens 40 is enlarged and projected on the photoelectric conversion element 45. For this reason, the height of the sample surface 1a can be detected by obtaining the position of the slit image formed on the photoelectric conversion element 45.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の構
成によれば、試料上に形成された反射率の異なるパタ−
ン上で照明光が反射しても、検出される像の非対称性を
防止し、かつ透明な薄膜表面と下地との境界面の反射に
よる像のずれおよび透明な薄膜内の多重干渉による像の
非対称性を低減することにより、変位検出精度を向上さ
せ、さらに、変位検出光学系と傾き検出光学系を共有さ
せることにより、低コストの変位・傾き検出方法とそれ
を用いた自動焦点装置を提供することができる。
As described above in detail, according to the structure of the present invention, patterns formed on a sample and having different reflectivities are obtained.
Even if illumination light is reflected on the surface, the asymmetry of the detected image is prevented, and the image is displaced due to reflection at the interface between the transparent thin film surface and the base, and the image is distorted due to multiple interference in the transparent thin film. By reducing the asymmetry, the displacement detection accuracy is improved, and by sharing the displacement detection optical system and the tilt detection optical system, a low-cost displacement / tilt detection method and an automatic focusing device using the same are provided. can do.

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

【図1】本発明の一実施例に係る変位・傾き検出方法を
用いた自動焦点装置の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an automatic focusing device using a displacement / tilt detection method according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例に係る変位・傾き検出方法におけ
るZ方向の位置検出説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of position detection in a Z direction in a displacement / tilt detection method according to the embodiment of FIG. 1;

【図3】図1の実施例に係る変位・傾き検出方法におけ
る自動焦点光学系の折り返し光学系説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a folding optical system of an automatic focusing optical system in the displacement / tilt detection method according to the embodiment of FIG. 1;

【図4】本発明の他の実施例に係る変位検出方法におけ
る自動焦点光学系の折り返し光学系説明図である。
FIG. 4 is an explanatory view of a folding optical system of an automatic focusing optical system in a displacement detection method according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明のさらに他の実施例に係る変位・傾き検
出方法の自動焦点光学系の折り返し光学系説明図であ
る。
FIG. 5 is an explanatory view of a folding optical system of an automatic focusing optical system in a displacement / tilt detection method according to still another embodiment of the present invention.

【図6】本発明のさらに他の実施例に係る変位・傾き検
出方法における自動焦点光学系の折り返し光学系斜視図
である。
FIG. 6 is a perspective view of a folding optical system of an automatic focusing optical system in a displacement / tilt detection method according to still another embodiment of the present invention.

【図7】図6の実施例に係る変位・傾き検出方法の薄膜
による検出誤差の説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a detection error due to a thin film in the displacement / tilt detection method according to the embodiment of FIG. 6;

【図8】図7の薄膜による検出誤差の修正方法の説明図
である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a method for correcting a detection error by the thin film of FIG. 7;

【図9】図8の検出誤差修正方法における光の反射率と
透過率と入射角との関係を示す線図である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship among the reflectance, the transmittance, and the incident angle of light in the detection error correction method of FIG.

【図10】本発明の一実施例に係る変位・傾き検出方法
の傾き検出光学系の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a tilt detection optical system in a displacement / tilt detection method according to one embodiment of the present invention.

【図11】本発明の一実施例に係る変位・傾き検出方法
の変位・傾き検出光学系の説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram of a displacement / tilt detection optical system in a displacement / tilt detection method according to an embodiment of the present invention.

【図12】従来技術における変位・傾き検出方法の光学
系説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of an optical system of a displacement / tilt detection method according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料 1a、1b…試料表面 2…チャック 3…回転ステ−ジ 4…Zステ−ジ 5…XYステ−ジ 10…自動焦点光学系 11…光源 12…コリメ−タレンズ 13…スリット 14…ハ−フミラ− 16…第一のテレセントリックレンズ 17…第二のテレセントリックレンズ 18…照明光学系 20…結像レンズ 30…レンズ 33…凹面鏡 35…ミラ− 36…折り返し光学系 37…ハ−フミラ− 40…高さ検出用拡大レンズ 45…高さ検出用光電変換素子 47…高さ検出光学系 50…外観検査光学系 51…照明光光源 52…照明光用集光コンデンサレンズ 52、53…照明光用ハ−フミラ− 54…対物レンズ 55…試料結像用光電変換素子 60…Zステ−ジの移動距離演算部 80…反射光 83…往路反射光 84…ステ−ジ下降位置における反射光 85…復路反射光 90…傾き検出光学系 95…傾き検出用拡大投影レンズ 97…傾き検出用光電変換素子 100…Zステ−ジドライバ− DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample 1a, 1b ... Sample surface 2 ... Chuck 3 ... Rotation stage 4 ... Z stage 5 ... XY stage 10 ... Autofocus optical system 11 ... Light source 12 ... Collimator lens 13 ... Slit 14 ... C -Fumila 16 ... First telecentric lens 17 ... Second telecentric lens 18 ... Illumination optical system 20 ... Imaging lens 30 ... Lens 33 ... Concave mirror 35 ... Mirror 36 ... Folding optical system 37 ... Half mirror 40 ... Height detecting magnifying lens 45 ... Height detecting photoelectric conversion element 47 ... Height detecting optical system 50 ... Appearance inspection optical system 51 ... Illumination light source 52 ... Illumination light condenser lens 52,53 ... Illumination light -Fumilla 54 -Objective lens 55 -Photoelectric conversion element for sample imaging 60 -Z stage movement distance calculation unit 80 -Reflected light 83 -Outward reflected light 84 -Stage descent position Reflected light 85 ... return reflected light 90 ... inclination detecting optical system 95 ... for detecting inclination magnifying projection lens 97 ... inclination detecting photoelectric conversion element 100 ... Z stearate in - Jidoraiba -

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−138403(JP,A) 特開 昭58−113706(JP,A) 特開 平2−6709(JP,A) 特開 昭62−293103(JP,A) 特開 昭63−275912(JP,A) 特開 昭59−188931(JP,A) 特開 平5−182896(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 G01B 11/26 G01C 3/06 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-138403 (JP, A) JP-A-58-113706 (JP, A) JP-A-2-6709 (JP, A) JP-A 62-113 293103 (JP, A) JP-A-63-275912 (JP, A) JP-A-59-188931 (JP, A) JP-A-5-182896 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. 7, DB name) G01B 11/00 G01B 11/26 G01C 3/06

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 試料の法線に対して傾き角で当該試料を
照明する照明手段と、前記試料からの反射光を投影する
投影手段と、前記投影された試料像を検出する検出手段
とを具備する前記試料の変位・傾き検出方法において、 前記投影手段は、前記の反射光の光軸上にレンズを設
け、前記レンズの前焦点位置を前記試料上の反射位置と
し、前記レンズの後焦点位置にミラーを設け、前記反射
光をミラーにより反転させて折り返し、ふたたび前記試
料上に投影し、前記検出手段は、前記反射位置と光学的
に共役な位置に配設した光電変換素子により当該試料上
の斜方投影像を検出するように構成したことを特徴とす
る変位・傾き検出方法。
An illumination unit configured to illuminate the sample at an inclination angle with respect to a normal line of the sample; a projection unit configured to project light reflected from the sample; and a detection unit configured to detect the projected sample image. In the method for detecting displacement / tilt of a sample provided, the projecting means includes a lens provided on an optical axis of the reflected light, a front focus position of the lens being a reflection position on the sample, and a rear focus of the lens. A mirror is provided at a position, the reflected light is inverted by the mirror, turned back, and projected again on the sample, and the detecting means is provided by a photoelectric conversion element disposed at a position optically conjugate with the reflection position. A displacement / tilt detection method characterized by detecting an upper oblique projection image.
【請求項2】 試料の法線に対して傾き角で当該試料を
照明する照明手段と、前記試料からの反射光を投影する
投影手段と、前記投影された試料像を検出する検出手段
とを具備する前記試料の変位・傾き検出方法において、 前記投影手段は、前記反射光の光軸上に凹面鏡を設け、
前記凹面鏡の焦点距離の二倍の位置が前記試料上の反射
位置となるように構成したことを特徴とする変位・傾き
検出方法。
2. Illumination means for illuminating the sample at an inclination angle with respect to the normal line of the sample, projection means for projecting reflected light from the sample, and detection means for detecting the projected sample image In the method for detecting displacement / tilt of the sample provided, the projecting unit is provided with a concave mirror on an optical axis of the reflected light,
A displacement / tilt detection method, wherein a position twice as long as the focal length of the concave mirror is a reflection position on the sample.
【請求項3】 請求項1または2記載のいずれかの変位
・傾き検出方法において、前記照明手段は、矩形状の開
口部を設けたスリットパタ−ンを前記反射位置と光学的
に共役な位置に配置し、前記試料上に投影する前記スリ
ット像が当該試料表面と平行になるように構成したこと
を特徴とする変位・傾き検出方法。
3. The displacement / inclination detection method according to claim 1, wherein the illuminating means sets a slit pattern having a rectangular opening at a position optically conjugate with the reflection position. A displacement / tilt detection method, wherein the slit image to be arranged and projected on the sample is configured to be parallel to the sample surface.
【請求項4】 請求項3記載の変位検出・傾き方法にお
いて、前記照明手段は、前記スリットパタ−ンをテレセ
ントリック光学系により前記試料上に投影するように構
成したことを特徴とする変位検出・傾き方法。
4. The displacement detection / tilt method according to claim 3, wherein said illumination means is configured to project said slit pattern onto said sample by a telecentric optical system. Method.
【請求項5】 試料の法線に対して傾き角で当該試料を
照明する照明手段と、前記試料からの反射光を投影する
投影手段と、前記投影された試料像を検出する検出手段
とを具備する前記試料の変位・傾き検出方法において、 前記投影手段は、前記試料からの反射光の光軸上にレン
ズを設け、前記レンズの前焦点位置を前記試料上の反射
位置とし、前記レンズの後焦点位置に半透明ミラーを設
け、前記反射光の一部を半透明ミラーにより反転させて
折り返し、ふたたび前記試料上に投影し、前記反射光の
他の一部を前記半透明ミラーを透過させ、前記レンズに
より光電変換素子に投影し、前記検出手段は、前記傾き
角をもつ照明光の反射角を検出するように構成したこと
を特徴とする変位・傾き検出方法。
5. An illumination unit for illuminating the sample at an angle of inclination with respect to a normal line of the sample, a projection unit for projecting light reflected from the sample, and a detection unit for detecting the projected sample image. In the method for detecting displacement / inclination of a sample provided, the projection unit includes a lens on an optical axis of reflected light from the sample, a front focal position of the lens being a reflection position on the sample, A translucent mirror is provided at the rear focal position, a part of the reflected light is inverted by the translucent mirror and turned back, projected again on the sample, and another part of the reflected light is transmitted through the translucent mirror. A displacement / tilt detection method, wherein the projection is performed on the photoelectric conversion element by the lens, and the detection means detects a reflection angle of the illumination light having the tilt angle.
【請求項6】 請求項4または5記載のいずれかの変位
・傾き検出方法において、前記照明手段において、P偏
光成分の照明光を用い、その入射角を前記試料のブリュ
−スタ−角に設定するように構成したことを特徴とする
変位・傾き検出方法。
6. The displacement / inclination detection method according to claim 4, wherein said illumination means uses illumination light of a P-polarized component, and sets an incident angle to a Brewster angle of said sample. A displacement / inclination detection method, characterized in that:
【請求項7】 請求項5または6記載のいずれかの変位
・傾き検出方法において、前記照明手段は、十字状の開
口部を設けたスリットパタ−ンを試料上の反射位置と光
学的に共役な位置に配設し、前記検出手段は、一と他の
一との検出部からなり、前記一の検出部には、前記試料
上に投影させる前記スリットパタ−ンの像が当該試料の
表面と平行になるように前記半透明鏡により反射させて
導き、前記他の一の検出部には、前記半透明鏡の反射光
と直交する方向の光を透過させて導くように構成とした
ことを特徴とする変位・傾き検出方法。
7. The displacement / inclination detection method according to claim 5, wherein the illumination means optically conjugates a slit pattern provided with a cross-shaped opening with a reflection position on the sample. And the detecting means comprises one and another detecting unit, wherein the one detecting unit has an image of the slit pattern projected onto the sample parallel to the surface of the sample. Reflected by the translucent mirror so as to be guided, and the other detection unit is configured to transmit and guide light in a direction orthogonal to the reflected light of the translucent mirror. Displacement / tilt detection method.
【請求項8】 請求項7記載の変位・傾き検出方法にお
いて、前記照明手段の十字状の開口部を形成したスリッ
トパタ−ンは、その一辺をP偏光、前記一辺に直交する
他の一辺をS偏光成分の光が透過する偏光板とし、前記
一の検出部または他の一の検出部に導く光を前記偏光板
により選択するように構成したことを特徴とする変位・
傾き検出方法。
8. The displacement / inclination detection method according to claim 7, wherein the slit pattern of the illumination means having a cross-shaped opening has one side of P-polarized light and the other side perpendicular to the one side of S. Displacement / polarization, characterized in that the polarization plate transmits light, and light guided to the one detection unit or the other detection unit is selected by the polarization plate.
Tilt detection method.
【請求項9】 請求項3ないし5記載のいずれかの試料
の変位・傾き検出方法において、前記照明手段は、その
照明光を波長幅の広いインコヒ−レント光を用いたこと
を特徴とする試料の変位・傾き検出方法。
9. A method according to claim 3, wherein said illumination means uses incoherent light having a wide wavelength width as said illumination light. For detecting the displacement and inclination of
【請求項10】 試料の法線に対して傾き角で当該試料
を照明する照明手段と、前記試料からの反射光を投影す
る投影手段と、前記投影された試料像を検出する検出手
段とを具備し、前記試料の変位・傾きの検出して、焦点
を整合させる自動焦点装置において、 前記試料の変位・傾きの検出に、請求項1ないし請求項
9のいずれかの変位・傾きの検出方法を用いることを特
徴とする自動焦点装置。
10. Illumination means for illuminating the sample at an inclination angle with respect to the normal line of the sample, projection means for projecting reflected light from the sample, and detection means for detecting the projected sample image 10. An automatic focusing device comprising: a displacement / inclination detection unit for detecting a displacement / inclination of a sample to adjust a focus; and detecting the displacement / inclination of the sample in accordance with any one of claims 1 to 9. An automatic focusing device characterized by using:
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