JP3414689B2 - 焦点合わせ方法および焦点検知装置 - Google Patents
焦点合わせ方法および焦点検知装置Info
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
- G03B3/00—Focusing arrangements of general interest for cameras, projectors or printers
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- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
- Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
- Focusing (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光に用い
られる半導体マスクの修正装置や、光学的検査装置、レ
ーザ加工装置などの対物レンズの焦点位置を精度良く被
検物面に合わせるための焦点合わせ方法に関する。
られる半導体マスクの修正装置や、光学的検査装置、レ
ーザ加工装置などの対物レンズの焦点位置を精度良く被
検物面に合わせるための焦点合わせ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】焦点検出用光学系には、非点収差法、ナ
イフエッジ法、スキュー法などが知られており、これら
に関する誤動作防止方法あるいは焦点位置のオフセット
を行う方法が多数提案されている（例えば特開平４−３
３３５号、特開平５−３５２５１０号参照）。また特開
平８−２５０４０６には露光装置のオートフォーカス装
置が開示されている。この方式は投影レンズを介さず、
被検物に焦点検出用の光を照射し、その反射光をセンサ
で検知して信号処理することにより、焦点を検知してい
る。さらに多数箇所検知してその平均高さからフォーカ
スすべき段差面高さを演算し、オフセット量を算出して
いる。
イフエッジ法、スキュー法などが知られており、これら
に関する誤動作防止方法あるいは焦点位置のオフセット
を行う方法が多数提案されている（例えば特開平４−３
３３５号、特開平５−３５２５１０号参照）。また特開
平８−２５０４０６には露光装置のオートフォーカス装
置が開示されている。この方式は投影レンズを介さず、
被検物に焦点検出用の光を照射し、その反射光をセンサ
で検知して信号処理することにより、焦点を検知してい
る。さらに多数箇所検知してその平均高さからフォーカ
スすべき段差面高さを演算し、オフセット量を算出して
いる。
【０００３】この平均化は特開平８−２５０４０６号公
報の実施例に示されているように、ウエハーにパターン
があり凹凸があるときの焦点位置検知の平均化には有効
であるが、反射率が場所によって大きく異なる被検物
面、例えばガラス基板上にパターンが描かれた半導体マ
スクの当該パターンのエッジ部でフォーカス検知した為
に起こる誤差に対しては考慮されておらず、焦点検出そ
のものの精度を向上させる工夫にはなっていない。
報の実施例に示されているように、ウエハーにパターン
があり凹凸があるときの焦点位置検知の平均化には有効
であるが、反射率が場所によって大きく異なる被検物
面、例えばガラス基板上にパターンが描かれた半導体マ
スクの当該パターンのエッジ部でフォーカス検知した為
に起こる誤差に対しては考慮されておらず、焦点検出そ
のものの精度を向上させる工夫にはなっていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来より提案されてい
る自動焦点検出法では、例えば半導体マスクのようにガ
ラス基板上にパターンが描かれているとき、パターン上
とパターン以外の場所との反射率が大きく異なるので、
フォーカス位置がずれることがある。つまり、フォーカ
ス検知用の光束の径より小さいパターン部分や、パター
ンのエッジ部分で焦点検知を行うと、回折等の影響でセ
ンサーに戻って来る反射光の強度分布が均一でなくなる
場合があり、フォーカスずれによる信号変化との区別が
つかなくなり誤動作する。
る自動焦点検出法では、例えば半導体マスクのようにガ
ラス基板上にパターンが描かれているとき、パターン上
とパターン以外の場所との反射率が大きく異なるので、
フォーカス位置がずれることがある。つまり、フォーカ
ス検知用の光束の径より小さいパターン部分や、パター
ンのエッジ部分で焦点検知を行うと、回折等の影響でセ
ンサーに戻って来る反射光の強度分布が均一でなくなる
場合があり、フォーカスずれによる信号変化との区別が
つかなくなり誤動作する。
【０００５】また、被検物上にゴミ等の異物があると、
センサーに戻ってくるフォーカス検知用の光束がセンサ
ーの所定の受光位置からずれるため誤動作を起こす事が
ある。つまり、ごみ等でフォーカス検知用の光束が散乱
あるいは回折するため、上記と同じようにセンサーに戻
ってくる反射光の強度分布が均一でなくなるため、フォ
ーカスずれによる信号変化との区別がつかなくなる。
センサーに戻ってくるフォーカス検知用の光束がセンサ
ーの所定の受光位置からずれるため誤動作を起こす事が
ある。つまり、ごみ等でフォーカス検知用の光束が散乱
あるいは回折するため、上記と同じようにセンサーに戻
ってくる反射光の強度分布が均一でなくなるため、フォ
ーカスずれによる信号変化との区別がつかなくなる。
【０００６】特にレーザー加工装置にこのような焦点検
知装置を用いた場合、加工によるごみが発生するため誤
動作の確率が高くなる。また加工部の周辺高さが均一に
加工できていない場合、その加工部の段差で焦点検知を
行うと焦点検知用光束のセンサーへの戻り光の強度分布
が均一でなくなり誤動作を起こす。
知装置を用いた場合、加工によるごみが発生するため誤
動作の確率が高くなる。また加工部の周辺高さが均一に
加工できていない場合、その加工部の段差で焦点検知を
行うと焦点検知用光束のセンサーへの戻り光の強度分布
が均一でなくなり誤動作を起こす。
【０００７】上記のような問題点を解決できる構成とし
て、特開平１１−３０６５５４号で本出願人が開示する
焦点検知装置がある。以下、この焦点検知装置について
説明する。
て、特開平１１−３０６５５４号で本出願人が開示する
焦点検知装置がある。以下、この焦点検知装置について
説明する。
【０００８】図４は特開平１１−３０６５５４号の焦点
検知装置を示す図である。この図に示す形態の焦点検出
装置は、光源１０、光学装置１１、対物レンズ１２、対
物レンズ駆動装置１３、ステージ１４、オートフォーカ
ス信号処理回路１５、ステージ駆動制御回路１６より構
成される。
検知装置を示す図である。この図に示す形態の焦点検出
装置は、光源１０、光学装置１１、対物レンズ１２、対
物レンズ駆動装置１３、ステージ１４、オートフォーカ
ス信号処理回路１５、ステージ駆動制御回路１６より構
成される。
【０００９】光学装置１１及び対物レンズ１２の光軸２
８からはずれた位置に光束を発する光源１０からの焦点
検出用光束１７が偏光している。この焦点検出用光束１
７は光軸２８と一致しないがほぼ並行であり、偏光ビー
ムスプリッタ１８を透過している。偏光ビームスプリッ
タ１８を透過した光束は１／４波長板１９を通り直線偏
光が円偏光に変えられ、リレーレンズ２０を通過してい
る。リレーレンズ２０は２群構成になっており一度集光
するようになっているが、焦点検出系の調整と光束１７
の幅を必要に応じて変えることが可能になっている。リ
レーレンズ２０を通過した光束はダイクロイックミラー
２７を通過し対物レンズ１２により被検物２１の表面付
近に集光し、被検物２１で反射し再び対物レンズ１２に
入射されている。被検物２１はステージ１４上に固定さ
れ、ステージ１４はステージ駆動制御回路１６により走
査可能である。
８からはずれた位置に光束を発する光源１０からの焦点
検出用光束１７が偏光している。この焦点検出用光束１
７は光軸２８と一致しないがほぼ並行であり、偏光ビー
ムスプリッタ１８を透過している。偏光ビームスプリッ
タ１８を透過した光束は１／４波長板１９を通り直線偏
光が円偏光に変えられ、リレーレンズ２０を通過してい
る。リレーレンズ２０は２群構成になっており一度集光
するようになっているが、焦点検出系の調整と光束１７
の幅を必要に応じて変えることが可能になっている。リ
レーレンズ２０を通過した光束はダイクロイックミラー
２７を通過し対物レンズ１２により被検物２１の表面付
近に集光し、被検物２１で反射し再び対物レンズ１２に
入射されている。被検物２１はステージ１４上に固定さ
れ、ステージ１４はステージ駆動制御回路１６により走
査可能である。
【００１０】対物レンズ１２を出た戻り光はダイクロイ
ックミラー２７、リレーレンズ２０を通り再び１／４波
長板１９を通過している。このとき１／４波長板１９の
作用により戻り光は、偏光ビームスプリッタ１８に入射
させた当初の偏光方向より９０度異なる直線偏光とな
る。そのため、１／４波長板１９を通過した戻り光は、
次に入射する偏光ビームスプリッタ１８で効率よく反射
されている。偏光ビームスプリッタ１８で反射された戻
り光は、次に設置してあるビームスプリッタ２２で２方
向に分岐されている。分岐された一方の戻り光は集光レ
ンズ２３で集光され、もう一方の戻り光は集光レンズ２
３と同一の集光レンズ２４で集光されている。集光レン
ズ２３，２４の光軸は光軸２８上にある。集光レンズ２
３を通った戻り光は、対物レンズ１２の焦点位置が被検
物２１上に合っているときの戻り光の集光レンズ２３に
よる集光位置より前側に設置された２分割センサー２５
に入射している。一方、集光レンズ２４を通った戻り光
は、対物レンズ１２の焦点位置が被検物２１に合ってい
るときの戻り光の集光レンズ２４による集光位置より後
側に設置された２分割センサー２６に入射している。セ
ンサー２５、２６の各々により得られた信号はオートフ
ォーカス信号処理回路１５で演算処理が行なわれる。な
お、２分割センサー２５は集光レンズ２３による焦点位
置の前に、もう一方の２分割センサー２６は集光レンズ
２４による焦点位置の後ろに配置されているが、このと
き、焦点位置１８より前後に等しい距離に２分割受光素
子１６と１７が光学的に同じ傾きで配置されている。
ックミラー２７、リレーレンズ２０を通り再び１／４波
長板１９を通過している。このとき１／４波長板１９の
作用により戻り光は、偏光ビームスプリッタ１８に入射
させた当初の偏光方向より９０度異なる直線偏光とな
る。そのため、１／４波長板１９を通過した戻り光は、
次に入射する偏光ビームスプリッタ１８で効率よく反射
されている。偏光ビームスプリッタ１８で反射された戻
り光は、次に設置してあるビームスプリッタ２２で２方
向に分岐されている。分岐された一方の戻り光は集光レ
ンズ２３で集光され、もう一方の戻り光は集光レンズ２
３と同一の集光レンズ２４で集光されている。集光レン
ズ２３，２４の光軸は光軸２８上にある。集光レンズ２
３を通った戻り光は、対物レンズ１２の焦点位置が被検
物２１上に合っているときの戻り光の集光レンズ２３に
よる集光位置より前側に設置された２分割センサー２５
に入射している。一方、集光レンズ２４を通った戻り光
は、対物レンズ１２の焦点位置が被検物２１に合ってい
るときの戻り光の集光レンズ２４による集光位置より後
側に設置された２分割センサー２６に入射している。セ
ンサー２５、２６の各々により得られた信号はオートフ
ォーカス信号処理回路１５で演算処理が行なわれる。な
お、２分割センサー２５は集光レンズ２３による焦点位
置の前に、もう一方の２分割センサー２６は集光レンズ
２４による焦点位置の後ろに配置されているが、このと
き、焦点位置１８より前後に等しい距離に２分割受光素
子１６と１７が光学的に同じ傾きで配置されている。
【００１１】この焦点検出装置を光学的検査装置、レー
ザ加工装置等に適用する場合は、検査あるいは加工等の
ための光束をダイクロイックミラー２７を介して対物レ
ンズ１２に入射する。
ザ加工装置等に適用する場合は、検査あるいは加工等の
ための光束をダイクロイックミラー２７を介して対物レ
ンズ１２に入射する。
【００１２】図５は２分割センサー１６、１７からの出
力信号を演算処理するオートフォーカス信号処理回路１
５を示した図である。
力信号を演算処理するオートフォーカス信号処理回路１
５を示した図である。
【００１３】２分割センサー２５を構成する受光部Ａ
１，Ａ２からの出力信号をそれぞれａ１，ａ２とし、２
分割センサー２６を構成する受光部Ｂ１，Ｂ２からの出
力信号をそれぞれｂ１，ｂ２とするとき、フォーカス信
号Ｆは、 Ｆ＝Ｆａ−Ｆｂ＝（ａ１−ａ２）−（ｂ２−ｂ１） で演算され、オートフォーカス信号処理回路１５の処理
信号となる。
１，Ａ２からの出力信号をそれぞれａ１，ａ２とし、２
分割センサー２６を構成する受光部Ｂ１，Ｂ２からの出
力信号をそれぞれｂ１，ｂ２とするとき、フォーカス信
号Ｆは、 Ｆ＝Ｆａ−Ｆｂ＝（ａ１−ａ２）−（ｂ２−ｂ１） で演算され、オートフォーカス信号処理回路１５の処理
信号となる。
【００１４】各２分割センサー２５，２６上の焦点検出
用光束の戻り光４１は、被検物２１に対する対物レンズ
１２の焦点位置のずれに応じて動く。図５中の戻り光４
１は対物レンズ１２の焦点位置が被検物２１上に合って
いるときの戻り光を示したものであり、例えば図４の構
成において被検物２１を対物レンズ１２に向けて光軸方
向に動かしたとき、図５に示すように戻り光４１は各セ
ンサー面上で矢印４２のように動く。この動く方向は、
光学的に等価に配置した２分割センサー２５、２６の各
々の２分割ラインと交差させている。
用光束の戻り光４１は、被検物２１に対する対物レンズ
１２の焦点位置のずれに応じて動く。図５中の戻り光４
１は対物レンズ１２の焦点位置が被検物２１上に合って
いるときの戻り光を示したものであり、例えば図４の構
成において被検物２１を対物レンズ１２に向けて光軸方
向に動かしたとき、図５に示すように戻り光４１は各セ
ンサー面上で矢印４２のように動く。この動く方向は、
光学的に等価に配置した２分割センサー２５、２６の各
々の２分割ラインと交差させている。
【００１５】被検物２１の位置が光軸方向に移動したと
き得られる出力信号の様子を示したものが図６である。
図６のグラフにおける横軸は、図４の構成において対物
レンズ１２の焦点位置が被検物２１上に一致したときを
基準０として、（−）側にいくほど被検物２１が対物レ
ンズ１２より遠くに離れた位置にあり、（＋）側にいく
ほど被検物２１が対物レンズ１２側に近づいた位置にあ
る事を示している。また図６において、上記ａ１，ａ
２，ｂ１，ｂ２の出力はそれぞれ図中に符号５１、５
２、５４、５５で示した曲線である。さらに２分割セン
サ２５、２６の受光部の差信号Ｆａ、Ｆｂはそれぞれ図
中符号５３，５６のような曲線になる。必要なフォーカ
ス信号ＦはＦａ−Ｆｂであり、図６（ｃ）に示した曲線
６１のような信号になる。
き得られる出力信号の様子を示したものが図６である。
図６のグラフにおける横軸は、図４の構成において対物
レンズ１２の焦点位置が被検物２１上に一致したときを
基準０として、（−）側にいくほど被検物２１が対物レ
ンズ１２より遠くに離れた位置にあり、（＋）側にいく
ほど被検物２１が対物レンズ１２側に近づいた位置にあ
る事を示している。また図６において、上記ａ１，ａ
２，ｂ１，ｂ２の出力はそれぞれ図中に符号５１、５
２、５４、５５で示した曲線である。さらに２分割セン
サ２５、２６の受光部の差信号Ｆａ、Ｆｂはそれぞれ図
中符号５３，５６のような曲線になる。必要なフォーカ
ス信号ＦはＦａ−Ｆｂであり、図６（ｃ）に示した曲線
６１のような信号になる。
【００１６】このような構成によれば、被検物のパター
ンや形状、あるいは被検物上の異物のために被検物上の
反射率が場所によって異なる状態であっても、常に良好
なフォーカス信号を得られ、精度良く焦点検出を実施す
ることができる。
ンや形状、あるいは被検物上の異物のために被検物上の
反射率が場所によって異なる状態であっても、常に良好
なフォーカス信号を得られ、精度良く焦点検出を実施す
ることができる。
【００１７】しかしながら、光学系を利用した焦点検知
装置の大体に言えることであるが、光学系の光軸調整不
良や、光学系に収差があると、焦点検出精度は悪くな
る。特開平１１−３０６５５４号で開示された焦点検知
装置にあっては、光学系に収差があると、対物レンズの
焦点位置が被検物面に合っている場合において焦点検出
用光束の戻り光が集光レンズで集光される位置の前と後
ろではビーム形状が１８０度回転するが同一にはならな
いので、焦点検出精度が悪くなる。
装置の大体に言えることであるが、光学系の光軸調整不
良や、光学系に収差があると、焦点検出精度は悪くな
る。特開平１１−３０６５５４号で開示された焦点検知
装置にあっては、光学系に収差があると、対物レンズの
焦点位置が被検物面に合っている場合において焦点検出
用光束の戻り光が集光レンズで集光される位置の前と後
ろではビーム形状が１８０度回転するが同一にはならな
いので、焦点検出精度が悪くなる。
【００１８】本発明の目的は、上記従来技術の問題点に
鑑み、被検物上の焦点検出箇所の状態、あるいは光学系
の収差や光軸調整不良などによる焦点合わせの誤差を少
なくすることができる焦点合わせ方法及びこれを用いた
焦点検知装置を提供することにある。
鑑み、被検物上の焦点検出箇所の状態、あるいは光学系
の収差や光軸調整不良などによる焦点合わせの誤差を少
なくすることができる焦点合わせ方法及びこれを用いた
焦点検知装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の焦点合わせ方法は、対物レンズと、該対物
レンズを介して被検物に入射させる焦点検出用光束のた
めの光源と、前記被検物で反射された戻り光を伝搬し、
センサー上に集光するための光学装置と、前記センサー
の信号を演算処理する信号処理回路とを備えた焦点検知
装置に用いる焦点合わせ方法であって、静止した前記被
検物に対して前記対物レンズを駆動し、前記信号処理回
路の処理信号が合焦位置を示す値になった位置で前記対
物レンズを停止するオートフォーカス段階と、その後、
前記被検物を走査しながら、前記信号処理回路の処理信
号を多数回検出して平均化処理し、この平均値に前記信
号処理回路の処理信号が一致するように前記対物レンズ
を駆動して焦点位置を更新することを複数回繰り返した
後、焦点位置を固定するフォーカスロック段階とを有す
ることを特徴とする。
に、本発明の焦点合わせ方法は、対物レンズと、該対物
レンズを介して被検物に入射させる焦点検出用光束のた
めの光源と、前記被検物で反射された戻り光を伝搬し、
センサー上に集光するための光学装置と、前記センサー
の信号を演算処理する信号処理回路とを備えた焦点検知
装置に用いる焦点合わせ方法であって、静止した前記被
検物に対して前記対物レンズを駆動し、前記信号処理回
路の処理信号が合焦位置を示す値になった位置で前記対
物レンズを停止するオートフォーカス段階と、その後、
前記被検物を走査しながら、前記信号処理回路の処理信
号を多数回検出して平均化処理し、この平均値に前記信
号処理回路の処理信号が一致するように前記対物レンズ
を駆動して焦点位置を更新することを複数回繰り返した
後、焦点位置を固定するフォーカスロック段階とを有す
ることを特徴とする。
【００２０】初めは粗く焦点合わせを行うため、前記平
均化処理における平均化処理の回数は、平均化処理開始
時の方が平均化処理終了時より一定時間内では多い方が
良い。すなわち、前記平均化処理における平均化処理の
回数は、平均化処理開始時より平均化処理終了時の方が
一定時間内では少なく、さらに、前記平均化処理におけ
る焦点位置の更新周期は平均化処理開始時より平均化処
理終了時の方が長いことが、焦点検出のための収束時間
を短くし、かつ検出精度を向上させる上で好ましい。
均化処理における平均化処理の回数は、平均化処理開始
時の方が平均化処理終了時より一定時間内では多い方が
良い。すなわち、前記平均化処理における平均化処理の
回数は、平均化処理開始時より平均化処理終了時の方が
一定時間内では少なく、さらに、前記平均化処理におけ
る焦点位置の更新周期は平均化処理開始時より平均化処
理終了時の方が長いことが、焦点検出のための収束時間
を短くし、かつ検出精度を向上させる上で好ましい。
【００２１】前記フォーカスロック段階は、前記オート
フォーカス段階の終了後、所定の命令により実施しても
よく、また、前記オートフォーカス段階の終了後、自動
的に移行してもよい。
フォーカス段階の終了後、所定の命令により実施しても
よく、また、前記オートフォーカス段階の終了後、自動
的に移行してもよい。
【００２２】また本発明には、上記のような焦点合わせ
方法を用いた焦点検知装置であって、前記焦点検出用光
束は前記対物レンズの光軸を外れた位置から前記対物レ
ンズに入射しており、前記光学装置が、前記戻り光を２
方向に分岐するビームスプリッタと、前記ビームスプリ
ッタで分岐された一方の光束を集光する第１の集光レン
ズと、前記ビームスプリッタで分岐されたもう一方の光
束を集光する第２の集光レンズと、前記被検物上に前記
対物レンズの焦点位置が合っている場合において前記ビ
ームスプリッタによる一方の光束が前記第１の集光レン
ズで集光される位置の前側に設置された第１の２分割セ
ンサーと、前記被検物上に前記対物レンズの焦点位置が
合っている場合において前記ビームスプリッタによるも
う一方の光束が前記第２の集光レンズで集光される位置
の後側に、前記第１の２分割センサーと光学的に同じ傾
きで設置された第２の２分割センサーとを備えている焦
点検知装置が含まれる。
方法を用いた焦点検知装置であって、前記焦点検出用光
束は前記対物レンズの光軸を外れた位置から前記対物レ
ンズに入射しており、前記光学装置が、前記戻り光を２
方向に分岐するビームスプリッタと、前記ビームスプリ
ッタで分岐された一方の光束を集光する第１の集光レン
ズと、前記ビームスプリッタで分岐されたもう一方の光
束を集光する第２の集光レンズと、前記被検物上に前記
対物レンズの焦点位置が合っている場合において前記ビ
ームスプリッタによる一方の光束が前記第１の集光レン
ズで集光される位置の前側に設置された第１の２分割セ
ンサーと、前記被検物上に前記対物レンズの焦点位置が
合っている場合において前記ビームスプリッタによるも
う一方の光束が前記第２の集光レンズで集光される位置
の後側に、前記第１の２分割センサーと光学的に同じ傾
きで設置された第２の２分割センサーとを備えている焦
点検知装置が含まれる。
【００２３】この装置において、前記信号処理回路は、
前記第１の２分割センサーを成す２つの受光部からの出
力信号をそれぞれａ１，ａ２とし、前記第２の２分割セ
ンサーを成す２つの受光部のうち前記のａ１を出力する
受光部と光学的に等価な位置にある受光部からの出力信
号をｂ１、前記のａ２を出力する受光部と光学的に等価
な位置にある受光部からの出力信号をｂ２とするとき、
Ｆ＝（ａ１−ａ２）−（ｂ２−ｂ１）の信号を出力する
ものである。
前記第１の２分割センサーを成す２つの受光部からの出
力信号をそれぞれａ１，ａ２とし、前記第２の２分割セ
ンサーを成す２つの受光部のうち前記のａ１を出力する
受光部と光学的に等価な位置にある受光部からの出力信
号をｂ１、前記のａ２を出力する受光部と光学的に等価
な位置にある受光部からの出力信号をｂ２とするとき、
Ｆ＝（ａ１−ａ２）−（ｂ２−ｂ１）の信号を出力する
ものである。
【００２４】（作用）本発明の焦点合わせ方法によれ
ば、通常の焦点合わせ動作を行った後、さらに被検物を
走査させながら焦点検出信号を平均化処理し、焦点位置
を固定する。
ば、通常の焦点合わせ動作を行った後、さらに被検物を
走査させながら焦点検出信号を平均化処理し、焦点位置
を固定する。
【００２５】このとき、平均化処理は多数回サンプリン
グした焦点信号を平均し、複数回にわたって、対物レン
ズを駆動して対物レンズの位置を更新し、平均化された
焦点位置に追い込んで行く。さらに平均化された焦点位
置に追い込んで行く工程において、平均化処理による対
物レンズ駆動は、平均化処理開始時は平均化処理終了時
の平均化処理に用いる焦点信号の数を少なくして、初め
に粗く追い込み、収束点に近づいてきたら、平均化処理
に用いる焦点信号の数を多くして、細かく追い込むよう
になっている。
グした焦点信号を平均し、複数回にわたって、対物レン
ズを駆動して対物レンズの位置を更新し、平均化された
焦点位置に追い込んで行く。さらに平均化された焦点位
置に追い込んで行く工程において、平均化処理による対
物レンズ駆動は、平均化処理開始時は平均化処理終了時
の平均化処理に用いる焦点信号の数を少なくして、初め
に粗く追い込み、収束点に近づいてきたら、平均化処理
に用いる焦点信号の数を多くして、細かく追い込むよう
になっている。
【００２６】このように多数箇所の焦点検出の平均化に
より焦点位置を設定するため、被検物のパターンあるい
はゴミ、光学系の収差などによる焦点誤差を少なくし、
焦点検出精度を向上させることができる。
より焦点位置を設定するため、被検物のパターンあるい
はゴミ、光学系の収差などによる焦点誤差を少なくし、
焦点検出精度を向上させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら、本出願人がすでに特開平１１−
３０６５５４号で開示した焦点検知装置を例にとって説
明する。この焦点検知装置の構成及び動作については図
４〜図６をもとに前述したとおりであるので、ここでは
割愛する。
て図面を参照しながら、本出願人がすでに特開平１１−
３０６５５４号で開示した焦点検知装置を例にとって説
明する。この焦点検知装置の構成及び動作については図
４〜図６をもとに前述したとおりであるので、ここでは
割愛する。
【００２８】図４に示した焦点検知装置において、オー
トフォーカス開始の命令によりオートフォーカス信号処
理回路１５は、静止した被検物２１に対して対物レンズ
１２を駆動しながら、図６（ｃ）に示したフォーカス信
号Ｆを検出し、フォーカス信号Ｆがゼロになった位置で
対物レンズ１２を停止し、この位置を合焦位置とする。
ところがすでに説明したように、図４の装置において光
学調整不備や光学系に収差があるとき、停止させた対物
レンズ１２の焦点位置が最適な合焦位置とずれる場合あ
る。このような焦点合わせの誤差を少なくするため、上
述のような焦点合わせ動作で焦点位置を検出した後（す
なわち、オートフォーカス終了後）、本発明の一つの実
施の形態として次のような方法をとる。
トフォーカス開始の命令によりオートフォーカス信号処
理回路１５は、静止した被検物２１に対して対物レンズ
１２を駆動しながら、図６（ｃ）に示したフォーカス信
号Ｆを検出し、フォーカス信号Ｆがゼロになった位置で
対物レンズ１２を停止し、この位置を合焦位置とする。
ところがすでに説明したように、図４の装置において光
学調整不備や光学系に収差があるとき、停止させた対物
レンズ１２の焦点位置が最適な合焦位置とずれる場合あ
る。このような焦点合わせの誤差を少なくするため、上
述のような焦点合わせ動作で焦点位置を検出した後（す
なわち、オートフォーカス終了後）、本発明の一つの実
施の形態として次のような方法をとる。
【００２９】図１は図４の焦点検知装置を作動させるた
めのタイミングを示す図である。
めのタイミングを示す図である。
【００３０】図４の装置では、図１に示すように、オー
トフォーカス終了後、後述の平均化処理による焦点位置
に対物レンズ１２の焦点を追従させる動作（以下、自動
焦点追従と呼ぶ）に移行する。この自動焦点追従中は、
ステージ駆動制御回路１６からの命令で、被検物２１を
載せたステージ１４が平面内で所望の軌跡に走査され
る。この走査軌跡は直線や円などの任意の形で良い。
トフォーカス終了後、後述の平均化処理による焦点位置
に対物レンズ１２の焦点を追従させる動作（以下、自動
焦点追従と呼ぶ）に移行する。この自動焦点追従中は、
ステージ駆動制御回路１６からの命令で、被検物２１を
載せたステージ１４が平面内で所望の軌跡に走査され
る。この走査軌跡は直線や円などの任意の形で良い。
【００３１】自動焦点追従に移行するとMOVE END信号が
OFFからONに切り替わり、この信号変化に基づき、焦点
位置の平均化処理が開始される。この平均化処理では、
走査している被検物２１上の任意の点から次の点までの
間にフォーカス信号Ｆを所定のサンプリング回数で検出
し、これらを平均し、この平均値にオートフォーカス信
号処理回路１５の処理信号であるフォーカス信号Ｆが一
致するように対物レンズ１２の位置を、レンズ駆動装置
１３を制御して、更新する。このような対物レンズ位置
の更新を、被検物２１の走査中、所定の周期で複数回繰
り返す。
OFFからONに切り替わり、この信号変化に基づき、焦点
位置の平均化処理が開始される。この平均化処理では、
走査している被検物２１上の任意の点から次の点までの
間にフォーカス信号Ｆを所定のサンプリング回数で検出
し、これらを平均し、この平均値にオートフォーカス信
号処理回路１５の処理信号であるフォーカス信号Ｆが一
致するように対物レンズ１２の位置を、レンズ駆動装置
１３を制御して、更新する。このような対物レンズ位置
の更新を、被検物２１の走査中、所定の周期で複数回繰
り返す。
【００３２】その後、フォーカスロック動作開始命令に
より、後述のフォーカスロック動作を一定時間実施した
後、オートフォーカス信号処理回路１５からの一時停止
信号のONにより自動焦点追従を停止して、対物レンズの
焦点位置を固定する。
より、後述のフォーカスロック動作を一定時間実施した
後、オートフォーカス信号処理回路１５からの一時停止
信号のONにより自動焦点追従を停止して、対物レンズの
焦点位置を固定する。
【００３３】この間の状況を図２を用いてさらに詳細に
説明する。図２は図１におけるフォーカスロック動作開
始からフォーカスロック終了までの動作を説明するもの
であり、収束時間を短くし、かつ、焦点検出精度を向上
させるために、対物レンズ位置の更新周期を三段階に分
けて対物レンズを駆動している。
説明する。図２は図１におけるフォーカスロック動作開
始からフォーカスロック終了までの動作を説明するもの
であり、収束時間を短くし、かつ、焦点検出精度を向上
させるために、対物レンズ位置の更新周期を三段階に分
けて対物レンズを駆動している。
【００３４】すなわち、図２に示すように、フォーカス
ロック動作開始命令により、MOVE END 信号がONからOFF
に切り替わる。この信号変化により、上記の平均化処理
におけるサンプリング回数と対物レンズ位置の更新周期
とが変更される。この変更において、対物レンズ位置の
更新周期はフォーカスロック動作開始前より短くなり、
一回更新分のサンプリング回数も少なくなる。これによ
り、対物レンズは早く収束位置に動く。ある程度収束し
たら、更新周期を長くするとともにサンプリング回数を
多くしてさらに収束させる。次ぎにフォーカスロック動
作開始前と同じ状態の更新周期及びサンプリング回数に
戻し、ある時点（一時停止信号がONになるタイミング）
で更新を停止し、焦点位置を固定する。この状態で例え
ば被検査物の加工や検査を実施することが好ましい。
ロック動作開始命令により、MOVE END 信号がONからOFF
に切り替わる。この信号変化により、上記の平均化処理
におけるサンプリング回数と対物レンズ位置の更新周期
とが変更される。この変更において、対物レンズ位置の
更新周期はフォーカスロック動作開始前より短くなり、
一回更新分のサンプリング回数も少なくなる。これによ
り、対物レンズは早く収束位置に動く。ある程度収束し
たら、更新周期を長くするとともにサンプリング回数を
多くしてさらに収束させる。次ぎにフォーカスロック動
作開始前と同じ状態の更新周期及びサンプリング回数に
戻し、ある時点（一時停止信号がONになるタイミング）
で更新を停止し、焦点位置を固定する。この状態で例え
ば被検査物の加工や検査を実施することが好ましい。
【００３５】（その他の実施の形態）図１のタイミング
チャートでは自動焦点追従時、焦点ずれがあった場合、
フォーカスロック動作開始命令によって始めてフォーカ
スロック動作を行う方法を示したが、焦点合わせ後直ち
にフォーカスロック動作を行うことも可能である。すな
わち、焦点合わせ動作で焦点位置検出を行った後、自動
的にフォーカスロック動作に移行させてもよい。図３は
そのような別の実施形態を示したものである。
チャートでは自動焦点追従時、焦点ずれがあった場合、
フォーカスロック動作開始命令によって始めてフォーカ
スロック動作を行う方法を示したが、焦点合わせ後直ち
にフォーカスロック動作を行うことも可能である。すな
わち、焦点合わせ動作で焦点位置検出を行った後、自動
的にフォーカスロック動作に移行させてもよい。図３は
そのような別の実施形態を示したものである。
【００３６】詳しくは、図４の装置を用い、図３に示す
ように、オートフォーカス終了後、自動的にフォーカス
ロック動作に移行する。これにより、MOVE END信号が O
FFからONに切り替わり、ステージ１４により被検物２１
が走査され、平均化処理を伴う自動焦点追従が開始され
る。この平均化処理では、多数回サンプリングしたフォ
ーカス信号Ｆを平均し、複数回にわたって、対物レンズ
駆動装置１３を制御して対物レンズ１２の位置を更新
し、平均化された焦点位置に追い込んで行く。さらに平
均化された焦点位置に追い込んで行く工程において、図
２を用いて前述したように、平均化処理による対物レン
ズ駆動は、平均化処理開始時は平均化処理終了時の平均
化処理に用いる焦点信号の数を少なくして、初めに粗く
追い込み、収束点に近づいてきたら、平均化処理に用い
る焦点信号の数を多くして、細かく追い込むようになっ
ている。
ように、オートフォーカス終了後、自動的にフォーカス
ロック動作に移行する。これにより、MOVE END信号が O
FFからONに切り替わり、ステージ１４により被検物２１
が走査され、平均化処理を伴う自動焦点追従が開始され
る。この平均化処理では、多数回サンプリングしたフォ
ーカス信号Ｆを平均し、複数回にわたって、対物レンズ
駆動装置１３を制御して対物レンズ１２の位置を更新
し、平均化された焦点位置に追い込んで行く。さらに平
均化された焦点位置に追い込んで行く工程において、図
２を用いて前述したように、平均化処理による対物レン
ズ駆動は、平均化処理開始時は平均化処理終了時の平均
化処理に用いる焦点信号の数を少なくして、初めに粗く
追い込み、収束点に近づいてきたら、平均化処理に用い
る焦点信号の数を多くして、細かく追い込むようになっ
ている。
【００３７】このようなフォーカスロック動作を一定時
間実施した後、オートフォーカス信号処理回路１５から
の一時停止信号のONにより自動焦点追従を停止して、対
物レンズの焦点位置を固定する。
間実施した後、オートフォーカス信号処理回路１５から
の一時停止信号のONにより自動焦点追従を停止して、対
物レンズの焦点位置を固定する。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、通
常の焦点合わせ動作後、さらに被検物を走査しながら、
焦点検知を多数回行ない平均化し、その平均値で対物レ
ンズを駆動することを多数回繰り返すことにより、焦点
検知位置を収束させていることにより、被検物のパター
ンや、被検物上のゴミ、突起物等の存在などによる焦点
合わせの誤差が平均化されるので、焦点位置を精度良く
検出できる。特に本発明の方法を特開平１１−３０６５
５４号の焦点検知装置に用いると、光学系の収差がある
場合でも、パターンが描かれていたり、欠けや突起、異
物などの存在する被検物に対する焦点検出精度はより向
上する。例えば±０．２μm以内の精度で焦点合わせが
可能である。
常の焦点合わせ動作後、さらに被検物を走査しながら、
焦点検知を多数回行ない平均化し、その平均値で対物レ
ンズを駆動することを多数回繰り返すことにより、焦点
検知位置を収束させていることにより、被検物のパター
ンや、被検物上のゴミ、突起物等の存在などによる焦点
合わせの誤差が平均化されるので、焦点位置を精度良く
検出できる。特に本発明の方法を特開平１１−３０６５
５４号の焦点検知装置に用いると、光学系の収差がある
場合でも、パターンが描かれていたり、欠けや突起、異
物などの存在する被検物に対する焦点検出精度はより向
上する。例えば±０．２μm以内の精度で焦点合わせが
可能である。
【図１】本発明の一つの実施の形態である図４の焦点検
知装置を作動させるためのタイミングを示す図である。
知装置を作動させるためのタイミングを示す図である。
【図２】図１におけるフォーカスロック動作開始からフ
ォーカスロック終了までの動作を行うときの対物レンズ
位置の更新周期の例を示す図である。
ォーカスロック終了までの動作を行うときの対物レンズ
位置の更新周期の例を示す図である。
【図３】本発明の他の実施の形態による焦点検出動作の
タイミングチャートである。
タイミングチャートである。
【図４】特開平１１−３０６５５４号の焦点検知装置を
示す図である。
示す図である。
【図５】図４に示した２分割センサーからの出力信号を
演算処理するオートフォーカス信号処理回路の構成図で
ある。
演算処理するオートフォーカス信号処理回路の構成図で
ある。
【図６】図５に示した２分割センサによるフォーカス信
号を示す図である。
号を示す図である。
１０ 光源
１１ 光学装置
１２ 対物レンズ
１３ 対物レンズ駆動装置
１４ ステージ
１５ オートフォーカス信号処理回路（焦点検出制御回
路） １６ ステージ駆動制御回路 １７ 焦点検出用光束 １８ 偏光ビームスプリッタ １９ １／４波長板 ２０ リレーレンズ ２１ 被検物 ２２ ビームスプリッタ ２３、２４ 集光レンズ ２５、２６ ２分割センサー ２７ ダイクロイックミラー ２８ 光軸
路） １６ ステージ駆動制御回路 １７ 焦点検出用光束 １８ 偏光ビームスプリッタ １９ １／４波長板 ２０ リレーレンズ ２１ 被検物 ２２ ビームスプリッタ ２３、２４ 集光レンズ ２５、２６ ２分割センサー ２７ ダイクロイックミラー ２８ 光軸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−284366（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−90825（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−47774（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−219045（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−190045（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−61120（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−163830（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−114113（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−306554（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−243848（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−33819（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G02B 7/28 - 7/40
Claims (7)
- 【請求項１】 対物レンズと、該対物レンズを介して被
検物に入射させる焦点検出用光束のための光源と、前記
被検物で反射された戻り光を伝搬し、センサー上に集光
するための光学装置と、前記センサーの信号を演算処理
する信号処理回路とを備えた焦点検知装置に用いる焦点
合わせ方法であって、 静止した前記被検物に対して前記対物レンズを駆動し、
前記信号処理回路の処理信号が合焦位置を示す値になる
位置で前記対物レンズを停止するオートフォーカス段階
と、 その後、前記被検物を走査しながら、前記信号処理回路
の処理信号を多数回検出して平均し、この平均値に前記
信号処理回路の処理信号が一致するように前記対物レン
ズを駆動して焦点位置を更新することを複数回繰り返す
という平均化処理を行った後、焦点位置を固定するフォ
ーカスロック段階とを有することを特徴とする焦点合わ
せ方法。 - 【請求項２】 前記平均化処理における平均化処理の回
数は、平均化処理開始時より平均化処理終了時の方が一
定時間内では少ないことを特徴とする請求項１に記載の
焦点合わせ方法。 - 【請求項３】 前記平均化処理における焦点位置の更新
周期は平均化処理開始時より平均化終了時の方が長いこ
とを特徴とする請求項２に記載の焦点合わせ方法。 - 【請求項４】 前記フォーカスロック段階は、前記オー
トフォーカス段階の終了後、所定の命令により実施する
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の焦
点合わせ方法。 - 【請求項５】 前記フォーカスロック段階は、前記オー
トフォーカス段階の終了後、自動的に移行することを特
徴とする請求項１から３のいずれかに記載の焦点合わせ
方法。 - 【請求項６】 請求項１から５の何れかの焦点合わせ方
法を用いた焦点検知装置であって、 前記焦点検出用光束は前記対物レンズの光軸を外れた位
置から前記対物レンズに入射しており、 前記光学装置は、前記戻り光を２方向に分岐するビーム
スプリッタと、前記ビームスプリッタで分岐された一方
の光束を集光する第１の集光レンズと、前記ビームスプ
リッタで分岐されたもう一方の光束を集光する第２の集
光レンズと、前記被検物上に前記対物レンズの焦点位置
が合っている場合において前記ビームスプリッタによる
一方の光束が前記第１の集光レンズで集光される位置の
前側に設置された第１の２分割センサーと、前記被検物
上に前記対物レンズの焦点位置が合っている場合におい
て前記ビームスプリッタによるもう一方の光束が前記第
２の集光レンズで集光される位置の後側に、前記第１の
２分割センサーと光学的に同じ傾きで設置された第２の
２分割センサーとを備えていることを特徴とする焦点検
知装置。 - 【請求項７】 前記信号処理回路は、前記第１の２分割
センサーを成す２つの受光部からの出力信号をそれぞれ
ａ１，ａ２とし、前記第２の２分割センサーを成す２つ
の受光部のうち前記のａ１を出力する受光部と光学的に
等価な位置にある受光部からの出力信号をｂ１、前記の
ａ２を出力する受光部と光学的に等価な位置にある受光
部からの出力信号をｂ２とするとき、Ｆ＝（ａ１−ａ
２）−（ｂ２−ｂ１）の信号を出力することを特徴とす
る請求項６に記載の焦点検知装置。
Priority Applications (4)
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|---|---|---|---|
| JP2000057073A JP3414689B2 (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | 焦点合わせ方法および焦点検知装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000057073A JP3414689B2 (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | 焦点合わせ方法および焦点検知装置 |
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|---|---|
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Family
ID=18577931
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|---|---|---|---|
| JP2000057073A Expired - Fee Related JP3414689B2 (ja) | 2000-03-02 | 2000-03-02 | 焦点合わせ方法および焦点検知装置 |
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| JP4482342B2 (ja) * | 2004-01-30 | 2010-06-16 | 株式会社湯山製作所 | 錠剤収納取出装置 |
| JP4668581B2 (ja) * | 2004-10-27 | 2011-04-13 | オリンパス株式会社 | 手術用顕微鏡 |
| JP6522529B2 (ja) * | 2016-01-18 | 2019-05-29 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | マスク検査方法およびマスク検査装置 |
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| JPH043335A (ja) | 1990-04-20 | 1992-01-08 | Ricoh Co Ltd | 光ピックアップ装置 |
| JP3237023B2 (ja) | 1992-05-08 | 2001-12-10 | 株式会社ニコン | 位置検出装置 |
| JP3374413B2 (ja) * | 1992-07-20 | 2003-02-04 | 株式会社ニコン | 投影露光装置、投影露光方法、並びに集積回路製造方法 |
| US5483079A (en) * | 1992-11-24 | 1996-01-09 | Nikon Corporation | Apparatus for detecting an in-focus position of a substrate surface having a movable light intercepting member and a thickness detector |
| JP3265504B2 (ja) * | 1993-10-12 | 2002-03-11 | 株式会社ニコン | 露光方法及び装置、並びに半導体素子の製造方法 |
| JP3538948B2 (ja) | 1995-03-13 | 2004-06-14 | ヤマハ株式会社 | 半導体ウェハの露光方法 |
| JP3550580B2 (ja) * | 1995-08-29 | 2004-08-04 | 株式会社ニコン | 合焦装置を備えた顕微鏡 |
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2000
- 2000-03-02 JP JP2000057073A patent/JP3414689B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-02-21 US US09/789,647 patent/US6664524B2/en not_active Expired - Fee Related
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- 2001-03-02 KR KR10-2001-0010725A patent/KR100408903B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
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| US20010019100A1 (en) | 2001-09-06 |
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