JP4550863B2 - Automatic focusing device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体リソグラフィ装置や半導体検査装置などに用いられる自動焦点合わせ装置に係わり、特に半導体基板やガラス基板などの被検物の表面に対物レンズの焦点を合わせるための自動焦点合わせ装置に関する。   The present invention relates to an automatic focusing apparatus used in a semiconductor lithography apparatus, a semiconductor inspection apparatus, and the like, and more particularly to an automatic focusing apparatus for focusing an objective lens on the surface of a test object such as a semiconductor substrate or a glass substrate.

半導体基板に回路パターンを転写するリソグラフィ装置、半導体集積回路のパターンを検査する欠陥検査装置などの光学装置においては、回路パターンサイズと同じかそれ以下の高い解像度が必要とされる。このため、半導体基板などの被検物と対物レンズとの距離を一定に保つ自動焦点合わせ装置が必須となり、この自動焦点合わせ装置の高精度化が要求されている。   In an optical apparatus such as a lithography apparatus that transfers a circuit pattern to a semiconductor substrate and a defect inspection apparatus that inspects a pattern of a semiconductor integrated circuit, a high resolution equal to or smaller than the circuit pattern size is required. For this reason, an automatic focusing device that maintains a constant distance between an object such as a semiconductor substrate and the objective lens is essential, and high accuracy of the automatic focusing device is required.

従来の自動焦点合わせ装置として、光梃子方式がある(例えば、特許文献2参照)。この装置では、被検物の表面に対して斜め方向から光を照射し、被検物からの反射光を受光センサで検出し、受光センサの検出出力を高さ方向の位置変位情報に変換することにより高さ位置が測定される。そして、測定信号をステージの制御回路にフィードバックすることにより、被検物と主光学系の相対距離を高精度に保つことができる。   As a conventional automatic focusing apparatus, there is an optical lever system (for example, see Patent Document 2). In this apparatus, the surface of the test object is irradiated with light from an oblique direction, the reflected light from the test object is detected by the light receiving sensor, and the detection output of the light receiving sensor is converted into position displacement information in the height direction. Thus, the height position is measured. Then, by feeding back the measurement signal to the stage control circuit, the relative distance between the test object and the main optical system can be maintained with high accuracy.

また、別の方式として作動ピンホール型がある(例えば、特許文献2参照)。この装置では、被検物の表面で反射された光を受光レンズにより集光すると共に、ビームスプリッタにより2つの光路に分岐し、第1の光路には受光レンズの焦点より前にピンホール及び受光センサを設置し、第2の光路には受光レンズの焦点より後にピンホール及び受光センサを設置し、各々の受光センサで得られる信号の電気的な差/和を演算することにより、被検物の高さを測定することができる。   As another method, there is an operating pinhole type (see, for example, Patent Document 2). In this apparatus, the light reflected by the surface of the test object is collected by the light receiving lens and branched into two optical paths by the beam splitter. The first optical path has a pinhole and light receiving before the focal point of the light receiving lens. A sensor is installed, a pinhole and a light receiving sensor are installed in the second optical path after the focal point of the light receiving lens, and an electrical difference / sum of signals obtained by the respective light receiving sensors is calculated, whereby a test object is obtained. Can be measured.

しかしながら、この種の自動焦点合わせ装置を使用したところ、次のような問題が発生した。即ち、被検物を載置したステージを水平方向に移動しながら被検物の表面の高さ位置を検出する際に、本来の被検物の表面形状の変化を上回る急峻な変化が生じてしまう問題が生じた。   However, when this type of automatic focusing apparatus is used, the following problems occur. That is, when the height position of the surface of the test object is detected while moving the stage on which the test object is placed in the horizontal direction, a steep change exceeding the change in the surface shape of the original test object occurs. The problem that ends.

この問題に対して本発明者らが検討した結果、光源波長と同程度の線幅を有する微細パターンに対し、パターン面と入射光の間の入射角θがある値を超えた時に、反射光の反射スポット位置がシフトする現象が生じるのを見出した。これは、パターンの空間周期と入射角と波長が特定の関係を満たす際に発生する共鳴現象が原因である。このような反射スポットのシフトは、受光センサ面において焦点位置の移動と見なされるため、位置検出回路の出力はスポット位置の移動量に比例して変化し、被検物の高さを検出する際に大きな誤差となる。
特開平6−102011号公報 特開平5−297262号公報
As a result of examination by the present inventors on this problem, when the incident angle θ between the pattern surface and the incident light exceeds a certain value for a fine pattern having a line width comparable to the light source wavelength, the reflected light It has been found that the phenomenon of the reflection spot position shifting occurs. This is due to a resonance phenomenon that occurs when the spatial period, incident angle, and wavelength of the pattern satisfy a specific relationship. Since this reflection spot shift is regarded as a movement of the focal position on the light receiving sensor surface, the output of the position detection circuit changes in proportion to the amount of movement of the spot position, and the height of the test object is detected. It becomes a big error.
JP-A-6-102011 JP-A-5-297262

このように、従来の自動焦点合わせ装置においては、被検物上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に、反射光のスポット位置変化が変化し、これに伴い測定誤差が発生するという問題があった。   As described above, in the conventional automatic focusing apparatus, when a light beam is incident on a fine pattern having a line width comparable to the light source wavelength on the test object, the spot position change of the reflected light changes. Along with this, there was a problem that a measurement error occurred.

本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、被検物上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に生じる、反射光のスポット位置変化に起因する測定誤差を抑制することができ、焦点合わせの信頼性向上をはかり得る自動焦点合わせ装置を提供することにある。   The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and the object of the present invention is a reflection that occurs when a light beam is incident on a fine pattern having a line width comparable to the wavelength of the light source on the test object. An object of the present invention is to provide an automatic focusing apparatus that can suppress measurement errors caused by changes in the spot position of light and can improve the reliability of focusing.

上記課題を解決するために本発明は、次のような構成を採用している。   In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.

即ち本発明は、水平方向及び高さ方向に移動可能なステージに保持された被検物の表面に対物レンズの焦点を合わせるための自動焦点合わせ装置であって、前記被検物の表面に斜め方向からスポット状の光を照射する照射光学系と、前記被検物の表面からの反射光を分岐させるビームスプリッタと、前記分岐された反射光の一方を検出する第1の光検出素子と、前記分岐された反射光の他方を検出し、該反射光の所定方向の偏光成分を検出する第2の光検出素子と、前記第1の光検出素子で得られた電気信号から前記被検物の高さ方向位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路で得られる位置検出信号をリアルタイムでモニタし、前記ステージの水平方向の移動に伴う位置検出信号の単位時間当たりの変化量が所定レベルを超え、且つ前記第2の光検出素子で得られる電気信号の強度が所定の正常範囲を超えた場合に、前記位置検出信号から前記被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する補正回路と、前記補正回路を介して得られる位置検出信号に基づいて、前記ステージの高さ方向位置を制御するステージ制御回路と、を具備してなることを特徴とする。 That is, the present invention is an automatic focusing apparatus for focusing an objective lens on the surface of an object held on a stage movable in a horizontal direction and a height direction, and is oblique to the surface of the object. An irradiation optical system for irradiating spot-like light from a direction, a beam splitter for branching reflected light from the surface of the test object, a first photodetector for detecting one of the branched reflected light , detecting the other of the branched reflected light, a second photodetector for detecting the predetermined direction of the polarization component of the reflected light, the test object from an electrical signal obtained by the first light detecting element The position detection circuit for detecting the position in the height direction of the stage and the position detection signal obtained by the position detection circuit are monitored in real time, and the amount of change per unit time of the position detection signal accompanying the horizontal movement of the stage is predetermined. Beyond the level and A correction circuit for correcting an excess amount exceeding a value corresponding to the surface shape of the test object from the position detection signal when the intensity of the electrical signal obtained by the second photodetection element exceeds a predetermined normal range. And a stage control circuit for controlling the position in the height direction of the stage based on a position detection signal obtained via the correction circuit.

また本発明は、水平方向及び高さ方向に移動可能なステージに保持された被検物の表面に対物レンズの焦点を合わせるための自動焦点合わせ装置であって、前記被検物の表面に斜め方向からスポット状の光を照射する照射光学系と、前記被検物の表面に斜め方向から入射する光を略円偏光とするための第1の波長板と、前記被検物の表面からの反射光を略直線偏光とするための第2の波長板と、前記第2の波長板を通して得られる反射光を前記第2の波長板の偏光方向に沿った成分と該偏光方向と直交する成分とに分岐する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプリッタを介して得られる前記第2の波長板の偏光方向に沿った成分の光を検出する第1の光検出素子と、前記偏光ビームスプリッタを介して得られる前記第2の波長板の偏光方向と直交する成分の光を検出する第2の光検出素子と、前記第1の光検出素子で得られた電気信号から前記被検物の高さ方向位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路で得られる位置検出信号をリアルタイムでモニタし、前記ステージの水平方向の移動に伴う位置検出信号の単位時間当たりの変化量が所定レベルを超え、且つ前記第2の光検出素子で得られた電気信号が所定値を超える場合に、前記位置検出信号から前記被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する補正回路と、前記補正回路を介して得られる位置検出信号に基づいて、前記ステージの高さ方向位置を制御するステージ制御回路と、を具備してなることを特徴とする。   The present invention also provides an automatic focusing device for focusing an objective lens on the surface of a test object held on a stage movable in a horizontal direction and a height direction, wherein the objective lens is focused on the surface of the test object. An irradiation optical system for irradiating spot-like light from the direction, a first wave plate for making light incident on the surface of the test object from an oblique direction into a substantially circularly polarized light, and from the surface of the test object A second wave plate for making the reflected light substantially linearly polarized light, a reflected light obtained through the second wave plate, a component along the polarization direction of the second wave plate, and a component orthogonal to the polarization direction A polarization beam splitter that branches into the first wavelength detector, a first light detection element that detects light of a component along the polarization direction of the second wave plate obtained through the polarization beam splitter, and the polarization beam splitter. Of the second wave plate obtained by A second light detection element for detecting light of a component orthogonal to the direction, a position detection circuit for detecting a height direction position of the test object from an electrical signal obtained by the first light detection element, The position detection signal obtained by the position detection circuit is monitored in real time, the amount of change per unit time of the position detection signal accompanying the horizontal movement of the stage exceeds a predetermined level, and is obtained by the second light detection element. A correction circuit for correcting an excess exceeding a value corresponding to the surface shape of the test object from the position detection signal when the electrical signal exceeds a predetermined value, and a position detection signal obtained via the correction circuit And a stage control circuit for controlling the position of the stage in the height direction.

また本発明は、水平方向及び高さ方向に移動可能なステージに保持された被検物の表面に対物レンズの焦点を合わせるための自動焦点合わせ装置であって、前記被検物の表面に斜め方向からスポット状の光を照射する照射光学系と、前記被検物の表面に斜め方向から入射する光を略円偏光とするための波長板と、前記被検物の表面からの反射光を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反射光を偏光方向が相互に直交する第1及び第2の光に分岐する第1の偏光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他方の反射光を偏光方向が相互に直交し、且つ前記第1及び第2の光とは偏光方向が45度異なる第3及び第4の光に分岐する第2の偏光ビームスプリッタと、前記第1の光を検出する第1の光検出素子と、前記第2の光を検出する第2の光検出素子と、前記第3の光を検出する第3の光検出素子と、前記第4の光を検出する第4の光検出素子と、第1から第4の光検出素子で得られた複数の電気信号を入力し、信号の変化量が最小の電気信号を選択的に処理し、前記被検物の高さ方向位置を検出する位置検出回路と、前記位置検出回路の出力に基づいて、前記ステージの高さ方向位置を制御するステージ制御回路と、を具備してなることを特徴とする。   The present invention also provides an automatic focusing device for focusing an objective lens on the surface of a test object held on a stage movable in a horizontal direction and a height direction, wherein the objective lens is focused on the surface of the test object. An irradiation optical system for irradiating spot-like light from a direction, a wave plate for making light incident on the surface of the test object from an oblique direction into substantially circularly polarized light, and reflected light from the surface of the test object A beam splitter that branches in two directions, a first polarization beam splitter that splits one reflected light branched by the beam splitter into first and second lights whose polarization directions are orthogonal to each other, and the beam splitter A second polarization beam splitter for branching the other reflected light into a third and a fourth light whose polarization directions are orthogonal to each other and whose polarization direction is 45 degrees different from that of the first and second lights; , Detecting the first light A first light detecting element, a second light detecting element for detecting the second light, a third light detecting element for detecting the third light, and a second light detecting element for detecting the fourth light. 4 and a plurality of electrical signals obtained by the first to fourth photodetectors are input, and an electrical signal with a minimum amount of signal change is selectively processed to increase the height of the test object. A position detection circuit for detecting a vertical position and a stage control circuit for controlling a height direction position of the stage based on an output of the position detection circuit are provided.

本発明によれば、位置検出信号の急峻な変化を検知し、被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する補正回路を設ける、又は複数の光検出素子を設け、反射光のスポット位置変化が最も少ない光検出素子を選択することにより、被検物上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に生じる、反射光のスポット位置変化に起因する測定誤差を抑制することができる。これにより、測定の信頼性向上をはかることが可能となり、半導体リソグラフィ装置や半導体検査装置における信頼性の向上をはかることができる。   According to the present invention, a correction circuit that detects an abrupt change in the position detection signal and corrects an excess exceeding a value corresponding to the surface shape of the object to be detected is provided, or a plurality of light detection elements are provided to provide reflected light. This is due to the change in the reflected light spot position that occurs when a light beam is incident on a fine pattern with the same line width as the light source wavelength on the test object by selecting the light detection element with the smallest spot position change. Measurement error can be suppressed. Thereby, it is possible to improve the reliability of measurement, and it is possible to improve the reliability of the semiconductor lithography apparatus and the semiconductor inspection apparatus.

以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。   The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

(参考例)
被検物の高さの変化や被検物を設置する試料ステージの振動周期が緩やかな場合、被検物表面の高さ変化は物理的な変位であるため、一般に変位信号変化の周波数は低い。これに対して、反射光のスポット位置変位に起因する信号誤差の信号変化の周波数は、被検物の高さ変動と比較して高く、変化が急峻である。従って、高い周波数成分或いは急峻な信号変化を検出することにより、反射光スポット位置変位に因る信号誤差の発生を検知することができる。そして、その信号誤差成分を除去することにより、焦点位置静定精度を高めることができる。
(Reference example)
In general, the frequency of the displacement signal change is low because the height change of the surface of the test object is a physical displacement when the change in the height of the test object or the oscillation cycle of the sample stage where the test object is placed is gentle. . On the other hand, the frequency of the signal change of the signal error caused by the spot position displacement of the reflected light is higher than the height fluctuation of the test object, and the change is steep. Therefore, by detecting a high frequency component or a steep signal change, it is possible to detect the occurrence of a signal error due to the reflected light spot position displacement. Then, by removing the signal error component, it is possible to improve the focus position stabilization accuracy.

図1は、このような考えに基づく本発明の参考例に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図である。この装置は、被検物上のパターンを検査するためのパターン欠陥検査装置に適用したもので、被検物表面の相対距離を測定する位置検出機構と、被検物を設置し被検物の位置を制御するステージ制御機構を有する。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to a reference example of the present invention based on such an idea. This apparatus is applied to a pattern defect inspection apparatus for inspecting a pattern on a test object. A position detection mechanism that measures the relative distance of the test object surface, and a test object is installed to detect the pattern of the test object. A stage control mechanism for controlling the position is provided.

ステージ制御機構は、被検物8を載置したステージ9とステージ制御回路7からなる。ステージ制御回路7は、後述する位置検出回路6で得た位置信号を元に、クローズドループを形成し、被検物8の表面と対物レンズ2の距離を一定に保つようにステージ9を制御する。ステージ9は、ステージ制御回路7の制御に従い、圧電素子等によって被検物8の位置を高さ方向(Z方向)に変位させる。また、被検物8の表面全体を検査するために、ステージ9は水平方向(XY方向)に移動可能となっている。   The stage control mechanism includes a stage 9 on which an object 8 is placed and a stage control circuit 7. The stage control circuit 7 forms a closed loop based on the position signal obtained by the position detection circuit 6 described later, and controls the stage 9 so as to keep the distance between the surface of the test object 8 and the objective lens 2 constant. . The stage 9 displaces the position of the test object 8 in the height direction (Z direction) by a piezoelectric element or the like according to the control of the stage control circuit 7. In order to inspect the entire surface of the test object 8, the stage 9 is movable in the horizontal direction (XY direction).

位置検出機構は、光源1,対物レンズ2,投光レンズ3,ミラー25,受光レンズ4,受光センサ(光検出素子)5,位置検出回路6,及び信号補正回路20などからなる。光源1から放射された光束は、投光レンズ3,対物レンズ2を介して被検物8の表面側のパターン面に斜めに入射され、スポット状の光源像を結像する。光源1には、例えばレーザーダイオードが用いられる。被検物8からの反射光は、対物レンズ2,ミラー25,受光レンズ4を介して受光センサ5に結像される。受光センサ5からの出力信号は位置検出回路6に入力され、この回路6より出力された位置信号は信号補正回路20において誤差を補正され、ステージ制御回路7へ入力される。   The position detection mechanism includes a light source 1, an objective lens 2, a light projecting lens 3, a mirror 25, a light receiving lens 4, a light receiving sensor (light detecting element) 5, a position detecting circuit 6, a signal correcting circuit 20, and the like. The light beam emitted from the light source 1 is incident on the pattern surface on the surface side of the test object 8 through the light projecting lens 3 and the objective lens 2 and forms a spot-like light source image. As the light source 1, for example, a laser diode is used. The reflected light from the test object 8 is imaged on the light receiving sensor 5 through the objective lens 2, the mirror 25, and the light receiving lens 4. An output signal from the light receiving sensor 5 is input to the position detection circuit 6, and the position signal output from the circuit 6 is corrected in the signal correction circuit 20 and input to the stage control circuit 7.

位置検出回路6は、受光センサ5からの出力信号を基に2次光源の重心位置、或いは光量分布を算出させることにより、被検物パターン面の位置を検出する。なお、本参考例では、受光センサ5としてラインセンサを用いているが、4分割センサなどを用いても良い。位置検出回路6と信号補正回路20は一体として構成しても良い。   The position detection circuit 6 detects the position of the test object pattern surface by calculating the position of the center of gravity of the secondary light source or the light quantity distribution based on the output signal from the light receiving sensor 5. In this reference example, a line sensor is used as the light receiving sensor 5, but a quadrant sensor or the like may be used. The position detection circuit 6 and the signal correction circuit 20 may be integrated.

受光センサ5は、受光面の光量分布に依存する2つの信号Ia,Ibを出力する。位置検出回路20では、信号ノイズのフィルタリングを行ったのちに、加算回路,減算回路,及び割算回路により(Ia−Ib)/(Ia+Ib)の演算を行う。差(Ia−Ib)は位置信号に比例する値であるが、光束の光量に依存する。従って、和(Ia+Ib)で割り算を行い、規格化を行っている。これが、被検物8の表面の高さ位置を示す位置検出信号になる。   The light receiving sensor 5 outputs two signals Ia and Ib depending on the light amount distribution on the light receiving surface. In the position detection circuit 20, after filtering the signal noise, the calculation of (Ia−Ib) / (Ia + Ib) is performed by the addition circuit, the subtraction circuit, and the division circuit. The difference (Ia−Ib) is a value proportional to the position signal, but depends on the amount of light flux. Therefore, the division is performed by the sum (Ia + Ib) for normalization. This is a position detection signal indicating the height position of the surface of the test object 8.

信号補正回路20は、位置検出回路6で得た位置検出信号の補正を行う。ステージ制御回路7に被検物8の変位が入力されてからステージ9が応答するまでの平均的な静定時間は、スポット位置の異常変位に伴う信号変化期間より長い。従って、反射光のスポット位置の異常変位が生じてから一定時間はステージ9が即座に応答しないため、位置検出信号に急峻な変化が現れる。この急峻な信号変化は被検物8の高さ変位や被検物8の表面形状に対応する位置検出信号の変化よりも大きい。従って、この位置検出信号の急峻な変化を観測(単位時間当たりの変化量が所定レベルを超えたことを検知)することにより、反射光スポット位置の異常変位を検知することができる。   The signal correction circuit 20 corrects the position detection signal obtained by the position detection circuit 6. The average settling time from when the displacement of the test object 8 is input to the stage control circuit 7 until the stage 9 responds is longer than the signal change period associated with the abnormal displacement of the spot position. Therefore, since the stage 9 does not respond immediately for a certain period after the abnormal displacement of the spot position of the reflected light occurs, a steep change appears in the position detection signal. This steep signal change is larger than the change in the position detection signal corresponding to the height displacement of the test object 8 and the surface shape of the test object 8. Therefore, by observing a steep change in the position detection signal (detecting that the amount of change per unit time exceeds a predetermined level), an abnormal displacement of the reflected light spot position can be detected.

信号補正回路20では、位置検出信号とフィードバック目標値の差を監視し、その差が被検物8の表面形状を想定した所定の閾値を超えた場合に、異常と検知する。そして、異常を検知すると、信号補正回路20は位置検出信号から、所定のアルゴリズムに基づき、信号の異常変位を補正した信号を出力する。   The signal correction circuit 20 monitors the difference between the position detection signal and the feedback target value, and detects an abnormality when the difference exceeds a predetermined threshold assuming the surface shape of the test object 8. When an abnormality is detected, the signal correction circuit 20 outputs a signal obtained by correcting the abnormal displacement of the signal based on a predetermined algorithm from the position detection signal.

より具体的には本参考例では、次のアルゴリズムを用いている。異常検出後のある時間フィードバック目標値を出力し、位置検出信号の変化率が所定の値に収まった時の位置検出信号とフィードバック目標値の差をオフセットとする。その後、算出されたオフセット値を減算することで、異常変位の成分のみを取り除くことができる。その他のアルゴリズムとして、位置検出信号を微分演算し、所定の閾値を越えた場合に、フィードバック目標値を出力する方法など、種々の手段を用いることができる。   More specifically, this reference example uses the following algorithm. A feedback target value is output for a certain time after abnormality detection, and the difference between the position detection signal and the feedback target value when the rate of change of the position detection signal falls within a predetermined value is used as an offset. Thereafter, by subtracting the calculated offset value, only the abnormal displacement component can be removed. As other algorithms, various means such as a method of differentiating the position detection signal and outputting a feedback target value when a predetermined threshold value is exceeded can be used.

このように本参考例によれば、位置検出信号の急峻な変化を検知し、被検物8の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する信号補正回路20を設けることにより、被検物8上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に生じる、反射光のスポット位置変化に起因する測定誤差を抑制することができる。従って、光源波長より小さいパターンサイズで生じる反射光スポットの異常変位の影響を抑え、高い信頼性で焦点合わせを行うことができる。   As described above, according to the present reference example, by providing the signal correction circuit 20 that detects an abrupt change in the position detection signal and corrects an excess amount exceeding the value corresponding to the surface shape of the test object 8, A measurement error caused by a change in the spot position of reflected light, which occurs when a light beam is incident on a fine pattern having a line width comparable to the light source wavelength on the object 8, can be suppressed. Therefore, the influence of the abnormal displacement of the reflected light spot generated with a pattern size smaller than the light source wavelength can be suppressed, and focusing can be performed with high reliability.

(第1の実施の形態)
本発明者らは、反射光のスポット位置異常変位と反射光の偏光状態に相関があることを見出した。図2に、反射光の偏光状態を測定する偏光センサの信号強度とスポット位置変位との相関関係を示す。この図に示されるように、スポット位置の異常変位が生じているときの反射光の偏光状態は、通常の状態と比較して崩れている。従って、反射光の偏光状態を測定し、偏光状態の変化と急峻な信号変化の検出を同時に満たした場合に、補正処理を行うような判定を行うことにより、補正処理が誤動作する可能性を低減することができる。このように反射光の偏光状態を測定することにより、補正の確度を高めることができる。
(First embodiment)
The present inventors have found that there is a correlation between the spot position abnormal displacement of the reflected light and the polarization state of the reflected light. FIG. 2 shows the correlation between the signal intensity of the polarization sensor that measures the polarization state of the reflected light and the spot position displacement. As shown in this figure, the polarization state of the reflected light when the spot position is abnormally displaced is broken compared to the normal state. Therefore, if the polarization state of reflected light is measured and the detection of the change in polarization state and the detection of a steep signal change are satisfied at the same time, the possibility of the correction process malfunctioning is reduced by making a determination to perform the correction process. can do. Thus, by measuring the polarization state of the reflected light, the accuracy of correction can be increased.

図3は、このような考えに基づく本発明の第1の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。   FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to the first embodiment of the present invention based on such an idea. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

ステージ制御機構は、参考例と同様に、ステージ制御回路7とステージ9から構成されている。位置検出機構は、参考例の構成に加え、ビームスプリッタ11と偏光検出機構26が設けられている。   The stage control mechanism includes a stage control circuit 7 and a stage 9 as in the reference example. The position detection mechanism is provided with a beam splitter 11 and a polarization detection mechanism 26 in addition to the configuration of the reference example.

光源1から放射された光束は、参考例と同様に、投光レンズ3,対物レンズ2を介して被検物8のパターン面に斜めに入射されて、スポット状の光源像を結像する。被検物8からの反射光は、対物レンズ2、ミラー25、受光レンズ4、ビームスプリッタ11を介して受光センサ5に結像される。   Similar to the reference example, the light beam emitted from the light source 1 is incident obliquely on the pattern surface of the test object 8 through the light projection lens 3 and the objective lens 2 to form a spot-like light source image. The reflected light from the test object 8 is imaged on the light receiving sensor 5 through the objective lens 2, the mirror 25, the light receiving lens 4, and the beam splitter 11.

ここで、反射光光束は、受光センサ5へ入射する前にビームスプリッタ11によって2つに分岐され、分岐された一方の光束は偏光検出機構26へ入射される。偏光検出機構26としては、所定方向の偏光成分を検出できるものであれば良く、例えば偏光板と光センサで構成することができる。受光センサ5からの出力信号は位置検出回路6で位置検出信号に変化され、信号補正回路20で誤差成分を除去されて、ステージ制御回路7に入力される。   Here, the reflected light beam is branched into two by the beam splitter 11 before entering the light receiving sensor 5, and one of the branched beams is incident on the polarization detection mechanism 26. The polarization detection mechanism 26 may be any mechanism that can detect a polarization component in a predetermined direction. For example, the polarization detection mechanism 26 may include a polarizing plate and an optical sensor. An output signal from the light receiving sensor 5 is changed to a position detection signal by the position detection circuit 6, an error component is removed by the signal correction circuit 20, and is input to the stage control circuit 7.

信号補正回路20は、位置検出回路6で求めた位置検出信号の補正を行う。信号補正回路20では、位置検出信号とフィードバック目標値の差を監視し、その差が被検物8の表面形状を想定した所定の閾値を超え、かつ偏光検出機構26から入力される偏光情報信号が許容範囲を外れた場合に、異常と検知する。異常を検知すると、信号補正回路20は位置検出信号から、所定のアルゴリズムに基づき、信号の異常変位を補正した信号を出力する。具体的な補正のアルゴリズムとしては、参考例と同様にすればよい。なお、偏光検出機構26で得られる偏光情報信号のみで確実に異常を検知できる場合は、位置検出信号とフィードバック目標値の差の監視を不要とすることも可能である。   The signal correction circuit 20 corrects the position detection signal obtained by the position detection circuit 6. The signal correction circuit 20 monitors the difference between the position detection signal and the feedback target value, and the difference exceeds a predetermined threshold assuming the surface shape of the test object 8, and the polarization information signal input from the polarization detection mechanism 26. Is detected as abnormal when the value is outside the allowable range. When the abnormality is detected, the signal correction circuit 20 outputs a signal obtained by correcting the abnormal displacement of the signal from the position detection signal based on a predetermined algorithm. A specific correction algorithm may be the same as in the reference example. In addition, when abnormality can be detected reliably only with the polarization information signal obtained by the polarization detection mechanism 26, it is possible to eliminate the need to monitor the difference between the position detection signal and the feedback target value.

このように本実施形態によれば、位置検出信号の急峻な変化を検知し、被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する信号補正回路20に加え、スポット位置の異常変位が生じているときに検出出力が変化する偏光検出機構26を設けることにより、先の参考例と同様の効果が得られるのは勿論のこと、異常をより確実に検知することができ、より信頼性の高い焦点合わせを行うことができる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the signal correction circuit 20 that detects an abrupt change in the position detection signal and corrects an excess amount exceeding the value corresponding to the surface shape of the test object, the spot position abnormal displacement is detected. By providing the polarization detection mechanism 26 that changes the detection output when the light is generated, the same effect as in the previous reference example can be obtained, and the abnormality can be detected more reliably and more reliably. Highly accurate focusing can be performed.

(第2の実施の形態)
本発明者らは、被検物の表面の高さを測る表面センサとは別に、被検物の裏面の高さ変位を測定する裏面センサを設置する方法を考案した。被検物の高さが変位した場合、表面センサと裏面センサの両方に同じ変位信号が観察される。表面センサが測定する反射光位置に異常な変位が生じた場合は、表面センサは変位を観測するが、裏面センサは変位を観測しない。従って、表面センサと裏面センサの測定値を常時比較し、表面センサで得た信号変化を、裏面センサが検知しない場合に表面センサの補正を行うことにより、誤動作の可能性を抑え、補正の確度を上げることができる。
(Second Embodiment)
The present inventors have devised a method of installing a back surface sensor that measures the height displacement of the back surface of the test object separately from the surface sensor that measures the height of the surface of the test object. When the height of the test object is displaced, the same displacement signal is observed on both the front surface sensor and the back surface sensor. When an abnormal displacement occurs in the reflected light position measured by the front surface sensor, the front surface sensor observes the displacement, but the back surface sensor does not observe the displacement. Therefore, by constantly comparing the measured values of the front and back sensors, and correcting the front sensor when the back sensor does not detect the signal change obtained by the front sensor, the possibility of malfunction is suppressed and the accuracy of the correction Can be raised.

図4は、このような考えに基づく本発明の第3の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。   FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to the third embodiment of the present invention based on such an idea. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

ステージ制御機構は、参考例と同様に、ステージ制御回路7とステージ9から抗せ得されている。位置検出機構は、被検物8のパターン面(表面)と裏面それぞれの高さを測定する2系統からなる。本実施形態では2系統の検出機構は、パターン面と裏面で同じ方式であるが、それぞれ別方式の検出法を用いることができる。表面側の位置検出機構は参考例と同様であり、裏面側の位置検出機構は、光源27,対物レンズ28,投光レンズ29,ミラー30,受光レンズ31,受光センサ15からなる。各々の受光センサ5,15からの信号は位置検出回路6に同時に入力され、それぞれの位置検出信号が得られる。   The stage control mechanism is resisted by the stage control circuit 7 and the stage 9 as in the reference example. The position detection mechanism includes two systems for measuring the height of the pattern surface (front surface) and the back surface of the test object 8. In the present embodiment, the two detection mechanisms have the same method on the pattern surface and the back surface, but different detection methods can be used. The position detection mechanism on the front side is the same as that in the reference example, and the position detection mechanism on the back side includes a light source 27, an objective lens 28, a light projection lens 29, a mirror 30, a light receiving lens 31, and a light receiving sensor 15. Signals from the respective light receiving sensors 5 and 15 are simultaneously input to the position detection circuit 6 to obtain respective position detection signals.

信号補正回路20は、位置検出回路6で得られた位置検出信号の補正を行う。信号補正回路20では、表面の受光センサ5による位置検出信号とフィードバック目標値の差を監視し、その差が被検物の表面形状を想定した所定の閾値を超えた場合に表面センサ信号の異常を検出する。そして、表面の受光センサ5と裏面の受光センサ15の位置測定値を常時比較し、表面の受光センサ5で得た信号変化を裏面の裏面の受光センサ15が検知しない場合のみに、異常とみなす。センサ信号異常時は、信号補正回路20は所定のアルゴリズムに基づいて、位置信号から信号の異常変位を補正した信号を出力する。具体的な補正のアルゴリズムとしては、参考例と同様にすればよい。なお、受光センサ5,15による各々の位置検出信号の差のみで確実に異常を検知できる場合は、位置検出信号とフィードバック目標値の差の監視を不要とすることも可能である。   The signal correction circuit 20 corrects the position detection signal obtained by the position detection circuit 6. The signal correction circuit 20 monitors the difference between the position detection signal from the surface light receiving sensor 5 and the feedback target value, and if the difference exceeds a predetermined threshold assuming the surface shape of the test object, the surface sensor signal is abnormal. Is detected. Then, the position measurement values of the front side light receiving sensor 5 and the rear side light receiving sensor 15 are always compared, and the signal change obtained by the front side light receiving sensor 5 is regarded as abnormal only when the rear side light receiving sensor 15 does not detect it. . When the sensor signal is abnormal, the signal correction circuit 20 outputs a signal obtained by correcting the abnormal displacement of the signal from the position signal based on a predetermined algorithm. A specific correction algorithm may be the same as in the reference example. If an abnormality can be reliably detected only by the difference between the position detection signals from the light receiving sensors 5 and 15, monitoring of the difference between the position detection signal and the feedback target value can be made unnecessary.

このように本実施形態によれば、位置検出信号の急峻な変化を検知し、被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する信号補正回路20を設けると共に、被検物8の両面を測定し比較することにより、反射光スポットの異常変位の検出精度を上げることができ、その結果、補正の信頼性を高めることができる。   As described above, according to the present embodiment, the signal correction circuit 20 that detects an abrupt change in the position detection signal and corrects an excess exceeding the value corresponding to the surface shape of the test object is provided, and the test object 8 By measuring and comparing the two surfaces, it is possible to increase the detection accuracy of the abnormal displacement of the reflected light spot, and as a result, the correction reliability can be increased.

(第3の実施の形態)
第2の実施形態で説明した被検物からの反射光の偏光状態を測定する手段として、波長板と偏光ビームスプリッタを用いる方法を考えた。被検物にパターンがない状態で、受光センサ5に入射する被検物8からの反射光の偏光状態がほぼ直線偏光となるように波長板を調整する。従って、通常は偏光センサの方には殆ど光が入射しない。
(Third embodiment)
As a means for measuring the polarization state of the reflected light from the test object described in the second embodiment, a method using a wavelength plate and a polarizing beam splitter was considered. The wavelength plate is adjusted so that the polarization state of the reflected light from the test object 8 incident on the light receiving sensor 5 is substantially linearly polarized in a state where the test object has no pattern. Therefore, normally, almost no light is incident on the polarization sensor.

この状態で反射光の偏光状態に崩れが生じると、偏光センサに入射する光量が増加する。従って、偏光センサに入射する光の強度を測定することにより、反射光の偏光の状態をリアルタイムに測定することができる。従って、受光センサの信号を位置検出回路に入力し、信号補正回路において偏光センサの信号が閾値を越えたときに被検物の凹凸による信号変化を上回る急峻な変化を補正する。その結果、補正が過剰にかかってしまう可能性を大幅に抑えることができ、反射光スポット位置の異常変位を、高い信頼性で補正することができる。   If the polarization state of the reflected light is disrupted in this state, the amount of light incident on the polarization sensor increases. Accordingly, by measuring the intensity of light incident on the polarization sensor, the polarization state of the reflected light can be measured in real time. Therefore, the signal of the light receiving sensor is input to the position detection circuit, and when the signal of the polarization sensor exceeds the threshold value in the signal correction circuit, the steep change exceeding the signal change due to the unevenness of the test object is corrected. As a result, the possibility of excessive correction can be greatly suppressed, and abnormal displacement of the reflected light spot position can be corrected with high reliability.

図5は、このような考えに基づく本発明の第4の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。   FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention based on such an idea. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

ステージ制御機構は、参考例と同様に、ステージ制御回路7とステージ9からなる。位置検出機構は、第2の実施形態の構成に加え、波長板41,42、波長板16,17、偏光ビームスプリッタ18、偏光センサ19からなる。   The stage control mechanism includes a stage control circuit 7 and a stage 9 as in the reference example. The position detection mechanism includes wave plates 41 and 42, wave plates 16 and 17, a polarization beam splitter 18, and a polarization sensor 19 in addition to the configuration of the second embodiment.

光源1から放射された光束は、投光レンズ3、波長板41,42、及び対物レンズ2を介して被検物のパターン面に斜めに入射されて、スポット状の光源像を結像する。波長板41,42はそれぞれλ/2板,λ/4板からなり、被検物8へ入射する際の偏光状態がほぼ円偏光となるように調節されている。被検物8からの反射光は、対物レンズ2、ミラー25、波長板16,17、受光レンズ4、及び偏光ビームスプリッタ18を介して受光センサ5と偏光センサ19に結像される。波長板16,17はそれぞれλ/2板,λ/4板からなり、被検物8の表面にパターンがないときの偏光状態が、ほぼ直線偏光となるように調節されている。偏光ビームスプリッタ18は、被検物8の表面にパターンがないときに、受光センサ5の光量が最大となるように設置される。   The light beam emitted from the light source 1 is incident on the pattern surface of the test object obliquely via the light projection lens 3, the wave plates 41 and 42, and the objective lens 2 to form a spot-like light source image. The wave plates 41 and 42 are λ / 2 plates and λ / 4 plates, respectively, and are adjusted so that the polarization state when entering the test object 8 is almost circularly polarized light. The reflected light from the test object 8 is imaged on the light receiving sensor 5 and the polarization sensor 19 via the objective lens 2, the mirror 25, the wave plates 16 and 17, the light receiving lens 4, and the polarization beam splitter 18. The wave plates 16 and 17 are λ / 2 plates and λ / 4 plates, respectively, and are adjusted so that the polarization state when there is no pattern on the surface of the test object 8 is substantially linearly polarized light. The polarization beam splitter 18 is installed so that the light quantity of the light receiving sensor 5 is maximized when there is no pattern on the surface of the test object 8.

このような構成にすることにより、反射光の偏光状態が通常か変化した場合にのみ、偏光ビームスプリッタ18で分岐した光束が偏光センサ19に入射する。受光センサ5からの出力信号は位置検出回路6に入力され、この回路6は信号補正回路20に位置検出信号を出力する。   With such a configuration, the light beam branched by the polarization beam splitter 18 enters the polarization sensor 19 only when the polarization state of the reflected light is normal or changed. An output signal from the light receiving sensor 5 is input to the position detection circuit 6, and this circuit 6 outputs a position detection signal to the signal correction circuit 20.

信号補正回路20では、位置検出回路6で得た位置検出信号の補正を行う。信号補正回路20では、位置検出信号とフィードバック目標値の差を監視し、その差が被検物の表面形状を想定した所定の閾値を超え、かつ偏光センサ19から得た信号が許容範囲を外れた場合に、異常と検知する。異常を検知すると、信号補正回路20は位置信号から、所定のアルゴリズムに基づいて信号の誤差成分を補正し、ステージ制御回路7へ位置検出信号を出力する。具体的な補正のアルゴリズムとしては、参考例と同様にすればよい。なお、偏光センサ19で得られる信号のみで確実に異常を検知できる場合は、位置検出信号とフィードバック目標値の差の監視を不要とすることも可能である。   The signal correction circuit 20 corrects the position detection signal obtained by the position detection circuit 6. The signal correction circuit 20 monitors the difference between the position detection signal and the feedback target value, the difference exceeds a predetermined threshold assuming the surface shape of the test object, and the signal obtained from the polarization sensor 19 is out of the allowable range. If an error occurs, it is detected as abnormal. When an abnormality is detected, the signal correction circuit 20 corrects an error component of the signal based on a predetermined algorithm from the position signal, and outputs a position detection signal to the stage control circuit 7. A specific correction algorithm may be the same as in the reference example. In addition, when abnormality can be detected reliably only with the signal obtained by the polarization sensor 19, it is possible to make it unnecessary to monitor the difference between the position detection signal and the feedback target value.

このように本実施形態によれば、位置検出信号の急峻な変化を検知し、被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する信号補正回路20に加え、スポット位置の異常変位が生じているときに検出出力が変化する偏光センサ19を設けることにより、先の第2の実施形態と同様の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, in addition to the signal correction circuit 20 that detects an abrupt change in the position detection signal and corrects an excess amount exceeding the value corresponding to the surface shape of the test object, the spot position abnormal displacement is detected. By providing the polarization sensor 19 whose detection output changes when the phenomenon occurs, the same effect as in the second embodiment can be obtained.

(第4の実施の形態)
被検物からの反射光のスポット位置の異常変位は、入射光の入射角度にも依存する。従って、図6に示すように被検物8に複数の角度から光束を入射し、それぞれの光束に対応して光学経路と受光センサを設けることにより、被検物8上のパターンの影響が最小限に止まった信号を得ることができる。被検物8の高さ変位は、各光束に対応する受光センサの信号に等しく反映するため、受光センサの内で最も信号変化の少ない信号を選択することにより、反射光スポット位置の異常な変位の影響を抑えることができる。
(Fourth embodiment)
The abnormal displacement of the spot position of the reflected light from the test object also depends on the incident angle of the incident light. Therefore, as shown in FIG. 6, the light beam is incident on the test object 8 from a plurality of angles, and the optical path and the light receiving sensor are provided corresponding to each light beam, so that the influence of the pattern on the test object 8 is minimized. It is possible to obtain a signal that is limited. Since the height displacement of the test object 8 is equally reflected in the signal of the light receiving sensor corresponding to each light beam, an abnormal displacement of the reflected light spot position is selected by selecting a signal with the least signal change among the light receiving sensors. The influence of can be suppressed.

図7は、このような考えに基づく本発明の第5の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。   FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention based on such an idea. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

ステージ制御機構は、参考例と同様に、ステージ制御回路7とステージ9からなる。位置検出機構としては、入射角度の異なる2系統が設けられている。即ち、位置検出機構は、光源1、ビームスプリッタ11、ミラー32,33、投光レンズ3,34、対物レンズ2、ミラー25,35,36、受光レンズ4,37、受光センサ5,15、位置検出回路6からなる。   The stage control mechanism includes a stage control circuit 7 and a stage 9 as in the reference example. As the position detection mechanism, two systems having different incident angles are provided. That is, the position detection mechanism includes the light source 1, the beam splitter 11, the mirrors 32 and 33, the light projection lenses 3 and 34, the objective lens 2, the mirrors 25, 35 and 36, the light reception lenses 4 and 37, the light reception sensors 5 and 15, the position. It comprises a detection circuit 6.

光源1から放射された光束はビームスプリッタ11で分岐され、一方の分岐光は投光レンズ34,対物レンズ2を通して被検物8のパターン面に斜めに入射され、他方の分岐光はミラー32,投光レンズ3,ミラー33を通して被検物8のパターン面に斜めに入射され、それぞれスポット状の光源像を結像する。それぞれの光束の被検物8への入射角度は、前記図6に示すように互いに異なる角度となるように設定する。   The light beam emitted from the light source 1 is branched by the beam splitter 11, and one branched light is obliquely incident on the pattern surface of the test object 8 through the light projecting lens 34 and the objective lens 2, and the other branched light is mirror 32, The light is incident obliquely on the pattern surface of the test object 8 through the light projection lens 3 and the mirror 33, and forms a spot-like light source image. The incident angles of the respective light beams on the test object 8 are set to be different from each other as shown in FIG.

本実施形態では、分岐した光束の一つは対物レンズ2の外側から被検物に入射するが、対物レンズ2を通る光路を取ることもできる。被検物8からの反射光は、対物レンズ2,ミラー25,受光レンズ4を介して受光センサ5に、或いはミラー35,ミラー36,受光レンズ37を介して受光センサ15に、それぞれ結像される。受光センサ5,15からの出力信号は、同時に位置検出回路6に入力され、この回路6はステージ制御回路7に位置信号を出力する。   In the present embodiment, one of the branched light beams enters the test object from the outside of the objective lens 2, but an optical path passing through the objective lens 2 can also be taken. The reflected light from the test object 8 is imaged on the light receiving sensor 5 via the objective lens 2, the mirror 25 and the light receiving lens 4, or on the light receiving sensor 15 via the mirror 35, the mirror 36 and the light receiving lens 37. The Output signals from the light receiving sensors 5 and 15 are simultaneously input to the position detection circuit 6, which outputs a position signal to the stage control circuit 7.

位置検出回路6は、センサ5,15のそれぞれの検出信号に基づいた位置検出と共に、何れかの位置検出信号を選択する選択機能を有している。より具体的には、受光センサ5,15で得られる各信号に基づいて位置検出を行い、各々の位置検出信号の時間的変化が少ない方を選択する、又は受光センサ5,15で得られる各信号のうち信号変化の少ない方を選択して位置検出を行うようになっている。   The position detection circuit 6 has a selection function for selecting one of the position detection signals as well as position detection based on the detection signals of the sensors 5 and 15. More specifically, position detection is performed based on each signal obtained by the light receiving sensors 5 and 15, and the position detection signal having a smaller temporal change is selected, or each of the light receiving sensors 5 and 15 is obtained. The position detection is performed by selecting the signal with less signal change.

次に、位置検出回路6はそれぞれの受光センサ5,15から得た位置信号の選択を行う。位置検出回路6において、受光センサ5,15からの入力信号は、変化量が最も小さい信号が選択され、ステージ制御回路7へ出力される。これによって、反射光束スポット位置の異常変位による信号変化を除去し、自動焦点動作を正常に行うことができる。   Next, the position detection circuit 6 selects position signals obtained from the respective light receiving sensors 5 and 15. In the position detection circuit 6, the signal having the smallest amount of change is selected as the input signal from the light receiving sensors 5 and 15 and is output to the stage control circuit 7. As a result, the signal change due to the abnormal displacement of the reflected light beam spot position can be removed, and the autofocus operation can be performed normally.

このように本実施形態によれば、入射角度の異なる複数の位置検出機構を設け、反射光のスポット位置変化が最も少ないセンサの検出信号を選択することにより、被検物8上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に生じる、反射光のスポット位置変化に起因する測定誤差を抑制することができる。従って、参考例と同様の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, by providing a plurality of position detection mechanisms having different incident angles and selecting the detection signal of the sensor with the smallest spot position change of the reflected light, the light source wavelength on the test object 8 can be determined. It is possible to suppress a measurement error caused by a change in the spot position of reflected light, which occurs when a light beam is incident on a fine pattern having the same line width. Therefore, the same effect as the reference example can be obtained.

なお、先にも説明したように、光源波長と同程度の線幅を有する微細パターンに対し、図14に示すようにパターン面と入射光の間の入射角θがある値を超えた時に、反射光の反射スポット位置が図15に示すようにシフトする現象が観測される。これは、パターンの空間周期と入射角と波長が特定の関係を満たす際に発生する共鳴現象が原因である。従って、本実施形態のように入射角度を変えることにより、センサへの影響が異なることは容易に理解される。つまり、反射光のスポット位置変化が最も少ないセンサの検出信号を選択することは、上記の共鳴現象が生じていないセンサ出力を選択することになり、これにより精度の高い焦点合わせが可能になる。   As described above, for a fine pattern having a line width comparable to the light source wavelength, when the incident angle θ between the pattern surface and the incident light exceeds a certain value as shown in FIG. A phenomenon that the reflected spot position of the reflected light shifts as shown in FIG. 15 is observed. This is due to a resonance phenomenon that occurs when the spatial period, incident angle, and wavelength of the pattern satisfy a specific relationship. Therefore, it is easily understood that the influence on the sensor is different by changing the incident angle as in the present embodiment. That is, selecting the detection signal of the sensor with the least change in the spot position of the reflected light selects the sensor output in which the above-described resonance phenomenon does not occur, thereby enabling highly accurate focusing.

(第5の実施の形態)
被検物表面からの反射光のスポット位置の異常変位は、被検物上のパターンの向きに対する入射光の入射方向に依存する。従って、図8に示すように被検物8に複数の方向から光束を入射し、それぞれの光束に対応する受光センサを設けることにより、被検物8上のパターンの影響を最小限に抑えた信号を得ることができる。被検物8の高さ変位は、各光束に対応する受光センサの信号に等しく反映されるため、受光センサの内で最も信号変化の少ない信号を選択することにより、反射光スポット位置の異常な変位の影響を抑えることができる。
(Fifth embodiment)
The abnormal displacement of the spot position of the reflected light from the surface of the test object depends on the incident direction of the incident light with respect to the pattern direction on the test object. Therefore, as shown in FIG. 8, the influence of the pattern on the test object 8 is minimized by providing light beams to the test object 8 from a plurality of directions and providing light receiving sensors corresponding to the respective light beams. A signal can be obtained. Since the height displacement of the test object 8 is equally reflected in the signal of the light receiving sensor corresponding to each light beam, by selecting a signal with the least signal change among the light receiving sensors, the reflected light spot position is abnormal. The influence of displacement can be suppressed.

図9は、このような考えに基づく本発明の第6の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図である。なお、図7と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。   FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention based on such an idea. The same parts as those in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

基本的な構成は前記図7に示した第5の実施形態と同じであり、2つの位置検出機構が入射角度ではなく入射方向が異なるものとなっている。   The basic configuration is the same as that of the fifth embodiment shown in FIG. 7, and the two position detection mechanisms are different in incident direction instead of incident angle.

このような構成であっても、反射光のスポット位置変化が最も少ないセンサの検出信号を選択することにより、被検物8上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に生じる、反射光のスポット位置変化に起因する測定誤差を抑制することができる。従って、第5の実施形態と同様の効果が得られる。   Even in such a configuration, by selecting the detection signal of the sensor with the least change in the spot position of the reflected light, the light beam is incident on a fine pattern having a line width comparable to the light source wavelength on the object 8 In this case, it is possible to suppress a measurement error caused by a change in the spot position of reflected light. Therefore, the same effect as the fifth embodiment can be obtained.

(第6の実施の形態)
図10は、本発明の第7の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置の基本構成を示す図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a basic configuration of an automatic focusing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

被検物8の表面からの反射光のスポット位置の異常変位は、反射光の偏光成分によって異なる値を取る。図10に示すように、反射光をビームスプリッタ12で分離し、それぞれの光束をさらに偏光ビームスプリッタ18,21により分離し、分離された光束に各々対応する受光センサ5,22,23,24を用いる。2つの偏光ビームスプリッタ18,21は、最終的に得られる4つの光束の偏光方向が互いに90°或いは45°異なる向きになるように設置する。被検物8の高さ変位は、各光束に対応する各受光センサ5,21,22,23の信号に等しく反映する。従って、受光センサ5,21,22,23の内で最も信号変化の少ない信号を選択すると、反射光のスポット位置の異常変位の影響が最小である信号を得る。このようにして、反射光スポット位置の異常な変位の影響を抑えることができる。   The abnormal displacement of the spot position of the reflected light from the surface of the test object 8 takes different values depending on the polarization component of the reflected light. As shown in FIG. 10, the reflected light is separated by the beam splitter 12, and the respective light beams are further separated by the polarization beam splitters 18, 21, and the light receiving sensors 5, 22, 23, 24 corresponding to the separated light beams are provided. Use. The two polarizing beam splitters 18 and 21 are installed so that the polarization directions of the finally obtained four light beams are different from each other by 90 ° or 45 °. The height displacement of the test object 8 is equally reflected in the signals of the light receiving sensors 5, 21, 22, and 23 corresponding to the light beams. Accordingly, when the signal with the smallest signal change is selected from the light receiving sensors 5, 21, 22, and 23, a signal having the minimum influence of the abnormal displacement of the spot position of the reflected light is obtained. In this way, the influence of abnormal displacement of the reflected light spot position can be suppressed.

図11は、上記の自動焦点合わせ装置をより具体的に示す概略構成図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。   FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing the above-described automatic focusing apparatus more specifically. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

ステージ制御機構は、参考例と同様に、ステージ制御回路7とステージ9からなる。位置検出機構は、光源1、対物レンズ2、投光レンズ3、波長板41,42、ミラー25、受光レンズ4、ビームスプリッタ38、偏光ビームスプリッタ18,21、受光センサ5,22,23,24、位置検出回路6からなる。   The stage control mechanism includes a stage control circuit 7 and a stage 9 as in the reference example. The position detection mechanism includes a light source 1, an objective lens 2, a light projecting lens 3, wave plates 41 and 42, a mirror 25, a light receiving lens 4, a beam splitter 38, polarizing beam splitters 18 and 21, and light receiving sensors 5, 22, 23 and 24. The position detection circuit 6 is provided.

光源1から放射された光束は、投光レンズ3、波長板41,42、対物レンズ2を介して被検物8のパターン面に斜めに入射されて、スポット状の光源像を結像する。波長板41,42はそれぞれλ/2板,λ/4板からなり、被検物8へ入射する際の偏光状態がほぼ円偏光となるように調節されている。被検物8からの反射光は、対物レンズ2、ミラー25、受光レンズ4、ビームスプリッタ38、偏光ビームスプリッタ18,21を介して受光センサ5,22,23,24に結像される。被検物8からの反射光はビームスプリッタ38と偏光ビームスプリッタ18,21によって、偏光方向が互いに90°或いは45°異なる4つの光束に分離されるように設定されている。より具体的には、例えば受光センサ5で0°、受光センサ22で90°、受光センサ24で45°、受光センサ23で135°の偏光光が検出されるものとなっている。なお、本実施形態では、受光センサとしてラインセンサを用いているが、4分割センサなどを用いても良い。   The light beam emitted from the light source 1 is incident on the pattern surface of the test object 8 through the light projecting lens 3, the wave plates 41 and 42, and the objective lens 2 to form a spot-like light source image. The wave plates 41 and 42 are λ / 2 plates and λ / 4 plates, respectively, and are adjusted so that the polarization state when entering the test object 8 is almost circularly polarized light. The reflected light from the test object 8 is imaged on the light receiving sensors 5, 22, 23, and 24 via the objective lens 2, the mirror 25, the light receiving lens 4, the beam splitter 38, and the polarization beam splitters 18 and 21. The reflected light from the test object 8 is set by the beam splitter 38 and the polarization beam splitters 18 and 21 so as to be separated into four light beams whose polarization directions are different from each other by 90 ° or 45 °. More specifically, for example, polarized light of 0 ° is detected by the light receiving sensor 5, 90 ° by the light receiving sensor 22, 45 ° by the light receiving sensor 24, and 135 ° by the light receiving sensor 23. In this embodiment, a line sensor is used as the light receiving sensor, but a quadrant sensor or the like may be used.

位置検出回路6は、受光センサ5,22,23,24それぞれに対する位置信号から一つを選択する。受光センサ5,22,23,24からの入力信号は比較され、変化量が最も小さい信号が選択されてステージ制御回路7へ出力される。受光センサ5,22,23,24は偏光方向が互いに90°或いは45°異なる光束を受光する。即ち、反射光束スポットの異常シフトは、反射光の偏光方向に依存するため、最も小さい信号変化を選択することにより、誤差の少ない信号を取り出すことができる。このような構成により、反射光束スポット位置の異常変位による信号変化を除去し、自動焦点動作を正常に行うことができる。   The position detection circuit 6 selects one from position signals for the light receiving sensors 5, 22, 23, and 24. The input signals from the light receiving sensors 5, 22, 23, 24 are compared, and the signal with the smallest change amount is selected and output to the stage control circuit 7. The light receiving sensors 5, 22, 23 and 24 receive light beams whose polarization directions are different from each other by 90 ° or 45 °. In other words, since the abnormal shift of the reflected light beam spot depends on the polarization direction of the reflected light, a signal with less error can be extracted by selecting the smallest signal change. With such a configuration, a signal change due to an abnormal displacement of the reflected light beam spot position can be removed, and the autofocus operation can be performed normally.

このように本実施形態によれば、偏光方向の異なる4つの光をそれぞれ独立した受光センサで検出し、反射光束のスポット位置変化が最も少ないセンサの検出信号を選択することにより、被検物8上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に生じる、反射光のスポット位置変化に起因する測定誤差を抑制することができる。従って、参考例と同様の効果が得られる。   As described above, according to the present embodiment, the four light beams having different polarization directions are detected by the independent light receiving sensors, and the detection signal of the sensor having the smallest change in the spot position of the reflected light beam is selected. It is possible to suppress a measurement error caused by a change in the spot position of reflected light, which occurs when a light beam is incident on a fine pattern having a line width comparable to the upper light source wavelength. Therefore, the same effect as the reference example can be obtained.

(第7の実施の形態)
微細パターンにおける反射光のスポット移動の現象は、入射光の入射方向とパターン方向の成す角度φと密接な関係にある。φ=0の場合、入射方向に対しては繰り返しの構造がないため、反射光のスポット移動が発生しない。また、入射方向φの時とφ+πのときはスポット位置移動量が同一で、移動方向が反転する結果となる。このため、前述の集光光学系においては、φ=0の成分ではピント位置が変わらず、φ=π/2成分ではピント位置が変化することから、非点収差が発生していると見ることができる。非点収差の方向及び程度を測定することで、誤差発生の測定及び誤差低減が実現できる。本実施形態では、受光センサとして面型センサを用いることでビーム形状の確認が可能となり、非点収差の測定及び誤差の低減を行うことができる。
(Seventh embodiment)
The phenomenon of spot movement of reflected light in a fine pattern is closely related to the angle φ formed by the incident direction of incident light and the pattern direction. When φ = 0, since there is no repetitive structure in the incident direction, spot movement of reflected light does not occur. Further, when the incident direction is φ and φ + π, the amount of movement of the spot position is the same and the moving direction is reversed. For this reason, in the above-described condensing optical system, it is considered that astigmatism occurs because the focus position does not change with the component of φ = 0, and the focus position changes with the component of φ = π / 2. Can do. By measuring the direction and degree of astigmatism, measurement of error generation and error reduction can be realized. In this embodiment, it is possible to confirm the beam shape by using a surface sensor as the light receiving sensor, and it is possible to measure astigmatism and reduce errors.

図12は、このような考えに基づく本発明の第8の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図である。なお、図1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。   FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to the eighth embodiment of the present invention based on such an idea. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 1 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.

光源1には、例えば波長600〜700nmのレーザーダイオードを使用する。光源1から放射された光はコリメータレンズ10によってコリメートされたのち、ビームスプリッタ11を透過し、対物レンズ2によって被検物8の表面上に集光される。被検物8で反射された光は再び対物レンズ2を透過し、ビームスプリッタ11で反射された後、受光レンズ4によって集光される。受光レンズ4の直後にはビームスプリッタ12が配置されており、光は2つの光路に分岐される。第1の光路には受光レンズ4の焦点より前に面受光センサ(CCD等からなる2次元のエリアセンサ)39が設置され、第2の光路には受光レンズ4の焦点より後に面受光センサ40が設置される。面受光センサとは、CCD等からなる2次元のエリアセンサである。面受光センサ39,40によって得られたセンサ信号は位置検出回路6に入力される。位置検出回路6では入力されたセンサ信号を処理し、後述するアルゴリズムで演算した後、被検物8の高さ信号を出力する。ここでいう面受光センサは例えばCCDであり、ビームの強度分布を電気信号で出力できるものであれば良い。   As the light source 1, for example, a laser diode having a wavelength of 600 to 700 nm is used. The light emitted from the light source 1 is collimated by the collimator lens 10, passes through the beam splitter 11, and is collected on the surface of the test object 8 by the objective lens 2. The light reflected by the test object 8 is transmitted again through the objective lens 2, reflected by the beam splitter 11, and then collected by the light receiving lens 4. A beam splitter 12 is disposed immediately after the light receiving lens 4, and the light is branched into two optical paths. A surface light receiving sensor (a two-dimensional area sensor composed of a CCD or the like) 39 is installed in the first optical path before the focal point of the light receiving lens 4, and the surface light receiving sensor 40 is disposed in the second optical path after the focal point of the light receiving lens 4. Is installed. The surface light receiving sensor is a two-dimensional area sensor composed of a CCD or the like. Sensor signals obtained by the surface light receiving sensors 39 and 40 are input to the position detection circuit 6. The position detection circuit 6 processes the input sensor signal, calculates it with an algorithm described later, and then outputs a height signal of the test object 8. The surface light receiving sensor here is, for example, a CCD and may be any sensor that can output the intensity distribution of the beam as an electric signal.

位置検出のアルゴリズムは、例えば以下の原理に基づく。図13(a)に示すように、非点収差が無く、焦点位置が面受光センサ39と40の中間に位置しているとき、両センサから得られるビーム形状は同一となる。一方、図13(b)に示すように、微細なパターンでビームスポット位置変動が発生すると、L/Sの方向と直交する方向でピントずれが発生するため、面受光センサ39,40で得られるビーム形状は楕円となる。もし、L/S方向が図中yに相当し、ピントずれが図中+方向であると仮定したとき、面受光センサ39で得られるビーム形状はx方向を短軸とした楕円となり、面受光センサ40で得られるビーム形状はy方向を短軸とした楕円となる。また、ピントずれは+方向と仮定しているため、面受光センサ39で得られるビーム形状の楕円率の方が大きくなる。   The position detection algorithm is based on the following principle, for example. As shown in FIG. 13A, when there is no astigmatism and the focal position is located between the surface light receiving sensors 39 and 40, the beam shapes obtained from both sensors are the same. On the other hand, as shown in FIG. 13B, when the beam spot position fluctuation occurs in a fine pattern, the focus shift occurs in the direction orthogonal to the L / S direction, so that it can be obtained by the surface light receiving sensors 39 and 40. The beam shape is an ellipse. If it is assumed that the L / S direction corresponds to y in the figure and the focus shift is in the + direction in the figure, the beam shape obtained by the surface light receiving sensor 39 becomes an ellipse with the x direction as the short axis, The beam shape obtained by the sensor 40 is an ellipse whose minor axis is the y direction. Further, since it is assumed that the focus shift is in the + direction, the ellipticity of the beam shape obtained by the surface light receiving sensor 39 is larger.

これらのことから、面受光センサ39と40で得られるビーム形状の楕円率を比較し、楕円率の大きい方の長軸方向のビーム径は誤差を含んでいないと判断することができる。面受光センサ39で得られるビーム形状の短軸方向はy方向であるため、面受光センサ39及び40で得られるビーム形状のy方向のビーム径は誤差を含まず、両センサのy方向ビーム径の比を計算することで被検物の正確な高さを求めることができる。つまり、誤差の無い方向の認識を、上述の方法では面受光センサ39,40で得られるビーム形状の楕円率の大小比較を行うことで実現している。これは、予めセンサ39及び40の中心に焦点が位置していることが前提となっている。そのため、被検物8の高さを上下する機構を設けて、これに対して高さ信号に基づくサーボ動作を行う場合に簡単に実現できる。つまり、サーボの目標値を焦点位置がセンサ間の中心に位置するように設定することで、その状態を維持できるからである。   From these facts, the ellipticity of the beam shape obtained by the surface light receiving sensors 39 and 40 is compared, and it can be determined that the beam diameter in the major axis direction with the larger ellipticity does not include an error. Since the minor axis direction of the beam shape obtained by the surface light receiving sensor 39 is the y direction, the beam diameter in the y direction of the beam shape obtained by the surface light receiving sensors 39 and 40 does not include an error, and the y direction beam diameter of both sensors. By calculating the ratio, it is possible to obtain the exact height of the test object. That is, the recognition of the direction with no error is realized by comparing the ellipticity of the beam shape obtained by the surface light receiving sensors 39 and 40 in the above method. This presupposes that the focal point is located in the center of the sensors 39 and 40 in advance. Therefore, it can be easily realized when a mechanism for raising and lowering the height of the test object 8 is provided and a servo operation based on the height signal is performed. That is, by setting the servo target value so that the focal position is located at the center between the sensors, the state can be maintained.

このような原理に基づき、具体的な処理の流れは例えば以下のようになる。まず、被検物8上で微細なパターンが無いと分かっている位置に光を照射し、2つの面受光センサ39,40で得られた信号を位置検出回路6で取り込む。位置検出回路6で任意の方向でビーム径を算出し、センサ39,40のビーム径の差/和を演算し、この値に基づいてサーボ動作を開始する。その後、位置検出回路6は面受光センサ39,40で得られるビーム形状の楕円率を常時監視する。予め楕円率に対してある閾値を設定しておき、一方のセンサ画像の楕円率が閾値を超えたとき、位置検出回路6はその楕円の長軸方向φを求める。その後、面受光センサ39,40のφ方向のビーム径を算出し、それらの差/和を演算し、この値をサーボ信号として出力する。その後、位置検出回路6は楕円率の監視を常時行い、面受光センサ39.40の楕円率を比較し、楕円率の大きい方の長軸方向φのビーム径を面受光センサ39,40の双方で算出し、それらの差/和をサーボ信号として出力する動作を続ける。   Based on such a principle, a specific processing flow is as follows, for example. First, the position detection circuit 6 captures signals obtained by the two surface light receiving sensors 39 and 40 by irradiating light on a position where it is known that there is no fine pattern on the test object 8. The position detection circuit 6 calculates the beam diameter in an arbitrary direction, calculates the difference / sum of the beam diameters of the sensors 39 and 40, and starts the servo operation based on this value. Thereafter, the position detection circuit 6 constantly monitors the ellipticity of the beam shape obtained by the surface light receiving sensors 39 and 40. A threshold value is set in advance for the ellipticity, and when the ellipticity of one sensor image exceeds the threshold value, the position detection circuit 6 obtains the major axis direction φ of the ellipse. Thereafter, the beam diameters in the φ direction of the surface light receiving sensors 39 and 40 are calculated, their difference / sum is calculated, and this value is output as a servo signal. Thereafter, the position detection circuit 6 constantly monitors the ellipticity, compares the ellipticity of the surface light receiving sensor 39.40, and determines the beam diameter in the major axis direction φ with the larger ellipticity to both the surface light receiving sensors 39, 40. The operation of outputting the difference / sum as a servo signal is continued.

このように本実施形態によれば、被検物8からの反射光を2つの分岐し、一方の光を焦点より前方で受光し、他方の光を焦点より後方で受光し、作動ピンホール型と同じ原理で位置検出を行い、且つセンサ画像の楕円率が閾値を超えたとき、楕円率の大きい方の長軸方向のビーム径に基づいて位置検出を行うことにより、被検物8上の光源波長と同程度の線幅を持つ微細パターンに光束を入射した場合に生じる、反射光のスポット位置変化に起因する測定誤差を抑制することができる。従って、参考例と同様の効果が得られる。   Thus, according to the present embodiment, the reflected light from the test object 8 is branched into two, one light is received in front of the focal point, and the other light is received behind the focal point. When the position detection is performed based on the beam diameter in the major axis direction with the larger ellipticity when the ellipticity of the sensor image exceeds the threshold, the position detection is performed on the object 8 It is possible to suppress a measurement error caused by a change in the spot position of reflected light, which occurs when a light beam is incident on a fine pattern having a line width comparable to the light source wavelength. Therefore, the same effect as the reference example can be obtained.

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。実施形態では、被検物の表面のパターンを検査するパターン欠陥検査装置に適用した例を説明したが、被検物の表面にパターンを転写するリソグラフィ装置に適用することもできる。更には、対物レンズとの焦点合わせが必要となる各種の装置に適用することができる。また、各部の光学部品は、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。   In addition, this invention is not limited to each embodiment mentioned above. In the embodiment, the example in which the pattern defect inspection apparatus that inspects the pattern of the surface of the test object is described has been described. However, the embodiment can be applied to a lithography apparatus that transfers the pattern to the surface of the test object. Furthermore, the present invention can be applied to various devices that require focusing with an objective lens. Moreover, the optical component of each part can be suitably changed according to a specification. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

参考例に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic focusing apparatus concerning a reference example. 反射光を検出する偏光センサの信号強度とスポット位置変位との相関関係を示す図。The figure which shows the correlation with the signal strength of the polarization sensor which detects reflected light, and spot position displacement. 第1の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。1 is a schematic configuration diagram showing an automatic focusing apparatus according to a first embodiment. 第2の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic focusing apparatus concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic focusing apparatus concerning 3rd Embodiment. 異なる入射角で光を照射する様子を示す模式図。The schematic diagram which shows a mode that light is irradiated with a different incident angle. 第4の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic focusing apparatus concerning 4th Embodiment. 異なる入射方向で光を照射する様子を示す模式図。The schematic diagram which shows a mode that light is irradiated in a different incident direction. 第5の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic focusing apparatus concerning 5th Embodiment. 第6の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置の基本構成を示す図。The figure which shows the basic composition of the automatic focusing apparatus concerning 6th Embodiment. 第6の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic focusing apparatus concerning 6th Embodiment. 第7の実施形態に係わる自動焦点合わせ装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic focusing apparatus concerning 7th Embodiment. 位置検出アルゴリズムを表す模式図。The schematic diagram showing a position detection algorithm. パターン面と入射方向及び入射角との関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between a pattern surface, an incident direction, and an incident angle. 反射光スポット位置のシフト現象を示す模式図。The schematic diagram which shows the shift phenomenon of a reflected light spot position.

符号の説明Explanation of symbols

1,27…光源
2,28…対物レンズ
3,29,34…投光レンズ
4,31,37…受光レンズ
5,15,22,23,24…受光センサ
6…位置検出回路
7…ステージ制御回路
8…被検物
9…ステージ
10…コリメータレンズ
11,12…ビームスプリッタ
16,17,41,42…波長板
18,21…偏光ビームスプリッタ
19…偏光センサ
20…信号補正回路
25,30,32,33,35,36,38…ミラー
26…偏光検出機構
39,40…面受光センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,27 ... Light source 2,28 ... Objective lens 3,29,34 ... Light projection lens 4,31,37 ... Light reception lens 5,15,22,23,24 ... Light reception sensor 6 ... Position detection circuit 7 ... Stage control circuit DESCRIPTION OF SYMBOLS 8 ... Test object 9 ... Stage 10 ... Collimator lens 11, 12 ... Beam splitter 16, 17, 41, 42 ... Wave plate 18, 21 ... Polarizing beam splitter 19 ... Polarization sensor 20 ... Signal correction circuit 25, 30, 32, 33, 35, 36, 38 ... mirror 26 ... polarization detection mechanism 39, 40 ... surface sensor

Claims (3)

水平方向及び高さ方向に移動可能なステージに保持された被検物の表面に対物レンズの焦点を合わせるための自動焦点合わせ装置であって、
前記被検物の表面に斜め方向からスポット状の光を照射する照射光学系と、
前記被検物の表面からの反射光を分岐させるビームスプリッタと、
前記分岐された反射光の一方を検出する第1の光検出素子と、
前記分岐された反射光の他方を検出し、該反射光の所定方向の偏光成分を検出する第2の光検出素子と、
前記第1の光検出素子で得られた電気信号から前記被検物の高さ方向位置を検出する位置検出回路と、
前記位置検出回路で得られる位置検出信号をリアルタイムでモニタし、前記ステージの水平方向の移動に伴う位置検出信号の単位時間当たりの変化量が所定レベルを超え、且つ前記第2の光検出素子で得られる電気信号の強度が所定の正常範囲を超えた場合に、前記位置検出信号から前記被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する補正回路と、
前記補正回路を介して得られる位置検出信号に基づいて、前記ステージの高さ方向位置を制御するステージ制御回路と、
を具備してなることを特徴とする自動焦点合わせ装置。
An automatic focusing device for focusing an objective lens on a surface of an object held on a stage movable in a horizontal direction and a height direction,
An irradiation optical system for irradiating the surface of the test object with spot-like light from an oblique direction;
A beam splitter that branches reflected light from the surface of the test object;
A first photodetector for detecting one of the branched reflected light ;
Detecting the other of the branched reflected light, a second photodetector for detecting the predetermined direction of the polarization component of the reflected light,
A position detection circuit for detecting a height direction position of the test object from an electrical signal obtained by the first light detection element;
The position detection signal obtained by the position detection circuit is monitored in real time, the amount of change per unit time of the position detection signal accompanying the horizontal movement of the stage exceeds a predetermined level, and the second light detection element A correction circuit that corrects an excess exceeding a value corresponding to the surface shape of the test object from the position detection signal when the intensity of the obtained electrical signal exceeds a predetermined normal range;
A stage control circuit for controlling the height direction position of the stage based on a position detection signal obtained via the correction circuit;
An automatic focusing apparatus comprising:
水平方向及び高さ方向に移動可能なステージに保持された被検物の表面に対物レンズの焦点を合わせるための自動焦点合わせ装置であって、
前記被検物の表面に斜め方向からスポット状の光を照射する照射光学系と、
前記被検物の表面に斜め方向から入射する光を略円偏光とするための第1の波長板と、
前記被検物の表面からの反射光を略直線偏光とするための第2の波長板と、
前記第2の波長板を通して得られる反射光を前記第2の波長板の偏光方向に沿った成分と該偏光方向と直交する成分とに分岐する偏光ビームスプリッタと、
前記偏光ビームスプリッタを介して得られる前記第2の波長板の偏光方向に沿った成分の光を検出する第1の光検出素子と、
前記偏光ビームスプリッタを介して得られる前記第2の波長板の偏光方向と直交する成分の光を検出する第2の光検出素子と、
前記第1の光検出素子で得られた電気信号から前記被検物の高さ方向位置を検出する位置検出回路と、
前記位置検出回路で得られる位置検出信号をリアルタイムでモニタし、前記ステージの水平方向の移動に伴う位置検出信号の単位時間当たりの変化量が所定レベルを超え、且つ前記第2の光検出素子で得られた電気信号が所定値を超える場合に、前記位置検出信号から前記被検物の表面形状に相当する値を上回る過剰分を補正する補正回路と、
前記補正回路を介して得られる位置検出信号に基づいて、前記ステージの高さ方向位置を制御するステージ制御回路と、
を具備してなることを特徴とする自動焦点合わせ装置。
An automatic focusing device for focusing an objective lens on a surface of an object held on a stage movable in a horizontal direction and a height direction,
An irradiation optical system for irradiating the surface of the test object with spot-like light from an oblique direction;
A first wave plate for making light incident on the surface of the test object from an oblique direction into substantially circularly polarized light;
A second wave plate for making reflected light from the surface of the test object substantially linearly polarized light;
A polarization beam splitter that branches reflected light obtained through the second wave plate into a component along a polarization direction of the second wave plate and a component orthogonal to the polarization direction;
A first light detecting element for detecting light of a component along the polarization direction of the second wave plate obtained through the polarizing beam splitter;
A second photodetector for detecting light of a component orthogonal to the polarization direction of the second wave plate obtained via the polarizing beam splitter;
A position detection circuit for detecting a height direction position of the test object from an electrical signal obtained by the first light detection element;
The position detection signal obtained by the position detection circuit is monitored in real time, the amount of change per unit time of the position detection signal accompanying the horizontal movement of the stage exceeds a predetermined level, and the second light detection element When the obtained electrical signal exceeds a predetermined value, a correction circuit that corrects an excess exceeding a value corresponding to the surface shape of the test object from the position detection signal;
A stage control circuit for controlling the height direction position of the stage based on a position detection signal obtained via the correction circuit;
An automatic focusing apparatus comprising:
水平方向及び高さ方向に移動可能なステージに保持された被検物の表面に対物レンズの焦点を合わせるための自動焦点合わせ装置であって、
前記被検物の表面に斜め方向からスポット状の光を照射する照射光学系と、
前記被検物の表面に斜め方向から入射する光を略円偏光とするための波長板と、
前記被検物の表面からの反射光を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反射光を偏光方向が相互に直交する第1及び第2の光に分岐する第1の偏光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他方の反射光を偏光方向が相互に直交し、且つ前記第1及び第2の光とは偏光方向が45度異なる第3及び第4の光に分岐する第2の偏光ビームスプリッタと、
前記第1の光を検出する第1の光検出素子と、
前記第2の光を検出する第2の光検出素子と、
前記第3の光を検出する第3の光検出素子と、
前記第4の光を検出する第4の光検出素子と、
第1から第4の光検出素子で得られた複数の電気信号を入力し、信号の変化量が最小の電気信号を選択的に処理し、前記被検物の高さ方向位置を検出する位置検出回路と、
前記位置検出回路の出力に基づいて、前記ステージの高さ方向位置を制御するステージ制御回路と、
を具備してなることを特徴とする自動焦点合わせ装置。
An automatic focusing device for focusing an objective lens on a surface of an object held on a stage movable in a horizontal direction and a height direction,
An irradiation optical system for irradiating the surface of the test object with spot-like light from an oblique direction;
A wave plate for making light incident on the surface of the specimen from an oblique direction into substantially circularly polarized light,
A beam splitter that branches reflected light from the surface of the test object in two directions;
A first polarization beam splitter for branching one reflected light branched by the beam splitter into first and second lights whose polarization directions are orthogonal to each other;
The second reflected light branched by the beam splitter is branched into third and fourth lights whose polarization directions are orthogonal to each other and whose polarization directions are 45 degrees different from the first and second lights. A polarizing beam splitter;
A first light detecting element for detecting the first light;
A second light detecting element for detecting the second light;
A third photodetector for detecting the third light;
A fourth photodetector for detecting the fourth light;
A position where a plurality of electrical signals obtained by the first to fourth light detection elements are inputted, an electrical signal having a minimum signal change amount is selectively processed, and a height direction position of the test object is detected. A detection circuit;
A stage control circuit that controls the position in the height direction of the stage based on the output of the position detection circuit;
An automatic focusing apparatus comprising:
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