JP7821685B2 - 撮像装置及びフォーカス調整方法 - Google Patents

Description

本開示は、撮像装置及びフォーカス調整方法に関する。

例えば、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を用いるフォトマスクの欠陥検査では、焦点深度がフォトマスクの自重により発生する撓み量よりも浅いため、フォトマスクの撓みを計測及び算出して、フォトマスクを撮像する際の焦点位置を補正する必要がある。

特許文献１の撮像装置は、フォトマスクのパターンによって、オートフォーカス（ＡＦ）の外れ値が生じるために、パターンのないフォトマスクの外周部の高さを測定し、フォトマスクのパターンのある中央部の曲面を予測している。

特開２０２１－０１８３０７号公報 特開平０４－０６５６１９号公報 特開平０５－０８７５４４号公報 特表２０１７－５１０７９１号公報

フォトマスクにおける外周部の高さ情報からフォトマスクの中央部の高さを予測し、予測したフォトマスクの中央部の高さに焦点位置を補正しても、誤差が大きい場合があり、デフォーカスが生じていた。

本開示の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、デフォーカスを抑制することができる撮像装置及びフォーカス調整方法を提供することである。

本開示に係る撮像装置は、試料の測定面を上方から見た場合の複数の位置に設定された各測定点を取得する測定点取得部と、前記測定面の高さを示す高さ情報を検出する高さ情報検出部と、前記高さ情報検出部が前記測定点の近傍を含む測定領域をスキャンし、前記測定領域における複数の高さ情報を検出するように、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御する駆動制御部と、前記測定領域において検出された前記複数の高さ情報のうち、最頻値を前記測定点の高さ情報とし、前記測定点の前記位置及び前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、複数の測定点の各高さデータを取得する高さデータ取得部と、前記測定面を撮像する撮像部と、を備え、前記駆動制御部は、前記取得した前記複数の測定点の各高さデータに基づいて、前記撮像部のフォーカスを調整する。

上記撮像装置では、前記測定点取得部は、中央領域及び周辺領域を有するマスクを前記試料とし、パターンが形成された前記中央領域に設定された前記複数の測定点を取得し、前記駆動制御部は、前記中央領域における前記パターンの縁を含む前記測定領域において、前記パターンの前記縁が延びる方向に交差する方向に、前記高さ情報検出部がスキャンするように制御してもよい。

上記撮像装置では、前記測定点取得部は、前記周辺領域に設定された前記複数の測定点を取得し、前記駆動制御部は、前記高さ情報検出部が前記周辺領域の前記測定点において前記高さ情報を検出するように、前記高さ情報検出部の前記位置を制御し、前記高さデータ取得部は、前記周辺領域の前記測定点の前記位置及び前記周辺領域の前記測定点で検出された前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、前記周辺領域における前記複数の測定点の各高さデータを取得してもよい。

上記撮像装置では、複数の支持箇所で前記試料を支持するステージと、前記ステージに支持された前記試料のたわみに応じたたわみデータを取得するたわみデータ取得部と、前記複数の測定点において、前記高さデータが示す高さと、前記たわみデータが示す高さとの差分値を算出する差分値算出部と、前記差分値に基づいて、補正データを算出する補正データ算出部と、前記補正データを用いて前記たわみデータを補正することで、前記試料の高さを推定する推定データを算出する推定部と、をさらに備え、前記駆動制御部は、前記試料を撮像するために、前記推定データに基づいて前記フォーカスを調整してもよい。

上記撮像装置では、前記補正データ算出部は、重調和方程式を用いて、前記補正データを算出してもよい。

上記撮像装置では、照明光を発生する照明光源と、前記照明光で照明された前記試料からの光を集光する光学素子と、前記光学素子からの光を検出する検出器と、をさらに備え、前記駆動制御部は、前記推定データの高さを基準として、前記光学素子と前記試料との距離を変えることで、オートフォーカスを行ってもよい。

上記撮像装置では、前記たわみデータが、数値解析により得られてもよい。

本開示に係るフォーカス調整方法は、試料の測定面を上方から見た場合の複数の位置に設定された各測定点を取得するステップと、前記測定面の高さを示す高さ情報を検出する高さ情報検出部が前記測定点の近傍を含む測定領域をスキャンし、前記測定領域における複数の高さ情報を検出するように、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップと、前記測定領域において検出された前記複数の高さ情報のうち、最頻値を前記測定点の高さ情報とし、前記測定点の前記位置及び前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、複数の測定点の各高さデータを取得するステップと、前記取得した前記複数の測定点の各高さデータに基づいて、前記測定面を撮像する撮像部のフォーカスを調整するステップと、を備える。

上記フォーカス調整方法では、設定された各測定点を取得するステップにおいて、中央領域及び周辺領域を有するマスクを前記試料とし、パターンが形成された前記中央領域に設定された前記複数の測定点を取得し、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップにおいて、前記中央領域における前記パターンの縁を含む前記測定領域において、前記パターンの前記縁が延びる方向に交差する方向に、前記高さ情報検出部がスキャンするように制御してもよい。

上記フォーカス調整方法では、設定された各測定点を取得するステップにおいて、前記周辺領域に設定された前記複数の測定点を取得し、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップにおいて、前記高さ情報検出部が前記周辺領域の前記測定点において前記高さ情報を検出するように制御し、前記複数の測定点の各高さデータを取得するステップにおいて、前記周辺領域の前記測定点の前記位置及び前記周辺領域の前記測定点で検出された前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、前記周辺領域における前記複数の測定点の各高さデータを取得してもよい。

上記フォーカス調整方法では、複数の支持箇所を有するステージに支持された前記試料のたわみに応じたたわみデータを取得するステップと、前記複数の測定点において、前記高さデータが示す高さと前記たわみデータが示す高さとの差分値を算出するステップと、前記差分値に基づいて、補正データを算出するステップと、前記補正データを用いて前記たわみデータを補正することで、前記試料の高さを推定する推定データを算出するステップと、をさらに備え、前記測定面を撮像する撮像部のフォーカスを調整するステップにおいて、前記推定データを用いて、フォーカスを調整してもよい。

上記フォーカス調整方法では、前記補正データを算出するステップにおいて、重調和方程式を用いて、前記補正データを算出してもよい。

上記フォーカス調整方法では、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップにおいて、照明光で照明された前記試料からの光を、光学素子を介して検出器が検出し、前記測定面を撮像する撮像部のフォーカスを調整するステップにおいて、前記推定データの高さを基準として、前記光学素子と前記試料との距離を変えることで、オートフォーカスを行ってもよい。

上記フォーカス調整方法では、たわみデータを取得するステップにおいて、前記たわみデータを、数値解析により取得してもよい。

本発明によれば、デフォーカスを抑制することができる撮像装置及びフォーカス調整方法を提供することができる。

実施形態１に係る撮像装置を模式的に例示した構成図である。 実施形態１に係る撮像装置において、処理装置を例示したブロック図である。 実施形態１に係る撮像装置において、支持ピンの配置を例示した上面図である。 実施形態１に係る高さ情報検出部の構成を例示した側面図である。 実施形態１に係る撮像装置において、測定点取得部が取得した測定点を例示した平面図である。 実施形態１に係る撮像装置において、測定点取得部が取得した測定点を例示した平面図である。 比較例に係る撮像装置において、１点ずつ測定した１点測定の場合の高さ情報を例示した平面図であり、高さ情報をグレースケールで示す。 実施形態１に係る撮像装置において、高さ情報検出部が各測定領域で検出した高さ情報を例示したグラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、高さ情報を示す。 実施形態１に係る撮像装置において、高さ情報検出部が検出した図８のＩＸに示す高さ情報を例示したグラフであり、横軸は、高さ情報を示し、縦軸は、頻度を示す。 図１０Ａは、比較例に係る撮像装置において、１点ずつ測定した１点測定により検出した高さ情報を例示した平面図であり、高さ情報をグレースケールで示し、図１０Ｂは、実施形態１に係る撮像装置において、高さ情報検出部が、パターンの縁が延びる方向に対して斜めにスキャンして検出した高さ情報を例示した平面図であり、高さ情報をグレースケールで示す。 実施形態１に係るフォーカス調整方法を例示したフローチャート図である。 実施形態２に係る撮像装置において、処理装置を例示したブロック図である。 実施形態２に係る撮像装置において、たわみデータを例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、たわみ量を示す。 実施形態２に係る撮像装置において、高さ情報検出部が検出した試料の周辺領域における測定点の高さ情報を例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、高さ情報を示す。 実施形態２に係る撮像装置において、補正データ算出部が算出した補正データを例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、変形量を示す。 実施形態２に係る撮像装置において、推定部が推定した推定データを例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、変形量を示す。 実施形態２に係るフォーカス調整方法を例示したフローチャート図である。

以下、本実施形態の具体的構成について図面を参照して説明する。以下の説明は、本開示の好適な実施の形態を示すものであって、本開示の範囲が以下の実施形態に限定されるものではない。以下の説明において、同一の符号が付されたものは実質的に同様の内容を示している。

（実施形態１）
本実施形態の撮像装置は、例えば、試料を撮像する。撮像装置は、検査装置に用いられてもよい。すなわち、検査装置は、撮像装置が試料を撮像した画像（以下、試料画像と呼ぶ。）に基づいて、試料の検査を行ってもよい。試料は、例えば、微細なパターンが形成されたフォトマスクである。なお、試料は、フォトマスクに限らず、微細なパターンが形成された半導体ウェハ等でもよい。検査装置は、試料画像の情報を用いて検査を行う。例えば、検査装置は、試料画像の所定の信号強度を閾値にしたり、試料画像を他の画像と比較したりすることで欠陥を検出する。以下の説明では、半導体装置のフォトリソグラフィ工程に用いられるフォトマスクを試料として説明する。

本実施形態に係る撮像装置及びフォーカス調整方法について図面を参照して説明する。図１は、実施形態１に係る撮像装置を模式的に例示した構成図である。図２は、実施形態１に係る撮像装置において、処理装置を例示したブロック図である。図１及び図２に示すように、撮像装置１は、ステージ１０、撮像部２０、高さ情報検出部３０、及び、処理装置４０を備えている。処理装置４０は、測定点取得部４１、高さデータ取得部４２、及び、駆動制御部４３を備えている。撮像装置１は、試料５０を撮像する。

ここで、撮像装置１の説明の便宜のために、ＸＹＺ直交座標系を導入する。例えば、鉛直方向をＺ軸方向とし、上方を＋Ｚ軸方向、下方を－Ｚ軸方向とする。Ｚ軸方向は、試料５０の厚さ方向と平行な方向である。したがって、Ｚ軸方向は、高さ方向となる。試料５０の上面には、遮光膜などのパターン５１が形成されている。Ｚ軸方向は、試料５０のパターン形成面等の主面の法線方向である。Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、水平方向であり、試料５０のパターン方向と平行な方向である。試料５０がフォトマスクの場合には、試料５０は、上方から見て矩形状でもよい。そして、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、試料５０の端辺と平行な方向となってもよい。なお、ＸＹＺ直交座標系と、鉛直方向及び水平方向と、の関係は、撮像装置１の説明の便宜のために導入されたものであり、実際の撮像装置１の配置方向を限定するものではない。

ステージ１０は、検査対象の試料５０を載置する。ステージ１０は、３次元駆動ステージであり、処理装置４０の駆動制御部４３の制御によって、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に駆動される。なお、駆動制御部４３によるステージ１０の制御は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の制御に限らず、回転方向などの姿勢制御を含んでもよい。

ステージ１０は、台座１１と支持ピン１２とを備えてもよい。台座１１の上面には複数の支持ピン１２が設けられている。つまり、支持ピン１２は、台座１１から＋Ｚ軸方向に突出している。そして、支持ピン１２の上に試料５０が載置される。支持ピン１２の上面が試料５０の下面に当接する。支持ピン１２が試料５０の支持箇所となる。これにより、ステージ１０は、複数の支持箇所で試料５０を支持する。複数の支持ピン１２の高さは一致してもよい。

図３は、実施形態１に係る撮像装置１において、支持ピン１２の配置を例示した上面図である。図３に示すように、例えば、試料５０は、３つの支持ピン１２によって支持されてもよい。試料５０の上面を測定面５３と呼ぶ。試料５０の測定面５３は、中央領域５６及び周辺領域５７を有してもよい。試料５０がフォトマスクの場合には、測定面５３は、フォトマスクのマスク面を含む。その場合には、マスク面は、中央領域５６及び周辺領域５７を有している。マスク面は、パターン形成面を含んでもよい。マスク面の中央領域５６には、パターンが形成されている。マスク面の周辺領域５７には、パターンが形成されていない。

例えば、３つの支持ピン１２は、試料５０の周辺領域５７を下方から支持してもよい。なお、支持ピン１２の個数は３つに限らず、４個以上でもよい。試料５０が３つの支持ピンで支持された場合には、例えば、試料５０は、矩形状の試料５０の右上角、右下角、及び左端辺中央で支持ピン１２によって支持されている。なお、支持ピン１２の配置は、図３に示す配置に限られるものではない。また、支持箇所も３点に限られるものではない。支持ピン１２以外の支持部材で試料５０を支持してもよい。

図１に示すように、撮像部２０は、撮像光学系を構成する。撮像部２０は、試料５０の測定面５３を撮像する。試料５０の測定面５３は、例えば、マスク面等である。撮像部２０は、例えば、光源２１、ビームスプリッタ２２、対物レンズ２３、及び、撮像素子２４を備えている。なお、図１に示す撮像部２０は、適宜、簡略されている。撮像部２０は、上記の構成以外に、レンズ、光スキャナ、ミラー、フィルタ、ビームスプリッタ等の光学素子を有してもよい。また、撮像部２０は、ビームスプリッタ２２等いくつかの部材を有していなくてもよい。例えば、撮像部２０は、コンフォーカル光学系でもよい。

光源２１は、照明光Ｌ１１を発生する。光源２１は、ランプ光源、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源、レーザ光源などである。光源２１からの照明光Ｌ１１は、ビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２は、例えば、ハーフミラーであり、照明光Ｌ１１のほぼ半分を試料５０の方向に反射する。ビームスプリッタ２２で反射した照明光Ｌ１１は、対物レンズ２３に入射する。対物レンズ２３は照明光Ｌ１１を試料５０に集光する。これにより、試料５０のパターン形成面等の測定面５３を照明することができる。対物レンズ２３の光軸ＯＸは、Ｚ軸方向と平行となっている。また、対物レンズ２３の代わりに対物反射鏡などの他の光学素子を用いて、照明光Ｌ１１を集光してもよい。

試料５０の測定面５３で反射した反射光Ｌ１２は、対物レンズ２３で集光されて、ビームスプリッタ２２に入射する。ビームスプリッタ２２は、反射光Ｌ１２のほぼ半分を透過する。ビームスプリッタ２２を透過した反射光Ｌ１２は、撮像素子２４に入射する。よって、試料５０を撮像することができる。また、反射光Ｌ１２を撮像素子２４の受光面に結像するためのレンズなどを設けてもよい。

撮像素子２４は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）カメラやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）センサなどの２次元アレイセンサである。あるいは、撮像素子２４は、ラインセンサ、フォトダイオード、光電子増倍管などの光検出器であってもよい。このように、撮像部２０は、照明光で照明された試料５０からの光を集光する光学素子と、光学素子からの光を検出する検出器と、を備えている。撮像素子２４は、受光量に応じた検出データを処理装置４０に出力する。処理装置４０は、検出データが示す反射輝度値に基づいて、試料５０を検査する。検査する処理については、公知の手法を用いることができるため説明を省略する。

ステージ１０は、駆動ステージであり、試料５０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることができる。処理装置４０の駆動制御部４３が、ステージ１０の駆動を制御している。駆動制御部４３が、ステージ１０をＸ軸方向及びＹ軸方向に移動させることで、試料５０における照明位置を変化させることができる。このため、試料５０の任意の位置を撮像することができ、試料５０の測定面５３の全面を検査することができる。もちろん、駆動制御部４３が、ステージ１０ではなく、撮像部２０を駆動してもよい。すなわち、ステージ１０に対する撮像部２０の相対位置が移動可能になっていればよい。あるいは、光スキャナなどを用いて、照明光Ｌ１１を走査してもよい。

さらに、ステージ１０は、試料５０をＺ軸方向に移動させることができる。これにより、フォーカス位置を試料５０の測定面５３に合わせることができる。つまり、駆動制御部４３が、ステージ１０をＺ軸方向に移動させると、Ｚ軸方向における対物レンズ２３と試料５０との距離が変化する。これにより、フォーカス調整を行うことができる。試料５０の測定面５３にフォーカス（焦点）があった状態で、撮像部２０が試料５０を撮像することができる。よって、試料５０を適切に検査することができる。もちろん、ステージ１０の代わりに、撮像部２０をＺ軸方向に移動させることで、フォーカスを調整してもよい。駆動制御部４３は、ステージ１０または対物レンズ２３を駆動して、フォーカス調整を行う。

次に、高さ情報検出部３０について説明する。高さ情報検出部３０は、試料５０の測定面５３の高さを示す高さ情報を検出する。図４は、実施形態１に係る高さ情報検出部３０の構成を例示した側面図である。ここでは、高さ情報検出部３０が、光てこ方式によって、試料５０の測定面５３の高さ情報を検出している。光てこ方式を用いることで、検出用の特定のパターンがない場合であっても、高さ情報を検出することができる。

高さ情報検出部３０は、Ｚ軸方向における試料５０の測定面５３の位置を高さ情報として検出する。試料５０の測定面５３は、例えば、マスク面である。マスク面は、パターンが形成されたパターン形成面５２を含んでいる。なお、測定面５３は、マスク面に限らず、パターン５１がない場合のマスクの上面や、半導体基板の上面等でもよい。以下では、測定面５３は、パターン形成面５２として説明する。試料５０は、試料５０の自重によるたわみや、膜応力などにより、変形する。つまり、試料５０のパターン形成面５２は、完全な平面にはならない場合がある。このため、高さ情報が示す高さは、ＸＹ座標に応じて変化する。パターン形成面５２の高さ（Ｚ位置）は、ＸＹ座標に応じて変化する。高さ情報検出部３０は、ＸＹ座標に対応付ける高さ情報を検出する。高さ情報検出部３０は、高さ情報を処理装置４０に出力する。

高さ情報検出部３０で検出された高さ情報に基づいて、撮像装置１が、オートフォーカス（ＡＦ）を行っている。具体的には、駆動制御部４３が、高さ情報に基づいて、ステージ１０のＺ位置を調整している。そして、パターン形成面５２にフォーカスが合った状態で、撮像部２０は、試料５０を撮像する。

高さ情報検出部３０は、ＡＦ光源３１、レンズ３２及びレンズ３３、光検出器３４を備えている。図４では、試料５０のパターン形成面５２が基準高さにある場合を実線で示している。一方、試料５０のパターン形成面５２が基準高さからずれている場合を試料５０ａのパターン形成面５２ａとして破線で示している。基準高さは、例えば、撮像部２０における合焦点位置に、試料５０のパターン形成面５２がある高さである。また、図４では、簡略化のため、パターン５１を省略して図示している。

ＡＦ光源３１は、ＡＦ用の光ビームＬ２１を発生する。ＡＦ光源３１は、例えば、ＬＥＤ光源又はレーザダイオードなどの点光源である。ＡＦ光源３１から出射された光ビームＬ２１は、レンズ３２に入射する。レンズ３２は、光ビームＬ２１を試料５０に集光する。ここで、ＡＦ光源３１の光軸は、Ｚ軸から傾いて配置されている。つまり、光ビームＬ２１は、斜め上方向から試料５０に入射している。

試料５０で反射した光ビームＬ２２は、レンズ３３に入射する。なお、レンズ３３と、レンズ３２とは、撮像部２０の光軸ＯＸを挟んで左右対称に配置されている。レンズ３３は、光ビームＬ２２を光検出器３４の受光面に集光する。光ビームＬ２１が斜め方向から試料５０に入射している。光ビームＬ２１、Ｌ２２の光軸がＺ軸から傾いている。試料５０の高さが変わると、光検出器３４における受光位置が変化する。例えば、試料５０のパターン形成面５２が基準高さにある場合に、光検出器３４の中心に光ビームＬ２２が入射する。試料５０ａのパターン形成面５２ａが基準高さからずれている場合に、光ビームＬ２３の入射位置は、光検出器３４の中心位置から、ずれるようになる。

光検出器３４は、例えば、２分割フォトダイオードであり、２つのフォトダイオード３４ａ及び３４ｂを備えている。光検出器３４のフォトダイオード３４ａ及び３４ｂの受光量を比較することで、基準高さに対する試料５０のずれ量を求めることができる。

例えば、パターン形成面５２が基準高さになる場合には、光ビームＬ２２の半分がフォトダイオード３４ａで受光され、残り半分がフォトダイオード３４ｂで受光される。フォトダイオード３４ａとフォトダイオード３４ｂの受光量が一致する。

パターン形成面５２ａが基準高さよりも高い場合には、フォトダイオード３４ａの受光量がフォトダイオード３４ｂよりも低くなる。また、パターン形成面５２ａが基準高さよりも低い場合には、フォトダイオード３４ａの受光量がフォトダイオード３４ｂよりも高くなる。さらに、パターン形成面５２ａが基準高さからずれるほど、２つのフォトダイオード３４ａ、３４ｂの受光量の差が大きくなる。

フォトダイオード３４ａ及び３４ｂの受光量を比較することで、試料５０の高さを検出することができる。さらに、フォトダイオード３４ａ及び３４ｂの受光量が等しくなるようにフィードバック制御することで、オートフォーカスを行うことができる。光検出器３４での検出結果に基づいて、駆動制御部４３が、ステージ１０を駆動する。具体的には、フォトダイオード３４ａ及び３４ｂの出力値の差が０に追従するように、駆動制御部４３が、対物レンズ２３と試料５０との距離を変える。これにより、合焦点位置に追従するように、パターン形成面５２の高さを調整することができる。よって、フォーカスが合った状態で、撮像部２０は、試料５０を撮像することができる。

高さ情報検出部３０は、パターン形成面５２ａの基準高さからのずれ量を高さ情報として検出してもよい。あるいは、高さ情報検出部３０は、パターン形成面５２ａの絶対的なＺ位置を高さ情報として検出してもよい。つまり、高さ情報が示す高さは、絶対位置であっても、相対位置であってもよい。高さ情報を算出するための処理の一部又は全部が、処理装置４０で実施されていてもよい。

なお、上記の説明では、光検出器３４として２分割フォトダイオードを用いたが、４分割フォトダイオード、位置検出素子（ＰＳＤ：Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＣＣＤセンサ等を用いても良い。これらのセンサを用いた場合でも、光ビームＬ２２の受光位置に基づいて、高さ情報を検出することができる。

なお、図４では、高さ情報検出部３０がレンズ３２及びレンズ３３を有しているが、レンズ３２及びレンズ３３の代わりに、撮像部２０の対物レンズ２３を用いても良い。具体的には、光ビームＬ２１を対物レンズ２３の片側半分に入射させるようしてもよい。この場合、試料５０で反射した光ビームＬ２２を対物レンズ２３の反対側の片側半分を通過する。このようにしても、高さ情報検出部３０が同様に高さ情報を検出することができる。あるいは、高さ情報検出部３０は、レンズ３２及びレンズ３３以外の光学素子を用いても良い。

高さ情報検出部３０は、光てこ方式以外の手法により、高さ情報を検出してもよい。例えば、高さ情報検出部３０は、撮像素子２４で撮像したパターン画像のコントラストを用いて高さ情報を取得してもよい。具体的には、合焦点位置にある場合に、パターンがぼけていない画像が撮像されるため、コントラストが高くなる。一方、合焦点位置からずれた場合に、撮像素子２４でパターンがぼけた画像が撮像されるため、コントラストが低くなる。よって、高さ情報検出部３０は、撮像したパターン画像のコントラストに応じて、高さ情報を検出することができる。

次に、処理装置４０を説明する。図５は、実施形態１に係る撮像装置１において、測定点取得部４１が取得した測定点を例示した平面図である。図５に示すように、測定点取得部４１は、試料５０の測定面５３を上方から見た場合の複数の位置に設定された各測定点５４を取得する。つまり、測定点取得部４１は、複数の測定点５４を取得する。図５では、図が煩雑にならないように、一部の符号を省略している。パターン５１が形成された中央領域５６の測定点５４を測定点５４ａと呼び、パターンが形成されない周辺領域５７の測定点５４を測定点５４ｂと呼ぶ。測定点５４ａ及び５４ｂを総称して測定点５４と呼ぶ。測定点取得部４１は、中央領域５６及び周辺領域５７を有するマスクを試料５０とし、パターン５１が形成された中央領域５６に設定された複数の測定点５４ａを取得してもよい。また、測定点取得部４１は、周辺領域５７に設定された複数の測定点５４ｂを取得してもよい。

図６は、実施形態１に係る撮像装置１において、測定点取得部４１が取得した測定点５４ａを例示した平面図である。図６に示すように、高さ情報検出部３０は、中央領域５６における測定点５４ａの近傍を含む測定領域５９をスキャンする。測定領域５９は、複数の位置５８を含んでいる。そして、高さ情報検出部３０は、測定領域５９における複数の高さ情報を検出する。具体的には、高さ情報検出部３０は、測定領域５９における複数の位置５８の各高さ情報を検出する。例えば、高さ情報検出部３０は、測定領域５９における±２．５ｍｍの幅を０．１ｍｍのピッチでスキャンして各高さ情報を検出する。よって、高さ情報検出部３０は、測定点５４ａの近傍において、５０個の位置５８の高さ情報を検出してもよい。

また、高さ情報検出部３０は、周辺領域５７における測定点５４ｂの近傍を含む測定領域５９をスキャンし、測定領域５９における複数の高さ情報を検出してもよい。

このような測定のために、駆動制御部４３は、高さ情報検出部３０が測定点５４の近傍を含む測定領域５９をスキャンし、測定領域５９における複数の高さ情報を検出するように、試料５０に対する高さ情報検出部３０の位置を制御する。

高さデータ取得部４２は、測定領域５９において検出された複数の高さ情報のうち、最頻値を測定点５４の高さ情報とする。また、高さデータ取得部４２は、上方から見た測定点５４の位置及び測定点５４の高さ情報を含む高さデータを取得する。したがって、高さデータは、測定点５４における測定面５３の高さ情報がＸＹ座標に対応付けられている。高さデータ取得部４２は、高さデータを取得することにより、複数の測定点５４の各高さデータを取得する。駆動制御部４３は、取得した複数の測定点５４の各高さデータに基づいて、測定面５３を撮像する撮像部２０のフォーカスを調整する。

試料５０がパターン５１を有する場合に、パターン５１の縁において、高さ情報の急激な変化により、デフォーカスが発生する場合がある。例えば、パターン５１の縁において、オートフォーカスが追随できずにオートフォーカスが飛び、測定面５３の正確な高さ情報を得られない場合がある。このような測定面５３から外れた高さ情報を外れ値と呼ぶ。

本実施形態の撮像装置１では、高さ情報検出部３０は、測定点５４の近傍を含む測定領域５９をスキャンする。そして、高さ情報検出部３０は、測定領域５９における複数の位置５８の各高さ情報を検出する。高さデータ取得部４２は、測定領域５９において検出された複数の高さ情報のうち、最頻値を測定点５４の高さ情報とする。よって、撮像装置１は、外れ値を除外することができるので、デフォーカスを抑制することができる。

図７は、比較例に係る撮像装置において、１点ずつ測定した１点測定の場合の高さ情報を例示した平面図であり、高さ情報をグレースケールで示す。図７では、Ｘ軸方向におけるＸ位置及びＹ軸方向におけるＹ位置の高さ情報を示している。図７に示すように、試料５０がパターン５１を有する場合に、パターン５１の縁において急激な高さ情報の変化を検出する場合がある。また、例えば、Ｙ軸方向に延びたパターン５１の縁に沿って高さ情報を検出した場合には、領域５５に示すように、外れ値を連続して検出することになる。

そこで、高さ情報検出部３０は、図６に示したように、パターン５１の縁を含む測定領域５９において、パターン５１の縁が延びる方向に交差する方向にスキャンしてもよい。例えば、高さ情報検出部３０は、パターン５１の縁が延びる方向に対して、４５［°］の方向にスキャンしてもよい。このような測定のために、駆動制御部４３は、中央領域５６におけるパターン５１の縁を含む測定領域５９において、パターン５１の縁が延びる方向に交差する方向に、高さ情報検出部３０がスキャするように制御してもよい。このようにすることで、高さ情報検出部３０は、パターン５１の縁が延びる方向にスキャンするよりも外れ値を連続して検出し続けないようにすることができる。

図８は、実施形態１に係る撮像装置１において、高さ情報検出部３０が各測定領域５９で検出した高さ情報を例示したグラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、高さ情報を示す。図８に示すように、パターン５１の縁が延びる方向に交差する方向にスキャンした場合には、高さ情報検出部３０は、測定領域５９における複数の位置５８において、外れ値を含む複数の高さ情報を検出する。

図９は、実施形態１に係る撮像装置１において、高さ情報検出部３０が検出した図８のＩＸに示す高さ情報を例示したグラフであり、横軸は、高さ情報を示し、縦軸は、頻度を示す。図９に示すように、測定領域５９における複数の位置５８は、複数の高さ情報を示す。高さデータ取得部４２は、測定領域５９において検出された複数の高さ情報のうち、最頻値を測定点５４の高さ情報とする。これにより外れ値を除去することができる。

図１０Ａは、比較例に係る撮像装置において、１点ずつ測定した１点測定により検出した高さ情報を例示した平面図であり、高さ情報をグレースケールで示し、図１０Ｂは、実施形態１に係る撮像装置１において、高さ情報検出部３０が、パターン５１の縁が延びる方向に対して斜めにスキャンして検出した高さ情報を例示した平面図であり、高さ情報をグレースケールで示す。図１０Ａの比較例の結果のように、測定面５３を１点測定した場合には、外れ値が連続して連なっている領域１０１を有している。このような場合には、撮像装置は、測定面５３の正確な高さ情報を得ることができず、測定面５３にフォーカスを合わせることが困難である。

一方、図１０Ｂに示すように、本実施形態では、高さ情報検出部３０は、パターン５１の縁が延びる方向に交差する方向にスキャンする。よって、高さ情報検出部３０は、パターン５１の縁が延びる方向にスキャンするよりも外れ値を検出し続けないようにすることができる。また、高さデータ取得部４２は、最頻値を測定点５４の高さ情報とし、外れ値を除外する。これにより、撮像装置１は、測定面５３の高さ情報の精度を向上させることができ、デフォーカスを抑制することができる。

なお、測定面５３の周辺領域５７においては、高さ情報検出部３０は、測定点５４ｂの近傍を含む測定領域５９をスキャンせずに、測定点５４ｂにおいて高さ情報を検出してもよい。このような測定のために、駆動制御部４３は、高さ情報検出部３０が周辺領域５７の測定点５４ｂにおいて高さ情報を検出するように、高さ情報検出部３０の位置を制御してもよい。高さデータ取得部４２は、周辺領域５７の測定点５４ｂの位置及び周辺領域５７の測定点５４ｂで検出された高さ情報を含む高さデータを取得することにより、周辺領域５７における複数の測定点５４ｂの各高さデータを取得してもよい。これにより、周辺領域５７の高さ情報の検出を簡素化することができ、撮像装置１の動作を高速化することができる。

次に、本実施形態に係るフォーカス調整方法を説明する。図１１は、実施形態１に係るフォーカス調整方法を例示したフローチャート図である。図１１のステップＳ１１に示すように、まず、設定された複数の測定点５４を取得する。具体的には、測定点取得部４１は、試料５０の測定面５３を上方から見た場合の複数の位置に設定された各測定点５４を取得する。

次に、ステップＳ１２に示すように、測定点５４の近傍を含む測定領域５９において複数の高さ情報を検出する。具体的には、駆動制御部４３は、高さ情報検出部３０が測定点５４の近傍を含む測定領域５９をスキャンし、測定領域５９における複数の高さ情報を検出するように、試料５０に対する高さ情報検出部３０の位置を制御する。

次に、ステップＳ１３に示すように、高さデータ取得部４２は、測定領域５９において検出された複数の高さ情報のうち、最頻値を測定点５４の高さ情報とする。そして、高さデータ取得部４２は、測定点５４の位置及び高さ情報を含む高さデータを取得する。

次に、ステップＳ１４に示すように、次の測定点５４があるか判断する。次の測定点５４があるＹＥＳの場合には、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２～ステップＳ１４を繰り返す。

ステップＳ１４において、次の測定点５４がなく、設定したすべての測定点５４の高さ情報を取得したＮＯの場合には、ステップＳ１５に示すように、高さデータ取得部４２は、複数の測定点５４の各高さデータを取得する。

次に、ステップＳ１６に示すように、駆動制御部４３は、フォーカスを調整する。具体的には、駆動制御部４３は、取得した複数の測定点５４の各高さデータに基づいて、測定面５３を撮像する撮像部２０のフォーカスを調整する。このようにして、撮像装置１は、フォーカスを調整することができる。

なお、ステップＳ１１において、測定点取得部４１は、中央領域５６及び周辺領域５７を有するマスクを試料５０とし、パターン５１が形成された中央領域５６に設定された複数の測定点５４を取得してもよい。そして、ステップＳ１２において、駆動制御部４３は、中央領域５６におけるパターン５１の縁を含む測定領域５９において、パターン５１の縁が延びる方向に交差する方向に、高さ情報検出部３０がスキャンするように制御してもよい。

また、ステップＳ１１において、測定点取得部４１は、周辺領域５７に設定された複数の測定点５４を取得してもよい。そして、ステップＳ１２において、駆動制御部４３は、高さ情報検出部３０が周辺領域５７の測定点５４ｂにおいて高さ情報を検出するように制御してもよい。その場合には、ステップＳ１３において、高さデータ取得部４２は、周辺領域５７の測定点５４ｂの位置及び周辺領域５７の測定点５４ｂで検出された高さ情報を含む高さデータを取得することにより、周辺領域５７における複数の測定点５４ｂの各高さデータを取得してもよい。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の撮像装置１は、測定点５４の近傍における高さ情報のうち、最頻値を測定点５４の高さ情報とする。よって、撮像装置１は、複数の位置の高さ情報のうち、外れ値を除外することができ、測定面５３のデフォーカスを抑制することができる。

また、本実施形態の撮像装置１は、パターン５１の縁を含む測定領域５９において、パターン５１の縁が延びる方向に交差する方向に、高さ情報検出部３０の位置をスキャンする。これにより、高さ情報検出部３０は、パターン５１の縁が延びる方向にスキャンすることはないので、外れ値を連続して検出することがない。よって、デフォーカスを抑制することができる。

周辺領域５７では、高さ情報検出部３０は、周辺領域５７の測定点５４ｂにおいて高さ情報を検出してもよい。これにより、高さ情報検出部３０は、周辺領域５７において、測定領域５９をスキャンせずに高さ情報を取得するので、高さ情報の検出を簡素化することができ、撮像装置１の動作を高速化することができる。

（実施形態２）
次に、実施形態２に係る撮像装置を説明する。本実施形態の撮像装置は、試料５０のたわみと、取得した高さ情報との差分値に基づいて試料５０の高さを推定する。

図１２は、実施形態２に係る撮像装置において、処理装置を例示したブロック図である。図１２に示すように、本実施形態の撮像装置２において、処理装置４０ａは、測定点取得部４１、高さデータ取得部４２、駆動制御部４３の他に、たわみデータ取得部４４、差分値算出部４５、補正データ算出部４６、推定部４７をさらに備えている。処理装置４０ａは、試料５０の測定面５３の形状を推定するための処理を行っている。

たわみデータ取得部４４は、試料５０のたわみに応じたたわみデータを取得する。たわみデータは、ステージ１０に支持されている状態の試料５０のたわみ量を示すデータである。具体的には、ステージ１０における支持ピン１２の位置、数、大きさ等は既知であるため、シミュレーションによりたわみデータを算出することができる。たわみデータは、ＸＹ座標とたわみ量とを対応付けたデータである。たわみ量は、支持ピン１２を基準とするＺ位置で示される。

図１３は、実施形態２に係る撮像装置２において、たわみデータを例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、たわみ量を示す。図１３には、ＸＹ座標をステージ座標として、たわみデータが示す高さの曲面が表されている。たわみデータが示す曲面を基準曲面とする。基準曲面は、自重たわみによる試料５０の変形量を示す。ここでは、図３に示す支持ピン１２で支持されている試料５０のたわみデータが数値解析手法により求められている。具体的には、たわみデータ取得部４４は、有限要素法によって、各ＸＹ座標におけるたわみ量を求めている。

支持ピン１２による支持箇所では、たわみ量が０となる。たわみデータ取得部４４は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向において、一定間隔で、たわみ量を算出する。たわみデータのたわみ量は、各ＸＹ座標での試料５０のパターン形成面５２等の測定面５３の高さを示す計算値となる。ここでは、たわみデータ取得部４４は、遮光膜などのパターン５１が形成されていない状態における試料５０のたわみ量を算出して、たわみデータとしている。例えば、たわみデータ取得部４４は、試料５０となるフォトマスクの基板の厚さ、材料及び大きさと、支持ピン１２の位置、数、大きさ等を用いて、たわみデータを算出する。もちろん、たわみデータ取得部４４は、パターン５１が形成されている状態における試料５０のたわみ量をたわみデータとして算出してもよい。

たわみデータ取得部４４が、数値解析を行うことで、たわみデータを算出しているが、処理装置４０ａと異なる装置がたわみデータを算出してもよい。この場合には、処理装置４０ａは、たわみデータを予めメモリなどに格納しておく。たわみデータ取得部４４は、メモリなどからたわみデータを読み出す。あるいは、たわみデータは、サーバ等の他の装置に保存されてもよい。この場合には、たわみデータ取得部４４は、ネットワークを介して、たわみデータをダウンロードする。なお、たわみデータのたわみ量は、シミュレーションによる計算値に限らず、測定器を用いて標準的なサンプルを測定した場合の実測値でもよい。

図１４は、実施形態２に係る撮像装置２において、高さ情報検出部３０が検出した試料５０の周辺領域５７における測定点５４の高さ情報を例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、高さ情報を示す。図１４に示すように、高さ情報検出部３０は、周辺領域５７の高さ情報を検出する。周辺領域５７においては、高さ情報検出部３０は、測定点５４ｂの１点測定により、測定点５４ｂの高さ情報を検出してもよいし、実施形態１と同様に、測定点５４ｂの近傍を含む測定領域５９をスキャンし、複数の高さ情報の最頻値から高さ情報を検出してもよい。

試料５０の周辺領域５７において、高さ情報検出部３０が測定点５４ｂの１点測定により高さ情報を検出した場合には、高さデータ取得部４２は、当該測定点５４ｂの１点測定により検出した高さ情報を、測定点５４ｂの高さ情報として取得する。

高さデータ取得部４２は、中央領域５６及び周辺領域５７の測定領域５９においてスキャンにより検出された複数の高さ情報のうち、最頻値を測定点５４の高さ情報としてもよい。そして、高さデータ取得部４２は、測定点５４の位置及び高さ情報を含む高さデータを取得することにより、複数の測定点５４の各高さデータを取得してもよい。

差分値算出部４５は、複数の測定点５４において、高さデータが示す高さと、たわみデータが示す高さとの差分値を算出する。差分値は、試料５０の変形量についての実測値と計算値との差を示すデータとなる。差分値算出部４５は、測定点５４毎に差分値を算出する。図５では、測定点５４が１７点であるため、差分値算出部４５は、１７個の差分値を算出する。差分値算出部４５は、測定点５４の数と同じ数の差分値を算出する。さらに、支持ピン１２による支持箇所の差分値を加えてもよい。支持ピン１２による支持箇所では、差分値が０となる。支持ピン１２による支持箇所の差分値は、測定せずに求めることができる。これにより、より多くの差分値を取得することができるため、精度を向上させることができる。

なお、測定点５４のＸＹ座標でのたわみ量がたわみデータに含まれていない場合には、差分値算出部４５は、測定点５４の近傍でのたわみ量を補間してもよい。つまり、差分値算出部４５は、たわみデータのたわみ量を補間することで、測定点５４のＸＹ座標でのたわみ量を求めてよい。

補正データ算出部４６は、差分値に基づいて、補正データを算出する。補正データは、ＸＹ座標毎に補正量を示すデータとなる。図１５は、実施形態２に係る撮像装置２において、補正データ算出部４６が算出した補正データを例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、変形量を示す。図１５に示すように、補正データが示す曲面を補正曲面とする。補正曲面は、基準曲面を実際のパターン形成面の表面形状に補正するための曲面となる。

補正データは、試料５０の自重たわみ以外の成分による変形量を示す。例えば、試料５０は、膜応力などにより変形する。自重たわみ以外の成分は低周期成分のみが支配的な成分となる。したがって、補正データ算出部４６は、測定点５４での差分値に基づいて、低周期成分のみを抽出することができる。

補正データ算出部４６は、重調和方程式を用いて、補正データを算出することができる。以下、補正曲面の計算原理について説明する。内挿曲面が重調和方程式を満たすとき、最小曲率を満たす。重調和方程式は、以下の式（１）で示される。

重調和演算子Δ^２のグリーン関数を線形結合することで、測定点５４を通る滑らかな曲面を形成することができる。重調和演算子のグリーン関数φは以下の（２）となる。

δ（ｘ）はデルタ関数である。なお、２次元空間（ＸＹ空間）である場合、ラプラス演算子Δは以下の式（３）となる。

上記を満たすグリーン関数を線形結合して、補正曲面を作成する。測定点５４以外、つまり内挿区間では重調和方程式を満たすため、補正曲面Ｓ（ｘ，ｙ）は以下の式（４）で得られる。また、測定点５４では、実測値が得られているため、補正曲面は以下の式（５）で得られる。

ここで、ｊ（ｊは１以上の整数）番目の測定点における座標を（ｘ_ｊ、ｙ_ｊ）として、その差分値をｄｚ_ｊとしている。補正データ算出部４６が、式（４）、及び式（５）を用いてα_ｊを計算することで、補正曲面Ｓ（ｘ，ｙ）を得ることができる。補正曲面Ｓ（ｘ，ｙ）は、測定点５４が示す高さを通る滑らかな曲面となる。

式（６）は、１次元、式（７）は２次元の場合の変位ｕを示している。つまり、（ｘ_ｊ、ｙ_ｊ）において、薄板に力ｆｉを加えると、変位ｕは以下の式（７）に従う。なお、これも上記の式と同様であるため、変位由来の解析結果とのずれを適切に補正することができる。

上記したように補正データ算出部４６は、重調和演算子のグリーン関数を用いて、差分値から補正データを算出している。補正データ算出部４６は、重調和方程式を満たす関数を基底として、補正曲面を近似している。重調和方程式を用いることで、効率的に補正曲面を近似することができる。具体的には，重調和演算子のグリーン関数を用いることで、複雑な演算を行うことなく、適切な補正曲面を得ることができる。

推定部４７は、補正データを用いてたわみデータを補正することで、試料の高さを推定する推定データを算出する。具体的には、たわみデータに、補正データを足し合わせることで、推定データを算出する。推定データが示す曲面を予測曲面とする。推定データは、試料５０の測定面５３の高さを推定する推定値を含んでいる。つまり、推定データでは、高さの推定値にＸＹ座標が対応付けられている。推定データが示す高さを推定高さとも称する。

図１６は、実施形態２に係る撮像装置２において、推定部４７が推定した推定データを例示した３次元グラフであり、２つの横軸は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の位置を示し、縦軸は、変形量を示す。図１６に示すように、推定部４７は、図１３のたわみデータと図１５の補正データから推定データを算出する。

駆動制御部４３は、試料５０を撮像するために、推定データに基づいて、フォーカスを調整する。具体的には、駆動制御部４３は、推定データの高さ（推定高さ）を基準として、光学素子と試料５０との距離を変えることでフォーカス調整を行う。駆動制御部４３は、予測曲面に沿って焦点位置が移動するように、ステージ１０を駆動する。これにより、予測曲面に追従するように焦点位置が移動する。さらに、予測曲面への追従動作に加えて、駆動制御部４３は、オートフォーカスを行うことも可能である。具体的には、駆動制御部４３は、推定高さを起点として、オートフォーカスを行うように、Ｚ軸方向にステージ１０を駆動する。駆動制御部４３は、フォーカスを調整するために、対物レンズ２３と試料５０との間の距離を変える。このようにすることで、焦点位置と試料５０のパターン形成面が大きくずれることなく、フォーカスを調整することできる。したがって、適切かつ速やかにフォーカスを調整することが可能となる。オートフォーカスを行う場合には、高さ情報検出部３０以外の計測手段を用いて、ステージ１０のＺ位置を計測してもよい。これにより、高さ情報検出部３０を用いずとも、焦点が合った状態で撮像素子２４が試料５０を撮像することができる。

次に、実施形態２に係るフォーカス調整方法を説明する。図１７は、実施形態２に係るフォーカス調整方法を例示したフローチャート図である。図１７のステップＳ２１に示すように、複数の測定点５４の各高さデータを取得する。例えば、前述の実施形態１に係るフォーカス調整方法のステップＳ１１～ステップＳ１５の手順によって、複数の測定点５４の各高さデータを取得する。

次に、ステップＳ２２に示すように、たわみデータを取得する。具体的には、たわみデータ取得部４４は、複数の支持箇所を有するステージ１０に支持された試料５０のたわみに応じたたわみデータを取得する。なお、ステップＳ２２は、ステップＳ２１の前に実施されてもよいし、ステップＳ２１と並行して実施されてもよい。

次に、ステップＳ２３に示すように、差分値を算出する。具体的には、差分値算出部４５は、複数の測定点５４において、高さデータが示す高さと、たわみデータが示す高さとの差分値を算出する。

次に、ステップＳ２４に示すように、補正データを算出する。例えば、補正データ算出部４６は、差分値に基づいて、補正データを算出する。次に、ステップＳ２５に示すように、推定データを算出する。推定部４７は、補正データを用いてたわみデータを補正することで、試料５０の高さを推定する。

次に、ステップＳ２６に示すように、フォーカスを調整する。駆動制御部４３は、試料５０を撮像するために、推定データに基づいて、フォーカスを調整する。このようにして、撮像装置２は、フォーカスを調整することができる。

次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態では、差分値算出部４５は、たわみデータが示す高さと、高さデータが示す高さとの差分値を求めている。たわみデータが示す高さは、シミュレーションによる計算値である。一方、高さデータが示す高さは、実測値となる。補正データ算出部４６は、差分値に基づいて補正データを求めている。補正データは、計算によるたわみデータと、実測による高さデータとの間の変形量の差分を示す補正曲面となる。推定部４７は、たわみデータを補正データで補正することで、推定データを求めている。推定部４７は、基準曲面を補正曲面で補正している。このように、処理装置４０ａは、適切な予測曲面を少ない計算量で取得することができる。駆動制御部４３は、推定データの高さを基準としてオートフォーカスを行う。よって、デフォーカスを抑制することができる。

本実施形態によれば、測定点５４の数が少ない場合であっても、高い精度で測定面５３の高さを推定することができる。つまり、測定点５４の高さから直接予測曲面を求めていないため、変形量の誤差を抑制することができ、より高い精度で測定面５３の高さを推定することができる。推定高さを基準としてオートフォーカスを行うことができるため、フォーカス位置が大きくずれることを防ぐことができる。よって、迅速かつ速やかにフォーカスを調整することができる。さらに、補正データ算出部４６が、重調和方程式を用いているため、より少ない測定点数で、補正曲面を求めることができる。推定部４７が、高い精度で予測曲面を求めることができる。

なお、上記の説明では、重調和方程式を用いて補正データを用いたが、重調和方程式以外の曲面近似により、補正曲面を求めてよい。例えば、２次以上の多項式等を用いた曲面近似により、補正データを算出してもよい。近似関数は、Ｘ及びＹのそれぞれに対して４次以上の多項式とすることが好ましい。多項式で近似する場合、次数に応じて、必要な測定点数を決めればよい。

高さ情報検出部３０による高さ検出を検査時に併用することで、試料５０の構造を検出することも可能である。例えば、試料５０がフォトマスクである場合には、パターン形成面５２に設けられている遮光膜、多層膜、低反射層等を検出することができる。

なお、ＡＦ時において、予測曲面とパターン形成面５２の高さの誤差が大きい場合に、誤差成分を緩和するように駆動制御部４３が制御してもよい。具体的には、局所的に、予測曲面が示す推定高さと、高さ情報検出部３０が検出した高さ情報との誤差が閾値以上となる場合がある。このように、予測曲面でのフォーカスずれ量が大きい場合に、駆動制御部４３が、予測曲面から所定値ずれた高さを基準として、オートフォーカスを行ってもよい。

処理装置４０及び４０ａは、物理的に単一の装置に限られるものではない。つまり、処理装置４０及び４０ａにおける処理は、複数の装置に分散されて実施されていてもよい。例えば、撮像素子２４からの検出データ及び光検出器３４からの高さ情報を取得する処理装置と、演算処理を行う処理装置とが物理的に異なる装置であってもよい。

以上、本開示の実施形態を説明したが、本開示は、その目的と利点を損なうことのない適宜の変形を含み、更に、上記の実施形態よる限定は受けない。また、実施形態１及び２における各構成は、適宜、組み合わせてもよい。

また、本実施形態のフォーカス調整方法をコンピュータに実行させる下記のフォーカス調整プログラムも実施形態の技術思想に含まれる。

試料の測定面を上方から見た場合の複数の位置に設定された各測定点を取得するステップと、
前記測定面の高さを示す高さ情報を検出する高さ情報検出部が前記測定点の近傍を含む測定領域をスキャンし、前記測定領域における複数の高さ情報を検出するように、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップと、
前記測定領域において検出された前記複数の高さ情報のうち、最頻値を前記測定点の高さ情報とし、前記測定点の前記位置及び前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、複数の測定点の各高さデータを取得するステップと、
前記取得した前記複数の測定点の各高さデータに基づいて、前記測定面を撮像する撮像部のフォーカスを調整するステップと、
をコンピュータに実行させるフォーカス調整プログラム。

また、上述したフォーカス調整プログラムは、コンピュータに読み込まれた場合に、実施形態１及び２で説明された１又はそれ以上の機能をコンピュータに行わせるための命令群（又はソフトウェアコード）を含む。プログラムは、非一時的なコンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体に格納されてもよい。限定ではなく例として、コンピュータ可読媒体又は実体のある記憶媒体は、random-access memory（RAM）、read-only memory（ROM）、フラッシュメモリ、solid-state drive（SSD）又はその他のメモリ技術、CD-ROM、digital versatile disc（DVD）、Blu-ray（登録商標）ディスク又はその他の光ディスクストレージ、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ又はその他の磁気ストレージデバイスを含む。プログラムは、一時的なコンピュータ可読媒体または通信媒体上で送信されてもよい。限定ではなく例として、一時的なコンピュータ可読媒体または通信媒体は、電気的、光学的、音響的、またはその他の形式の伝搬信号を含む。

１、２ 撮像装置
１０ ステージ
１１ 台座
１２ 支持ピン
２０ 撮像部
２１ 光源
２２ ビームスプリッタ
２３ 対物レンズ
２４ 撮像素子
３０ 高さ情報検出部
３１ ＡＦ光源
３２、３３ レンズ
３４ 光検出器
３４ａ、３４ｂ フォトダイオード
４０、４０ａ 処理装置
４１ 測定点取得部
４２ 高さデータ取得部
４３ 駆動制御部
４４ たわみデータ取得部
４５ 差分値算出部
４６ 補正データ算出部
４７ 推定部
５０、５０ａ 試料
５１ パターン
５２、５２ａ パターン形成面
５３ 測定面
５４、５４ａ、５４ｂ 測定点
５５ 領域
５６ 中央領域
５７ 周辺領域
５８ 位置
５９ 測定領域
１０１ 領域
Ｌ１１ 照明光
Ｌ１２ 反射光
Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３ 光ビーム

Claims (14)

1. 試料の測定面を上方から見た場合の複数の位置に設定された各測定点を取得する測定点取得部と、
   前記測定面の高さを示す高さ情報を検出する高さ情報検出部と、
   前記高さ情報検出部が前記測定点の近傍を含む測定領域をスキャンし、前記測定領域における複数の高さ情報を検出するように、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御する駆動制御部と、
   前記測定領域において検出された前記複数の高さ情報のうち、最頻値を前記測定点の高さ情報とし、前記測定点の前記位置及び前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、複数の測定点の各高さデータを取得する高さデータ取得部と、
   前記測定面を撮像する撮像部と、
   を備え、
   前記駆動制御部は、前記取得した前記複数の測定点の各高さデータに基づいて、前記撮像部のフォーカスを調整する、
   撮像装置。
2. 前記測定点取得部は、中央領域及び周辺領域を有するマスクを前記試料とし、パターンが形成された前記中央領域に設定された前記複数の測定点を取得し、
   前記駆動制御部は、前記中央領域における前記パターンの縁を含む前記測定領域において、前記パターンの前記縁が延びる方向に交差する方向に、前記高さ情報検出部がスキャンするように制御する、
   請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記測定点取得部は、前記周辺領域に設定された前記複数の測定点を取得し、
   前記駆動制御部は、前記高さ情報検出部が前記周辺領域の前記測定点において前記高さ情報を検出するように、前記高さ情報検出部の前記位置を制御し、
   前記高さデータ取得部は、前記周辺領域の前記測定点の前記位置及び前記周辺領域の前記測定点で検出された前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、前記周辺領域における前記複数の測定点の各高さデータを取得する、
   請求項２に記載の撮像装置。
4. 複数の支持箇所で前記試料を支持するステージと、
   前記ステージに支持された前記試料のたわみに応じたたわみデータを取得するたわみデータ取得部と、
   前記複数の測定点において、前記高さデータが示す高さと、前記たわみデータが示す高さとの差分値を算出する差分値算出部と、
   前記差分値に基づいて、補正データを算出する補正データ算出部と、
   前記補正データを用いて前記たわみデータを補正することで、前記試料の高さを推定する推定データを算出する推定部と、
   をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記試料を撮像するために、前記推定データに基づいて、前記フォーカスを調整する、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記補正データ算出部は、重調和方程式を用いて、前記補正データを算出する、
   請求項４に記載の撮像装置。
6. 照明光を発生する照明光源と、
   前記照明光で照明された前記試料からの光を集光する光学素子と、
   前記光学素子からの光を検出する検出器と、
   をさらに備え、
   前記駆動制御部は、前記推定データの高さを基準として、前記光学素子と前記試料との距離を変えることで、オートフォーカスを行う、
   請求項４に記載の撮像装置。
7. 前記たわみデータが、数値解析により得られている、
   請求項４に記載の撮像装置。
8. 試料の測定面を上方から見た場合の複数の位置に設定された各測定点を取得するステップと、
   前記測定面の高さを示す高さ情報を検出する高さ情報検出部が前記測定点の近傍を含む測定領域をスキャンし、前記測定領域における複数の高さ情報を検出するように、前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップと、
   前記測定領域において検出された前記複数の高さ情報のうち、最頻値を前記測定点の高さ情報とし、前記測定点の前記位置及び前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、複数の測定点の各高さデータを取得するステップと、
   前記取得した前記複数の測定点の各高さデータに基づいて、前記測定面を撮像する撮像部のフォーカスを調整するステップと、
   を備えたフォーカス調整方法。
9. 設定された各測定点を取得するステップにおいて、
   中央領域及び周辺領域を有するマスクを前記試料とし、パターンが形成された前記中央領域に設定された前記複数の測定点を取得し、
   前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップにおいて、
   前記中央領域における前記パターンの縁を含む前記測定領域において、前記パターンの前記縁が延びる方向に交差する方向に、前記高さ情報検出部がスキャンするように制御する、
   請求項８に記載のフォーカス調整方法。
10. 設定された各測定点を取得するステップにおいて、
    前記周辺領域に設定された前記複数の測定点を取得し、
    前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップにおいて、
    前記高さ情報検出部が前記周辺領域の前記測定点において前記高さ情報を検出するように制御し、
    前記複数の測定点の各高さデータを取得するステップにおいて、
    前記周辺領域の前記測定点の前記位置及び前記周辺領域の前記測定点で検出された前記高さ情報を含む高さデータを取得することにより、前記周辺領域における前記複数の測定点の各高さデータを取得する、
    請求項９に記載のフォーカス調整方法。
11. 複数の支持箇所を有するステージに支持された前記試料のたわみに応じたたわみデータを取得するステップと、
    前記複数の測定点において、前記高さデータが示す高さと前記たわみデータが示す高さとの差分値を算出するステップと、
    前記差分値に基づいて、補正データを算出するステップと、
    前記補正データを用いて前記たわみデータを補正することで、前記試料の高さを推定する推定データを算出するステップと、
    をさらに備え、
    前記測定面を撮像する撮像部のフォーカスを調整するステップにおいて、
    前記推定データを用いて、フォーカスを調整する、
    請求項８～１０のいずれか１項に記載のフォーカス調整方法。
12. 前記補正データを算出するステップにおいて、
    重調和方程式を用いて、前記補正データを算出する
    請求項１１に記載のフォーカス調整方法。
13. 前記試料に対する前記高さ情報検出部の位置を制御するステップにおいて、
    照明光で照明された前記試料からの光を、光学素子を介して検出器が検出し、
    前記測定面を撮像する撮像部のフォーカスを調整するステップにおいて、
    前記推定データの高さを基準として、前記光学素子と前記試料との距離を変えることで、オートフォーカスを行う、
    請求項１１に記載のフォーカス調整方法。
14. 前記たわみデータを取得するステップにおいて、
    前記たわみデータを、数値解析により取得する、
    請求項１１に記載のフォーカス調整方法。