JPH01200312A - Automatic focus controller using laser light - Google Patents

Automatic focus controller using laser light

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Publication number
JPH01200312A
JPH01200312A JP2551588A JP2551588A JPH01200312A JP H01200312 A JPH01200312 A JP H01200312A JP 2551588 A JP2551588 A JP 2551588A JP 2551588 A JP2551588 A JP 2551588A JP H01200312 A JPH01200312 A JP H01200312A
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JP
Japan
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intensity
distance
reflected light
maximum
control
Prior art date
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Pending
Application number
JP2551588A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroo Fujita
宏夫 藤田
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Citizen Watch Co Ltd
Original Assignee
Citizen Watch Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Watch Co Ltd filed Critical Citizen Watch Co Ltd
Priority to JP2551588A priority Critical patent/JPH01200312A/en
Publication of JPH01200312A publication Critical patent/JPH01200312A/en
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Abstract

PURPOSE:To determine a best focus position by detecting the maximum and minimum values of the intensity of reflected light at two points which differ in focus-directional distance from each other and varying the focus-directional distance between an objective and a body to be measured. CONSTITUTION:Two light beams 105 and 106 which are reflected by the body 7 to be measured is changed in course by a beam splitter 101 and guided out as reflected light beams 107 and 108, which are put one over the other by a condenser lens 109 as converged reflected light 110, whose reflected light intensity is detected by a maximum and minimum intensity detector 11. In this case, a reflected light intensity pattern corresponding to the setting of the distance between points where the beams constituting the two beams 105 and 106 have maximum intensity is obtained, but a V-shaped pattern has the largest maximum-minimum intensity difference at the best focus point. A control direction deciding means 12 detects which side of the best focus position the focus position deviates to and performs focus control. Consequently, the best focus position is determined.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はレーザ光を用いたサブミクロンメートル領域の
微小寸法計測に応用するオートフォーカス制御装置に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to an autofocus control device that is applied to measurement of minute dimensions in the submicrometer region using laser light.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

近年の精密加工技術の進歩に伴い、被加工物の寸法も微
小化してサブミクロンメートルのオーダーにまで達して
いる。
With recent advances in precision processing technology, the dimensions of workpieces have become smaller, reaching the order of submicrometers.

例えば、集積回路、磁気ヘッド等の分野においても、サ
ブミクロン領域の寸法の高精度計測が必要であり、光学
的手段による計測が主流となっている。
For example, in the fields of integrated circuits, magnetic heads, etc., highly accurate measurement of dimensions in the submicron region is required, and measurement by optical means has become mainstream.

光学的な寸法計測の場合には、被測定物に照射した光の
反射光を検出して、反射光の強度あるいは反射光の形状
から寸法を算出する方法が主に用いられているが、反射
光の状態は光を照射する対物レンズと、被測定物との間
の距離によって大きく変化する。
In the case of optical dimension measurement, the main method used is to detect the reflected light of the light irradiated on the object to be measured and calculate the dimensions from the intensity of the reflected light or the shape of the reflected light. The state of light varies greatly depending on the distance between the objective lens that irradiates the light and the object to be measured.

従って安定した計測を行なうためたは、対物レンズの焦
点位置に被測定物が常にセットされることが必要で、こ
のためにオートフォーカス制御が必要となってくる。
Therefore, in order to carry out stable measurements, it is necessary to always set the object to be measured at the focal position of the objective lens, which requires autofocus control.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

光計測分野で多く用いられているオートフォーカスの方
法は非点収差法と呼ばれる。方法である。
The autofocus method often used in the field of optical measurement is called the astigmatism method. It's a method.

非点収差法はシリンドリカルレンズと4分割光センサー
を組み合せて、被測定物からの反射光のビーム形状を検
出してフォーカス制御を行なうものである。
The astigmatism method uses a combination of a cylindrical lens and a 4-split optical sensor to detect the beam shape of the reflected light from the object to be measured and performs focus control.

被測定物が対物レンズの焦点位置にセットされている場
合は、4分割光センサーで受光される反射光の光強度分
布は円形となるため、4分割光センサーからの出力電圧
は0となる。また被測定物の位置が焦点位置に無い場合
には、反射光の光強度分布は楕円形となり、4分割光セ
ンサーからの出力電圧は絶対値が0より大きい正、負の
符号を持つ。っ このようにして4分割光センサーの出力電圧を判定する
ことでオートフォーカス制御を行なう。
When the object to be measured is set at the focal position of the objective lens, the light intensity distribution of the reflected light received by the 4-split photo sensor is circular, so the output voltage from the 4-split photo sensor is zero. Further, when the object to be measured is not at the focal position, the light intensity distribution of the reflected light becomes elliptical, and the output voltage from the 4-split optical sensor has positive and negative signs with absolute values greater than zero. Autofocus control is performed by determining the output voltage of the 4-split optical sensor in this manner.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

前述の従来のオートフォーカスの方法は、反射光のビー
ム形状を計測の対象とするもので、この反射光形状はフ
ォーカス位置に敏感に変化しない。
The conventional autofocus method described above measures the beam shape of reflected light, and this reflected light shape does not change sensitively to the focus position.

大きく変化した楕円形状と円形状の判別は容易であるが
、フォーカス位置に近い場合の円形状に近い楕円形状と
円形状の差の判定が困難である。
Although it is easy to distinguish between an elliptical shape and a circular shape that have changed significantly, it is difficult to determine the difference between an elliptical shape that is close to a circular shape and a circular shape when close to the focus position.

これは反射光の強度分布がガウス型強度分布を有する場
合、反射光の強度レベルが低い領域で形状を比較するた
めに、4分割光センサーからの出力電圧の変化が少ない
ためである。
This is because when the intensity distribution of the reflected light has a Gaussian intensity distribution, the output voltage from the 4-split optical sensor changes little because the shapes are compared in a region where the intensity level of the reflected light is low.

サブミクロン寸法計測に0.01μmのオーダーの寸法
安定度で行なうためには、フォーカス位置の制御を1μ
mのオーダーで行なう必要があり、前述した従来のオー
トフォーカス制御では1μmオーダーでの制御が不可能
である。
In order to measure submicron dimensions with dimensional stability on the order of 0.01 μm, the focus position must be controlled at 1 μm.
It is necessary to perform this on the order of 1 μm, and the conventional autofocus control described above cannot control on the order of 1 μm.

本発明は以上のような問題点を解消させ、フォーカス位
置の変化に対して感度の良いオートフォーカス制御装置
を提供することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems and provide an autofocus control device that is highly sensitive to changes in focus position.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成するために、本発明)ま次のような構
成としている。
In order to achieve the above object, the present invention has the following configuration.

レーザ光源から放射されるレーザ光を対物レンズにより
集光して被測定物面上に照射し、反射光強度を検出して
オートフォーカス制御を行なうとき、集光したレーザ光
を前記被測定物面上で偏向させて、偏向領域内の各偏向
状態毎に前記反射光強度を検出して反射光強度パターン
を作成する反射光強度パターン作成部°と、前記対物レ
ンズと前記被測定物表面との間の焦点方向の距離を変化
させる焦点方向距離制御手段と、該焦点方向距離制御手
段により発せられる第1の大きさの距離変化を与えて、
焦点方向の距離が互いに異なる少なくとも2点で前記被
測定物からの前記反射光強度パターンの予め設定された
領域の反射光強度の最大値と最小値を検出し、該最大値
と最小値の強度の変化から前記対物レンズと被測定物の
間の焦点方向の距離を変化させるときの方向を決定する
制御方向判定手段と、前記焦点方向距離制御手段により
発せられる第2の大きさの距離変化で前記制御方向判定
手段で決定された方向へ距離を変化させ、各々の距離の
状態毎に前記反射光強度パターンの予め設定された領域
での反射光強度の最大値と最小値を検出すると共に該最
大値と最小値の強度を記憶せしめ、前記最大値と最小値
の差の強度が最大となる位置に焦点方向の距離を設定す
る最適強度制御手段から成るものである。
When the laser beam emitted from the laser light source is focused by an objective lens and irradiated onto the surface of the object to be measured, and the intensity of the reflected light is detected to perform autofocus control, the focused laser beam is focused on the surface of the object to be measured. a reflected light intensity pattern creation section for creating a reflected light intensity pattern by deflecting the reflected light at the top and detecting the reflected light intensity for each deflection state within the deflection region; a focal direction distance control means for changing a distance in a focal direction between the two; and a distance change of a first magnitude emitted by the focal direction distance control means;
The maximum and minimum values of the reflected light intensity in a preset area of the reflected light intensity pattern from the object to be measured are detected at at least two points having different distances in the focal direction, and the intensities of the maximum and minimum values are detected. control direction determining means for determining the direction in which to change the distance in the focal direction between the objective lens and the object to be measured based on a change in the distance; and a distance change of a second magnitude generated by the focal direction distance controlling means. The distance is changed in the direction determined by the control direction determining means, and the maximum and minimum values of the reflected light intensity in a preset area of the reflected light intensity pattern are detected for each distance state, and the It consists of an optimum intensity control means that stores the intensity of the maximum value and the minimum value, and sets the distance in the focal direction to the position where the intensity of the difference between the maximum value and the minimum value is maximum.

〔作用〕[Effect]

以上の手段によってオートフォーカス制御を行なうとき
、まずフォーカス制御を行なう方向を決定することが重
要である。
When performing autofocus control using the above means, it is important to first determine the direction in which focus control will be performed.

レーザ光から2ビーム光を作成して、その2ビーム光を
偏向させるとき2ビーム光を構成する各々のビームの強
度が最大となる点の間の距離の設定に応じた反射光強度
パターンが得られるが、例えばV型形状となる反射光強
度パターンの場合、最大強度と最小強度の差強度は、ベ
ストフォーカス点で最大となり、フォーカス位置が変る
に従って前述の差強度は減少し、距離の変化に対する差
強度の変化は、ペストフォーカス点を中心とした場合に
上に凸の2次関数的な曲線で表わされる。
When two beams are created from a laser beam and the two beams are deflected, a reflected light intensity pattern is obtained that corresponds to the setting of the distance between the points where the intensity of each beam making up the two beams is maximum. However, for example, in the case of a V-shaped reflected light intensity pattern, the difference in intensity between the maximum intensity and the minimum intensity is maximum at the best focus point, and as the focus position changes, the above-mentioned difference in intensity decreases, and The change in the difference intensity is represented by an upwardly convex quadratic curve when the pest focus point is the center.

このときフォーカス方向の距離が異なる少なくと゛も2
点で前述の差強度を測定して2次曲線のピーク(ベスト
フォーカス位置)に対して曲線の左右どちらの側にフォ
ーカス位置がずれているかを検出する。
At this time, there are at least two different distances in the focus direction.
The above-mentioned difference intensity is measured at the point to detect whether the focus position is shifted to the left or right of the curve with respect to the peak (best focus position) of the quadratic curve.

次に検出された方向へフォーカス制御を行ないベストフ
ォーカス位置を検出する。前述の差強度は2次関数的な
変化に従って増加し、やがてはピークを過ぎて減少する
方向へ反転する。この差強度の増加から減少への変化を
検出してベストフォーカス位置を決定する。
Next, focus control is performed in the detected direction to detect the best focus position. The above-mentioned difference intensity increases according to a quadratic change, and eventually passes a peak and reverses to a decreasing direction. The best focus position is determined by detecting a change in this difference intensity from increase to decrease.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の実施例を図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明のオートフォーカス制御装置を微小寸法
計測に応用するときの、一実施例を説明するシステムブ
ロック図である。
FIG. 1 is a system block diagram illustrating an embodiment in which the autofocus control device of the present invention is applied to minute dimension measurement.

1はレーザ光源で、例えばI−I e −N eレーザ
発振管であって波長が01633μmで、ガウス強度分
布を有するレーザ光100を放射する。2はレーザ光1
00の光路やビーム形状等を変換させる光学系で、音響
光学素子(以、下KA、O,と略記する)6とビームス
プリッタ−101、対物レンズ102、集光レンズ10
9及び図示していないが他の各種のレンズ、光学素子か
ら構成される。
Reference numeral 1 denotes a laser light source, for example, an I-Ie-N e laser oscillation tube, which emits laser light 100 having a wavelength of 01633 μm and a Gaussian intensity distribution. 2 is laser beam 1
An optical system that converts the optical path, beam shape, etc. of 00, which includes an acousto-optic element (hereinafter abbreviated as KA, O) 6, a beam splitter 101, an objective lens 102, and a condenser lens 10.
9 and various other lenses and optical elements (not shown).

4はA、0.3の光学動作を制御するための音響光学素
子ドライバー(以下にA、0.ドライバーと略記する)
で、周波数発生器5及びランプ波発生器6を入力として
動作させられてA、0.3に高周波数帯の電気信号を出
力する。
4 is an acousto-optic element driver for controlling the optical operation of A, 0.3 (hereinafter abbreviated as A, 0. driver)
The frequency generator 5 and the ramp wave generator 6 are operated as inputs, and an electrical signal in a high frequency band is outputted to A, 0.3.

周波数発生器5はA、0.3に入射されたレーザ光10
0から0mの角度を持ち互いに接近して分離されて相異
なる方向に進行する2ビーム光106.104を発生さ
せる。このとき周波数発生器5から発せられる周波数f
mに比例して角度θmが変化する。
The frequency generator 5 receives a laser beam 10 incident on A, 0.3.
Two beams of light 106 and 104 are generated that have an angle of 0 to 0 m, are separated from each other, and travel in different directions. At this time, the frequency f emitted from the frequency generator 5
The angle θm changes in proportion to m.

ランプ波発生器6はA、0.3の光偏向を制御するもの
で、2ビーム光106.1.04のなす角度θmを同じ
角度に保ちながら2ビーム光106.104の進行方向
を変える。このときランプ波発生器6から発せられる電
圧Vaに比例して光偏向位置が決定される。
The ramp wave generator 6 controls the optical deflection of A, 0.3, and changes the traveling direction of the two-beam light 106.104 while keeping the angle θm formed by the two-beam light 106.1.04 at the same angle. At this time, the optical deflection position is determined in proportion to the voltage Va emitted from the ramp wave generator 6.

A、0.3によって発せられた2ビーム光106.10
4はビームスプリッタ−101を通過して対物レンズ1
02により微小なスポット径に集光されると共に、互い
に接近して平行に進行する2つの集光された2ビーム光
105.106に変換される。この集光された2ビーム
光105.106の個々の光ビームはガウス型強度分布
を有し、その強度の最大点の間の距離をピーク間距離C
Wと呼ぶことにするが、ピーク間距離CWは前述の2ビ
ーム光106.104のなす角度θm及び光学系2を構
成する各種のレンズ類の焦点距離、対物レンズ102の
焦点距離に応じて設定される。
Two beams of light emitted by A, 0.3 106.10
4 passes through the beam splitter 101 and enters the objective lens 1.
02, the light is focused into a minute spot diameter, and is converted into two focused two-beam lights 105 and 106 that travel close to each other in parallel. The individual light beams of the two focused beams 105 and 106 have a Gaussian intensity distribution, and the distance between the maximum points of the intensity is defined as the peak-to-peak distance C
The peak-to-peak distance CW, which will be referred to as W, is set depending on the angle θm formed by the two beams 106 and 104 mentioned above, the focal lengths of various lenses constituting the optical system 2, and the focal length of the objective lens 102. be done.

集光された2ビーム光105.106は寸法が計測され
る被測定物7に照射される。8は焦点方向距離制御手段
で、例えば被測定物7を乗せて焦点方向に移動させる移
動ステージから構成されるが、被測定物7が対物レンズ
102の焦点位置になるように焦点方向の距離を制御す
る。
The two focused beams of light 105 and 106 are irradiated onto the object 7 whose dimensions are to be measured. Reference numeral 8 denotes a distance control means in the focal direction, which is composed of, for example, a moving stage on which the object to be measured 7 is placed and moved in the focal direction. Control.

被測定物7によって反射された2ビーム光105.10
6はビームスプリッタr101によって進路を変えられ
、反射光107,108として取り出され集光レンズ1
09により一点に重ね合わされた集光反射光110とし
てその反射光強度を検出する。
Two-beam light 105.10 reflected by the object to be measured 7
6 is changed in its course by the beam splitter r101 and taken out as reflected light 107, 108 and sent to the condenser lens 1.
09, the intensity of the reflected light is detected as condensed reflected light 110 superimposed at one point.

9は光電変換部で、PiNフォトダイオード等の光検出
器で集光反射光110を受光して電流−電圧変換を行な
う。
Reference numeral 9 denotes a photoelectric conversion section, which receives the condensed reflected light 110 with a photodetector such as a PiN photodiode and performs current-voltage conversion.

本発明の構成の場合はA、O,tかも発せられる2ビー
ム光106.104の周波数はA、O,ドライバー4の
構成に応じて、互いに相異なる周波数を有するために、
光電変換された電気信号は交流電圧信号に直流電圧が重
畳された信号となるため、交流成分はカットして直流電
圧のみを検出する。
In the case of the configuration of the present invention, the frequencies of the two beam lights 106 and 104 emitted by A, O, and t have different frequencies depending on the configurations of A, O, and driver 4.
Since the photoelectrically converted electrical signal becomes a signal in which a DC voltage is superimposed on an AC voltage signal, the AC component is cut off and only the DC voltage is detected.

10は反射光強度パターン作成部で、ランプ波発生器6
の電圧変化によって光偏向された領域で、各々の光偏向
状態毎に光電変換された電圧をA/D変換して反射光強
度に比例した電圧をランプ波電圧の関数として記憶する
10 is a reflected light intensity pattern creation section, which includes a ramp wave generator 6;
In the region where the light is deflected by the voltage change, the photoelectrically converted voltage for each light deflection state is A/D converted and a voltage proportional to the reflected light intensity is stored as a function of the lamp wave voltage.

11は最大・最小強度検出部で、反射光強度パターンの
予め設定された領域における反射光強度の最大値と最小
値を検出する。ここで集光された2ビーム光105.1
06のピーク間距離CWを個々のビームの直径の30%
程度以下の小さい値に設定すれば、2ビーム光105.
106の合成された光強度分布は互いに重ね合わされて
実質的に1ビーム光の状態に等しくなり、この場合の反
射光強度パターンはV型形状となる。またピーク間距離
CWを個々のビームの直径と同程度の大きな値に設定す
れば、反射光強度パターンはW型形状となり、■型ある
いはW型パターンの設定された領域の最大・最小強度を
検出する。
Reference numeral 11 denotes a maximum/minimum intensity detection unit that detects the maximum and minimum values of the reflected light intensity in a preset area of the reflected light intensity pattern. Two beams of light focused here 105.1
06 peak-to-peak distance CW is 30% of the diameter of each individual beam.
If set to a small value below 105.
The 106 combined light intensity distributions are superimposed on each other and become substantially equivalent to one beam of light, and the reflected light intensity pattern in this case has a V-shape. In addition, if the peak-to-peak distance CW is set to a value as large as the diameter of each beam, the reflected light intensity pattern becomes a W-shape, and the maximum and minimum intensities in the area where the ■-shape or W-shape pattern is set are detected. do.

12は制御方向判定手段で、対物レンズ102と被測定
物7の間の焦点方向の距離を変化させるときの方向を決
定するもので、例えば被測定物7が対物レンズ102の
焦点位置よりも近い場合は遠くなる方向、焦点位置より
も遠い場合は近くなる方向に制御を行なうようKする。
Reference numeral 12 denotes a control direction determining means, which determines the direction when changing the distance in the focal direction between the objective lens 102 and the object to be measured 7. For example, if the object to be measured 7 is closer than the focal position of the objective lens 102, If the focal point is farther than the focal point, the control is performed in the direction of moving away from the focal point, and if the focal point is farther than the focal point, the control is performed in the direction of approaching the focal point.

例えば反射光強度パターンがV型形状の場合、ベストフ
ォーカス状態であれば■型パターンの最大強度が最大・
最小強度が最小となり、最大強度と最小強度の差強度が
最大となるが、フォーカス位置がずれてくれば、最大強
度は小さい値、最小強度は大きい値になるように変化し
、従って差強度はベストフォーカス状態に比べて小さく
なる。
For example, if the reflected light intensity pattern is V-shaped, the maximum intensity of the ■-shaped pattern is the maximum in the best focus state.
The minimum intensity becomes the minimum, and the difference intensity between the maximum intensity and the minimum intensity becomes the maximum. However, as the focus position shifts, the maximum intensity changes to a smaller value and the minimum intensity to a larger value, so the difference intensity becomes It becomes smaller compared to the best focus state.

このときの差強度の焦点方向の距離に対する変化は上に
凸のピークを持つ2次関数的あるいは高次の次数の偶関
数的な曲線で表わされ、ベストフォーカス点が差強度の
ピーク位置になる。
At this time, the change in the difference intensity with respect to the distance in the focal direction is represented by a quadratic function curve with an upwardly convex peak or a higher-order even function curve, and the best focus point is at the peak position of the difference intensity. Become.

今、V型パターンQ最大強度、最小強度を検出して差強
度を算出しても、前述の2次関数曲線のピーク位置に対
して曲線の左右どちらの側の位置にあるかは不明である
Now, even if the maximum intensity and minimum intensity of the V-shaped pattern Q are detected and the difference intensity is calculated, it is unclear which side of the curve it is located on, relative to the peak position of the quadratic function curve mentioned above. .

制御方向判定手段12により信号112を発して焦点方
向距離制御手段8により第1の大きさの距離変化を与え
て対物レンズ102と被測定物7の間の距離を変化させ
る。この第1の距離変化は方向判定を行なうだけのため
、比較的大きな変化、例えば20μm程度の変化でもよ
い。
The control direction determination means 12 issues a signal 112, and the focal direction distance control means 8 causes a distance change of a first magnitude to change the distance between the objective lens 102 and the object to be measured 7. Since this first distance change is only for determining the direction, it may be a relatively large change, for example, a change of about 20 μm.

この第1の距離変化を行なわせて、焦点方向の距離が互
いに異なる少なくとも2点の差強度変化からフォーカス
制御を行なうべき方向を判定する。
By performing this first distance change, the direction in which focus control should be performed is determined from the difference intensity change at at least two points having different distances in the focal direction.

このときの判定については後述する。The determination at this time will be described later.

16は最適強度制御手段で、制御方向判定手段12で判
定された方向へ被測定物7を移動させベストフォーカス
位置を決定する。最適強度制御手段13により信号11
4を発して焦点方向距離制御手段8により第2の大きさ
の距離変化を与えて対物レンズ102と被測定物7との
間の距離を変化させる。この第2の距離変化はベストフ
ォーカス制御のため、細かな距離変化、例えば1μm程
度の変化が必要である。
Reference numeral 16 denotes optimum intensity control means, which moves the object 7 to be measured in the direction determined by the control direction determination means 12 to determine the best focus position. The signal 11 is controlled by the optimum intensity control means 13.
4, and the focal direction distance control means 8 causes the distance change of the second magnitude to change the distance between the objective lens 102 and the object to be measured 7. Since this second distance change is for best focus control, a small distance change, for example, a change of about 1 μm is required.

第2の大きさの距離変化を与えて焦点方向の距離を変化
させる毎に、光偏向を行なわせて設定された領域の反射
光強度パターンを検出し、最大・最小強度検出部11で
反射光強度の最大値と最小値を検出し、そのときの最大
・最小電圧値を最大・最小強度記憶部14に記憶する。
Each time the distance in the focal direction is changed by applying a second distance change, the reflected light intensity pattern of the set area is detected by deflecting the light, and the maximum/minimum intensity detection unit 11 detects the reflected light. The maximum and minimum intensity values are detected, and the maximum and minimum voltage values at that time are stored in the maximum and minimum intensity storage section 14.

この最大φ最小強度の差強度は前述した如く距離の変化
に対して2次関数的に変化するが、差強度は焦点方向距
離の変化に従って増加し、やがては減少する。
As described above, the difference intensity between the maximum φ and minimum intensity changes quadratically with respect to a change in distance, but the difference intensity increases as the distance in the focal direction changes and eventually decreases.

最適強度制御手段16ではこの差強度の変化(増加→減
少)を検出して、差強度の減少が始まったら、制御信号
114により焦点方向距離制御手段8による距離の移動
を停止させ、最大・最小強度記憶部14に記憶されてい
る反射光強度の最大、最小値の差強度が最大となってい
るときの距離の状態を算出して、そのときの距離の状態
に焦点方向の距離をバックさせる。この状態がベストフ
ォーカス状態である。
The optimum intensity control means 16 detects the change in the difference intensity (increase→decrease), and when the difference intensity starts to decrease, the control signal 114 stops the movement of the distance by the focal direction distance control means 8, and the maximum/minimum The distance state when the difference intensity between the maximum and minimum reflected light intensity stored in the intensity storage unit 14 is maximum is calculated, and the distance in the focal direction is returned to the distance state at that time. . This state is the best focus state.

15は寸法算出部で、最適強度制御手段16によりベス
トフォーカス位置に制御されたときの被測定物7かもの
反射光強度パターンの予め設定された領域での最大値と
最小値の強度から寸法?計″測する。なお2ビーム光の
光偏向による反射光強度パターンの強度レベルから微小
寸法を計測する方法については特願昭62−51617
号公報及び特願昭62−85545号公報に詳細に述べ
ているため、本願においては省略する。
Reference numeral 15 denotes a dimension calculating section which calculates dimensions from the intensity of the maximum and minimum values in a preset area of the reflected light intensity pattern of the object to be measured 7 when controlled to the best focus position by the optimum intensity control means 16. The method of measuring minute dimensions from the intensity level of the reflected light intensity pattern by optical deflection of two beams is described in Japanese Patent Application No. 62-51617.
Since the details are described in Japanese Patent Application No. 62-85545, they will be omitted in this application.

第2図に制御方向判定手段12の動作を説明するための
反射光強度パターン及び差強度パターンの一例を示す。
FIG. 2 shows an example of a reflected light intensity pattern and a difference intensity pattern for explaining the operation of the control direction determining means 12.

第2図(イ)のV型の波型21は集光された2ビーム光
105.106のピーク間距離CWが小さい場合の反射
光強度パターンの一例でベストフォーカス状態である。
The V-shaped waveform 21 in FIG. 2(a) is an example of a reflected light intensity pattern when the peak-to-peak distance CW of the two focused beams 105 and 106 is small, and is in the best focus state.

グラフの横軸は光偏向を行なわすランプ波電圧で、電圧
に比例した位置に2ビーム光が照射される。グラフのた
て軸は反射光強度である。
The horizontal axis of the graph is the lamp wave voltage that deflects the light, and two beams of light are irradiated at positions proportional to the voltage. The vertical axis of the graph is the reflected light intensity.

210は波形21の解析を行なうために予め設定された
演算領域である。212は演算領域内での最大強度であ
り、214は同じく最小強度である。第2図(ロ)のV
型の波形22は第2図(イ)の状態に対応したフォーカ
ス位置がずれたときの場合である。216は演算領域2
10での最大強度、218は同じく最小強度である。
Reference numeral 210 denotes a calculation area set in advance for analyzing the waveform 21. 212 is the maximum intensity within the calculation area, and 214 is also the minimum intensity. V in Figure 2 (b)
The mold waveform 22 corresponds to the case where the focus position corresponding to the state shown in FIG. 2(a) is shifted. 216 is calculation area 2
10 is the maximum intensity, 218 is also the minimum intensity.

第2図p1のW型の波形26は集光された2ビーム光1
05.106のピーク間距離CWが大きい場合の反射光
強度パターンの例で、ベストフォーカス状態である。2
20は演算領域210内での最大強度、222は最小強
度である。
The W-shaped waveform 26 in FIG. 2 p1 is the condensed two-beam light 1.
This is an example of a reflected light intensity pattern when the peak-to-peak distance CW of 05.106 is large, and is in the best focus state. 2
20 is the maximum intensity within the calculation area 210, and 222 is the minimum intensity.

第2図(に)のW型の波形24は第2図(/jの状態に
対応したフォーカス位置がずれたときの場合である。
The W-shaped waveform 24 in FIG. 2 (2) is the case when the focus position corresponding to the state of FIG. 2 (/j) is shifted.

■型パターン、W型パターンのいずれの波形においても
、ベストフォーカス位置では最大強度が最大、最小強度
が最小となり、従って最大強度と最小強度の差強度は最
大となる。これに対してフォーカス位置がずれてくれば
、最大強度は減少し、最小強度は増大するため、差強度
は減少してくる。
In both the waveforms of the ■-shaped pattern and the W-shaped pattern, the maximum intensity is the maximum and the minimum intensity is the minimum at the best focus position, so the difference in intensity between the maximum intensity and the minimum intensity is the maximum. On the other hand, if the focus position shifts, the maximum intensity decreases and the minimum intensity increases, so the difference intensity decreases.

以下の説明では■型パターンの場合について説明するが
、W型パターンの場合でも同様である。
In the following explanation, the case of the ■-shaped pattern will be explained, but the same applies to the case of the W-shaped pattern.

第2図(ホ)の波形25は■型パターンの最大強度と最
小強度の差強度の波形で、グラフの横軸は焦点方向への
距離で以後Z方向距離とよぶ。たて軸は強度である。2
60は差強度の最大点でZ方向距離がベストフォーカス
の状態で、この点なZ=0とする。
A waveform 25 in FIG. 2(e) is a waveform of the difference intensity between the maximum intensity and the minimum intensity of the ■-shaped pattern, and the horizontal axis of the graph is the distance toward the focal point, hereinafter referred to as the Z-direction distance. The vertical axis is strength. 2
60 is the maximum point of the difference intensity, and the distance in the Z direction is in the state of best focus, and it is assumed that Z=0 at this point.

波形25はZ二〇を中心として上に凸のピークを有する
2次関数で表わされ、例えば被測定物7が対物レンズに
近ずく方向をZ)OのCF方向、逆に遠ざかる方向をZ
〈0のCB方向と呼ぶことにすると、IZ+)0の状態
(フォーカスずれ)になると、差強度は減少する。しか
も波形25はZ=0に関してほぼ左右対称的に変化する
ため、−点での差強度の情報だけからではCF方向に制
御するか、CB方向に制御するかの判定が不可能である
The waveform 25 is expressed by a quadratic function having an upwardly convex peak centered on Z20. For example, the direction in which the object 7 approaches the objective lens is the CF direction of Z)O, and conversely, the direction in which the object 7 is moving away from the objective lens is Z
If this is called the CB direction of <0, the difference intensity decreases when the state of IZ+)0 (out of focus) occurs. Moreover, since the waveform 25 changes almost symmetrically with respect to Z=0, it is impossible to determine whether to control in the CF direction or in the CB direction from only the information on the difference intensity at the - point.

第2図(へ)に制御方向判定の一例を示す。An example of control direction determination is shown in FIG.

第2図(へ)の場合は初期のフォーカスずれが大きくて
差強度のレベルが差強度のビーク260に比べて小さい
場合である。制御方向を決定するために初期設定する移
動方向をCF方向に行なうと仮定する。
In the case of FIG. 2(f), the initial focus shift is large and the level of the differential intensity is smaller than the peak 260 of the differential intensity. It is assumed that the initial movement direction to determine the control direction is the CF direction.

初期の差強度が点262の位置にあるとすればCF方向
に例えば20μm移動させて差強度が点234の位置に
なり差強度が増加したとすればCF方向は順方向となり
、正しい制御方向である。
If the initial differential intensity is at the position of point 262, then if the differential intensity is moved, for example, 20 μm in the CF direction, and the differential intensity becomes the point 234, and the differential intensity increases, then the CF direction becomes the forward direction, and in the correct control direction. be.

また初期の差強度が点266の位置にあるとしたとき、
CF方向に20μm移動させて差強度が点268の位置
になり差強度が減少したとすれば、CF方向は逆方向と
なり、誤まった制御方向であるためCB方向へ制御する
と判定する。
Also, assuming that the initial difference intensity is at the position of point 266,
If the differential intensity is moved by 20 μm in the CF direction and the differential intensity is reduced to the position of point 268, the CF direction is the opposite direction, and it is determined that the control direction is to be controlled in the CB direction because this is an incorrect control direction.

このようにして差強度の強度レベルが低い場合は焦点方
向の距離Zが互いに異なる2点の差強度の比較で制御方
向の判定が可能である。この場合の移動距離の大きさ及
び移動回数の設定のために、差速度の強度レベルに対し
てスライスレベル261を設けておき、初期の差速度が
スライスレベル261よりも低い場合は2点の強度レベ
ルで大きい距離変化で方向判定を行なわせる。
In this manner, when the intensity level of the difference intensity is low, the control direction can be determined by comparing the difference intensities at two points having different distances Z in the focal direction. In order to set the size of the movement distance and the number of movements in this case, a slice level 261 is provided for the intensity level of the difference speed, and if the initial speed difference is lower than the slice level 261, the intensity of two points is set. Direction judgment is performed with a large distance change at the level.

初期の差速度がスライスレベル261より大きい場合は
第2図(ト)に示す如く制御方向の判定にミスが生じる
場合がある。初期の差速度が点240の位置にあるとき
、例えばCF方向に20μm移動させて差速度が点24
2の位置になったとする。
If the initial speed difference is greater than the slice level 261, an error may occur in determining the control direction as shown in FIG. 2(G). When the initial differential velocity is at point 240, for example, by moving 20 μm in the CF direction, the differential velocity becomes point 24.
Suppose you are in position 2.

この場合、差速度は増加する方向に変化するためCF方
向が順方向であると判定してしまう。
In this case, since the differential speed changes in an increasing direction, it is determined that the CF direction is the forward direction.

点242の差速度は差速度のピーク230に対して低い
ため、実際にはCB方向へ制御する必要がある。
Since the differential velocity at point 242 is lower than the differential velocity peak 230, it is actually necessary to control in the CB direction.

第2図(7)に初期の差速度が判定のスライスレベル2
61よりも大きい場合の制御方向の判定例を示す。
Figure 2 (7) shows the slice level 2 where the initial differential velocity is determined.
An example of determining the control direction when the value is larger than 61 is shown.

第2図チにおいて初期の差速度が点250の状態であり
、初期の制御方向がCF方向であると仮定する。本例の
場合は前述の場合とは異なり3点の間での差速度の比較
を行なう。Z方向の距離を15μm移動させて点252
の差速度の状態が得られ、更に15μm移動させて点2
54の差速度の状態が得られたとすれば、差速度の変化
は増加→減少となり、このような変化であれば差速度の
ピーク260を超えているため、点254からはCB方
向へ制御すればよいと判定する。
Assume that the initial differential velocity is at point 250 in FIG. 2H, and that the initial control direction is the CF direction. In this example, unlike the previous case, the difference speeds are compared between three points. Move the distance in the Z direction by 15 μm to point 252
A state with a differential velocity of
If the differential speed state of 54 is obtained, the change in differential speed will be from increase to decrease, and if this is the case, the differential speed will exceed the peak 260, so control should be carried out in the CB direction from point 254. It is determined that it is good.

本例の場合は波形25のZの変化に対する差速度の変化
及びスライスレベル261の強度を考慮したZ方向の距
離の変化の大きさな設定する必要がある。即ち各々のZ
方向の距離の移動に対して差速度の変化がある程度大き
いことが必要である。
In the case of this example, it is necessary to set the magnitude of the change in the distance in the Z direction in consideration of the change in differential speed with respect to the change in Z of the waveform 25 and the intensity of the slice level 261. That is, each Z
It is necessary that the change in the differential speed be large to some extent with respect to the movement of the distance in the direction.

また波形25のZ方向に対する強度変化がブロードの場
合は4点の間での差速度の比較を行なってもよい。
Further, if the intensity change in the waveform 25 in the Z direction is broad, the difference velocity may be compared between four points.

以上の如く差速度のZ方向距離の変化に対する増加、減
少の変化の検出により容易にZ方向に対しての制御方向
を決定することが可能である。
As described above, it is possible to easily determine the control direction in the Z direction by detecting increases and decreases in the differential speed with respect to changes in the distance in the Z direction.

第3図に差速度波形を示して最適強度制御手段16の動
作を説明する。
The operation of the optimal intensity control means 16 will be explained with reference to a differential velocity waveform in FIG.

第3図(イ)は制御する方向がCF方向であると判定さ
れたときの差速度がスライスレベル261よりも低い場
合である。方向判定されたときの差速度が点260の位
置にあるとする。最適強度制御手段16ではペストフォ
ーカスへの制御が必要であるため、Z方向距離を順次設
定された方向に変化させる必要がある。このとき差速度
がスライスレベル261より低い場合は例えば10μm
ステップでCF方向へ移動させ、差速度がスライスレベ
ル261を超えて点262の状態になったときは、CF
方向への移動量を例えば1μmのステップに変更して差
速度の検出を行なう。
FIG. 3(A) shows a case where the differential speed is lower than the slice level 261 when it is determined that the direction to be controlled is the CF direction. Assume that the differential speed when the direction is determined is at a point 260. Since the optimum intensity control means 16 needs to control pest focus, it is necessary to sequentially change the Z direction distance in the set direction. At this time, if the differential speed is lower than the slice level 261, for example, 10 μm.
When the differential velocity exceeds the slice level 261 and reaches the point 262, the CF
The differential velocity is detected by changing the amount of movement in the direction, for example, in steps of 1 μm.

点262から点264までは差速度はZ方向距離の変化
に対して増加する。点264からは差速度の変化は減少
して、減少が2回連続して発生した場合の点266の差
速度の状態でCF方向への移動を停止する。
From point 262 to point 264, the differential velocity increases as the Z direction distance changes. From point 264 onwards, the change in differential speed decreases, and movement in the CF direction is stopped at the differential speed at point 266 where the decrease occurs twice in succession.

点260の状態から点266の状態までZ方向距離を移
動させたときの各々の距離の状態毎に最大・最小強度記
憶部14で記憶されている反射光強度の最大値、最小値
及びその差速度を判定して差速度が最大となるときの距
離を算出してCB方向にバックさせる。この状態がベス
トフォーカスの状態(点264に相当)である。
The maximum value, minimum value, and difference of reflected light intensity stored in the maximum/minimum intensity storage unit 14 for each distance state when moving the Z direction distance from the state of point 260 to the state of point 266 The speed is determined, the distance when the differential speed is maximum is calculated, and the vehicle is moved back in the CB direction. This state is the best focus state (corresponding to point 264).

第3図(ロ)は方向判定が行なわれたときの初期の差速
度がスライスレベル261よりも大きい場合で点268
の状態の場合である。本例はCF方向への制御を最初か
ら1μmステップの変化で行なえばよい。差速度の最大
点の決定は第3図(イ)で説明した場合と同様である。
FIG. 3 (b) shows the point 268 when the initial differential velocity when the direction is determined is greater than the slice level 261.
This is the case in the state of In this example, control in the CF direction may be performed in steps of 1 μm from the beginning. The determination of the maximum point of differential velocity is the same as that described in FIG. 3(a).

第3図Hに最適強度制御を行なうときの第3の実施例を
示す。
FIG. 3H shows a third embodiment when performing optimal intensity control.

制御方向の判定を行なったときの差速度が点268aの
状態にありCF方向へ方向制御を行なうと判定されたと
仮定する。CF方向へ1μmステップで2回移動を行な
ったとき点270の差速度の状態になれば、差速度は初
期の状態に比べて減少する。
Assume that the differential speed when the control direction is determined is at point 268a, and it is determined that the direction control should be performed in the CF direction. If the state of differential velocity at point 270 is reached when the movement is performed twice in 1 μm steps in the CF direction, the differential velocity decreases compared to the initial state.

これは差速度がピーク点260からはずれていることに
なり、制御方向判定手段12での判定にミスがあったこ
とになる。
This means that the differential speed has deviated from the peak point 260, which means that the control direction determining means 12 has made an error in the determination.

このように例えば初期に2回の移動を行なわせたときの
差強度が2回共に以前の状態に比べて減少すれば、逆方
向に制御を行なっているとして制御方向を反転させてC
B方向への制御を行なわせる。点270からCB方向へ
移動を行なわせればZ方向の距離の変化に対して差強度
の変化は増加し、やがては減少するように変化し、点2
74の差強度の状態で移動を停止させ、差強度の最大点
272を決定する。
In this way, for example, when the initial movement is performed twice, if the difference strength decreases both times compared to the previous state, it is assumed that control is being performed in the opposite direction, and the control direction is reversed and C
Control is performed in the B direction. If you move from point 270 in the CB direction, the change in the difference intensity will increase with respect to the change in distance in the Z direction, and then it will change to decrease, and point 2
The movement is stopped when the difference intensity is 74, and the maximum point 272 of the difference intensity is determined.

この様に距離の変化に対して常に差強度の変化が増加→
減少の状態にならしめることが必要である。なお差強度
の2回連続した減少を判定するのは、差強度検出に振動
等の外乱の影響が入った場合に1回の判定では誤判定を
起こす可能性があるために必要なことである。
In this way, the change in the difference intensity always increases as the distance changes →
It is necessary to bring it into a state of decline. Note that it is necessary to determine two consecutive decreases in the difference strength because if the difference strength detection is affected by external disturbances such as vibrations, a single determination may result in an erroneous determination. .

以上説明した制御方向判定手段12及び最適強度制御手
段16の判定動作はマイクロコンピュータ−を用いたソ
フトウェア演算処理によって行なう。
The determination operations of the control direction determination means 12 and the optimum strength control means 16 described above are performed by software calculation processing using a microcomputer.

以下に本発明による演算のソフトウェアについて説明す
る。
The calculation software according to the present invention will be explained below.

第4図に制御方向判定手段12の動作のフローチャート
図の一例を示す。
FIG. 4 shows an example of a flowchart of the operation of the control direction determining means 12.

ステップ400は被測定物7が最初にセットされている
ときに光偏向を行なわせて反射光強度パターンを得を動
作を行なう。ステップ400は反射光強度パターンの設
定されている領域での最大強度、最小強度を検出し、差
強度を算出する。
In step 400, when the object 7 to be measured is initially set, light is deflected to obtain a reflected light intensity pattern. Step 400 detects the maximum intensity and minimum intensity in the area where the reflected light intensity pattern is set, and calculates the difference intensity.

ステップ404はステップ402で算出された差強度の
大きさと予め設定されているスライスレベルとする差強
度の大きさの大小を判定する。
Step 404 determines the magnitude of the difference intensity calculated in step 402 and the magnitude of the difference intensity to be set as a preset slice level.

ステップ406はステップ404の判定に応じて、制量
方向を決定するために被測定物7のZ方向への距離移動
を行なわせる回数を決定する。
In step 406, in accordance with the determination in step 404, the number of times the object to be measured 7 is to be moved a distance in the Z direction is determined in order to determine the control direction.

ステップ408は同じくZ方向への移動を行なわせる方
向(これは初期セットすればよい)及び距離変化の大き
さを決定する。
Step 408 similarly determines the direction in which the movement is to be performed in the Z direction (this may be set initially) and the magnitude of the distance change.

ステップ410は焦点方向距離制御手段8を動作させて
、Z方向の距離を変化させる。移動が終了したらステッ
プ412は光偏向を行なわせて反射光強度パターンを作
成し、ステップ414で同じく最大、最小強度を検出し
て差強度を算出すると共にメモリー素子に記憶する。
Step 410 operates the focal direction distance control means 8 to change the distance in the Z direction. When the movement is completed, step 412 deflects the light to create a reflected light intensity pattern, and step 414 similarly detects the maximum and minimum intensities, calculates the difference intensity, and stores it in the memory device.

ステップ416はステップ406で設定した移動回数に
達したかどうかの判定を行ない、移動回数に達してない
場合はループ417によりステップ410からの動作を
くり返し、移動回数に達したらステップ418で焦点方
向距離制御手段8の動作を停止させる。
In step 416, it is determined whether the number of movements set in step 406 has been reached. If the number of movements has not been reached, the operation from step 410 is repeated in a loop 417, and when the number of movements has been reached, in step 418, the distance in the focal direction is The operation of the control means 8 is stopped.

移動が終了すると次に差強度の変化の判定を行なう。ス
テップ420は差強度の変化の判定を行なって今後どの
方向に制御を行なうかの決定を行ない、次に最適強度制
御の動作に移る。
When the movement is completed, a change in the difference intensity is then determined. In step 420, a change in the differential intensity is determined to determine in which direction the control should be performed in the future, and then the operation moves to optimal intensity control.

第5図に最適強度制御手段16の動作を説明するフロー
チャート図の一例を示す。
FIG. 5 shows an example of a flowchart explaining the operation of the optimum strength control means 16.

ステップ500は第4図のステップ420で制御方向を
決定したときに検出された反射光強度の最大、最小値及
び差強度から移動を行なわせるときの距離変化の大きさ
を設定する。
Step 500 sets the magnitude of distance change when moving from the maximum and minimum values of reflected light intensity and difference intensity detected when the control direction was determined in step 420 of FIG. 4.

ステップ502は焦点方向距離制御手段8によりステッ
プ500で設定された量だけ移動させる。
In step 502, the focus direction distance control means 8 moves the focal point by the amount set in step 500.

ステップ504は光偏向を行なわせて反射光強度パター
ンを作成する。ステップ506は反射光強度の最大、最
小値を検出して差強度を算出する。
Step 504 performs light deflection to create a reflected light intensity pattern. Step 506 detects the maximum and minimum values of the reflected light intensity and calculates the difference intensity.

ループ508でステップ502.504.506と同じ
動作を再度くり返して行なう。
In loop 508, the same operations as steps 502, 504, and 506 are repeated again.

ステップ510では第4図のステップ420で方向判定
を行なったときの差強度とステップ506で検出された
2回の差強度の合計3個の差強度の間の変化を比較して
制御方向が正しいかどうか判定する。各点の間の差強度
の変化が、増加が2回連続すれば制御の方向は順方向で
あるからステップ420で設定された方向へ制御を行な
う。
In step 510, the control direction is determined to be correct by comparing the change in the difference intensity when the direction was determined in step 420 of FIG. Determine whether If the change in the difference intensity between each point increases twice in succession, the direction of control is forward, so control is performed in the direction set in step 420.

各点の間の差強度の変化が、減少が2回連続するか、あ
るいは増加→減少へ変化すれば制御の方向は逆方向であ
るからステップ512ではステップ420で設定された
方向とは逆の方向への制御に変える。
If the change in the difference intensity between each point decreases twice in a row or changes from increase to decrease, the direction of control is in the opposite direction, so in step 512, the direction opposite to that set in step 420 is changed. Change to direction control.

ステップ514は前述の2回目の距離の移動な行わせた
ときに検出された差強度の強度レベルと前述したスライ
スレベル231の強度の大小の比較を行なうもので、ス
テップ516では判定結果に応じてZ方向への距離変化
の大きさを設定してステップ518によりZ方向の距離
を移動する。
Step 514 compares the magnitude of the intensity level of the difference intensity detected when the second distance movement was performed and the intensity of the slice level 231 described above. The magnitude of the distance change in the Z direction is set, and the distance in the Z direction is moved in step 518.

ステップ520及びステップ522は前述したステップ
504とステップ506と同様の動作を行なう。
Steps 520 and 522 perform the same operations as steps 504 and 506 described above.

ステップ524は距離の移動の前後での差強度の変化を
検出する。移動後の差強度が移動前の差強度よりも大き
ければ、差強度は増加する方向の変化である。ステップ
526で差強度の変化が増加していればループ528で
前述の距離移動の動作をくり返す。
Step 524 detects the change in differential intensity before and after the distance movement. If the difference intensity after movement is larger than the difference intensity before movement, the difference intensity changes in an increasing direction. If the change in the difference intensity is increasing in step 526, the above-described distance movement operation is repeated in loop 528.

差強度の変化が減少すればステップ530で差強度の減
少の変化が2回連続して起こるかを判定する。連続して
起こらなければループ528で再び距離移動の動作をく
り返すが、差強度の変化が2回連続して減少した場合は
ステップ562で距離移動を停止する。
If the change in the differential intensity decreases, it is determined in step 530 whether the decreasing change in the differential intensity occurs twice in a row. If this does not occur continuously, the distance movement operation is repeated again in loop 528, but if the change in the difference intensity decreases twice in succession, the distance movement is stopped in step 562.

ステップ564ではステップ506及びステップ522
で検出されて記憶されている各々の距離状態での最大、
最小強度から差強度が最大となるときの距離の状態を検
出する。
In step 564, step 506 and step 522
The maximum in each distance state detected and stored in
The state of distance from the minimum intensity to the maximum difference intensity is detected.

ステップ566ではこれまで行なわれてきた制御の方向
と逆方向への方向反転を行ない、ステップ564で算出
された差強度が最大となる位置に距離を移動させる。
In step 566, the direction of the control that has been performed so far is reversed to the opposite direction, and the distance is moved to the position where the difference intensity calculated in step 564 is maximum.

この位置がベストフォーカス位置で、この位置で再び光
偏向を行なって反射光強度パターンを作成し、そのとき
の最大、最小強度を検出する。
This position is the best focus position, and the light is deflected again at this position to create a reflected light intensity pattern, and the maximum and minimum intensities at that time are detected.

ベストフォーカス位置に制御された反射光強度パターン
の最小強度と最大強度から被測定物の寸法を算出する。
The dimensions of the object to be measured are calculated from the minimum intensity and maximum intensity of the reflected light intensity pattern controlled to the best focus position.

この場合最大強度と最小強度の絶対値から寸法を求める
ことは良い方法ではない。
In this case, determining the dimensions from the absolute values of the maximum and minimum strengths is not a good method.

レーザ光の光強度の変動が起った場合に誤まった測定を
してしまうためである。従って最小強度と最大強度の比
の値から寸法算出を行なえばよい。
This is because erroneous measurements may be made if the light intensity of the laser beam varies. Therefore, the dimensions may be calculated from the value of the ratio of the minimum strength to the maximum strength.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明したことから明らかな如く、本発明によるオ
ートフォーカス制御を行なうことKより、被測定物を常
にベストフォーカス位置に高速度で精度良く設定するこ
とができ、0.01μmオーダーの高分解能でサブミク
ロン領域の寸法計測を安定して行なうことが可能となる
As is clear from the above explanation, by performing autofocus control according to the present invention, the object to be measured can always be set at the best focus position at high speed and with high precision, and with high resolution on the order of 0.01 μm. It becomes possible to stably measure dimensions in the submicron region.

更にベストフォーカス位置制御を簡単なソフトウェアで
実行することができ、安価な構成で装置化することが可
能となる。
Furthermore, the best focus position control can be executed with simple software, and it becomes possible to implement the device with an inexpensive configuration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明のオートフォーカス制御装置を微小寸法
計測に応用したときの一実施例を説明するためのシステ
ムブロック図、第2図イ)〜チは本発明のオートフォー
カス制御装置の制御方向設定の動作を説明するための反
射光強度パターン及び差強度の距離に対する変化と制御
位置による差強度の変化の状態を示す波形図、第3図(
イ)〜(/→は本発明のオートフォーカス制御装置の最
適強度制御動作を説明するための制御位置の変化による
差強度の変化の状態を説明する波形図、第4図は本発明
のオートフォーカス制御装置の制御方向判定の動作を説
明するフローチャート図、第5図は本発明のオートフォ
ーカス制御装置の最適強度制御の動作を説明するフロー
チャート図である。 1・・・・・・レーザ光源、 6・・・・・・音響光学素子、 7・・・・・・被測定物、 8・・・・・・焦点方向距離制御手段、10・・・・・
・反射光強度パターン作成部、11・・・・・・最大・
最小強度検出部、12・・・・・・制御方向判定手段、 16・・・・・・最適強度制御手段、 14・・・・・・最大・最小強度記憶部、15・・・・
・・寸法算出部。 第3図 (A)             (ロ)CB    
  CF (ハ) 第4図 敢通便1副脚
Fig. 1 is a system block diagram for explaining an embodiment of the autofocus control device of the present invention applied to minute dimension measurement, and Fig. 2 A) to C are control directions of the autofocus control device of the present invention. Figure 3 is a waveform diagram showing the reflected light intensity pattern and the change in the difference intensity with respect to the distance and the state of the change in the difference intensity depending on the control position to explain the setting operation.
B) ~ (/→ is a waveform diagram illustrating the state of change in differential intensity due to change in control position to explain the optimal intensity control operation of the autofocus control device of the present invention, and Fig. 4 is a waveform diagram illustrating the state of change in differential intensity due to change in control position. FIG. 5 is a flowchart explaining the operation of determining the control direction of the control device. FIG. ... Acousto-optic element, 7 ... Measurement object, 8 ... Focal direction distance control means, 10 ...
・Reflected light intensity pattern creation section, 11... Maximum
Minimum intensity detection unit, 12...Control direction determining means, 16...Optimum intensity control means, 14...Maximum/minimum intensity storage unit, 15...
...Dimension calculation section. Figure 3 (A) (B) CB
CF (c) Fig. 4 Kantsubin 1 secondary leg

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims]  レーザ光源から放射されるレーザ光を対物レンズで微
小なスポット径に集光して被測定物面上に照射し、反射
光強度を検出してオートフォーカス制御を行なうオート
フォーカス制御装置において、集光したレーザ光を前記
被測定物面上で偏向させて偏向領域内の各偏向状態毎に
前記反射光強度を検出して反射光強度パターンを作成す
る反射光強度パターン作成部と、前記対物レンズと前記
被測定物表面との間の焦点方向の距離を変化させる焦点
方向距離制御手段と該焦点方向距離制御手段により発せ
られる第1の大きさの距離変化を与えて、焦点方向の距
離が互いに異なる少なくとも2点で前記被測定物からの
前記反射光強度パターンの予め設定された領域の反射光
強度の最大値と最小値を検出し該最大値と最小値の強度
の変化から前記対物レンズと被測定物の間の焦点方向の
距離を変化させるときの方向を決定する制御方向判定手
段と、前記焦点方向距離制御手段により発せられる第2
の大きさの距離変化で前記制御方向判定手段で決定され
た方向へ距離を変化させ、各々の距離の状態毎に前記反
射光強度パターンの予め設定された領域での反射光強度
の最大値と最小値を検出すると共に該最大値と最小値の
強度を記憶せしめ、前記最大値と最小値の差の強度が最
大となる位置に焦点方向の距離を設定する最適強度制御
手段から成ることを特徴とするレーザ光を用いたオート
フォーカス制御装置。
In an autofocus control device that performs autofocus control by focusing the laser light emitted from a laser light source into a minute spot diameter using an objective lens and irradiating it onto the surface of the object to be measured, the intensity of the reflected light is detected. a reflected light intensity pattern creation unit that deflects the reflected laser light on the object surface to be measured and detects the reflected light intensity for each deflection state within the deflection region to create a reflected light intensity pattern; and the objective lens; A focal direction distance control means for changing the distance in the focal direction from the surface of the object to be measured, and a distance change of a first magnitude emitted by the focal direction distance control means, so that the distances in the focal direction are different from each other. The maximum and minimum values of the reflected light intensity in a preset area of the reflected light intensity pattern from the object to be measured are detected at at least two points, and the objective lens and the object are detected based on the change in the intensity of the maximum and minimum values. control direction determining means for determining the direction in which the distance in the focal direction between objects to be measured is changed; and a second control direction emitted by the focal direction distance controlling means.
The distance is changed in the direction determined by the control direction determining means by a distance change of the magnitude, and the maximum value of the reflected light intensity in a preset area of the reflected light intensity pattern is determined for each distance state. It is characterized by comprising an optimum intensity control means that detects the minimum value, stores the intensity of the maximum value and the minimum value, and sets the distance in the focal direction to a position where the intensity of the difference between the maximum value and the minimum value is maximum. Autofocus control device using laser light.
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