JPH0623809B2 - 焦 点 検 出 装 置 - Google Patents

焦 点 検 出 装 置

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JPH0623809B2
JPH0623809B2 JP59192702A JP19270284A JPH0623809B2 JP H0623809 B2 JPH0623809 B2 JP H0623809B2 JP 59192702 A JP59192702 A JP 59192702A JP 19270284 A JP19270284 A JP 19270284A JP H0623809 B2 JPH0623809 B2 JP H0623809B2
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大吉 粟村
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LASER TEC KK
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/28Systems for automatic generation of focusing signals
    • G02B7/30Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line
    • G02B7/32Systems for automatic generation of focusing signals using parallactic triangle with a base line using active means, e.g. light emitter

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、焦点検出装置、特に、試料表面からの反射光
の干渉による影響を軽減した焦点検出装置に関するもの
である。
(従来技術) ICの製造に用いられるホトマスクやレチクルパターン
の欠陥の検査方法として、顕微鏡を用いてICパターン
像を映し出して検査する方法が実用化されている。この
検査に用いられる顕微鏡は焦点検出装置が設けられ、焦
点状態を検出して常時合焦状態となるようにしながら観
察できるように構成されている。
従来の焦点検出装置として非点収差素子を利用した焦点
検出装置がある。この焦点検出装置は、光源から発した
光束を試料表面にスポット状に入射させ、試料表面で反
射した光束を非点収差素子を介して、例えば4分割した
受光領域を有する光検出器上に投影し、この光検出器か
らの光電出力に基いてフォーカシングエラー信号を作
り、このフォーカシングエラー信号に基いて光学素子を
駆動する駆動信号を作るように構成されている。この従
来の焦点検出装置は、試料表面からの反射光により合焦
検出を行なうように構成されているから、試料表面に段
差や凹凸があると入射光と反射光との間に位相差を生じ
て干渉による悪影響を受け易すい欠点がある。
(発明が解決しようとする問題点) 第2図は焦点検出装置の光源から発した光束が試料表面
に入射したときの状態を示す模式図である。スポット状
ビームが入射した試料表面が平滑な平面の場合は、入射
光と反射光に位相差が発生せず正確な焦点検出を行なう
ことができる。しかし、第2図に示すように試料表面に
段差がある場合、入射光と反射光との間に位相差を生じ
てしまう。この場合段差が使用する光の波長λの1/4倍
又はこの整数倍の場合には入射光と反射光とが相互に干
渉をおこしてしまう。干渉が生ずると光検出器上に投影
される光スポットのパターンがくずれてしまい正確な焦
点検出ができない不都合を生じてしまう。このλ/4程
度の段差や凹凸は焦点深度範囲内にあり、試料表面を観
察するときは問題とはならないが、焦点検出を行なう場
合には重要な問題点となり、特にホトマスクやレチクル
パターン上に形成されているICパターンの厚さはλ/
4又はこの整数倍となる場合が応々にしてあり、試料表
面状態による干渉の影響を受け易すい特性がある。従っ
て、観察すべき試料の表面状態による影響を受けない焦
点検出装置の開発が強く要請されている。
(問題を解決するための手段) 本発明は、焦点検出用の光ビームを放射する光源と、周
期的に回転するビーム偏向ミラー面を有し、前記光源か
ら放射された光ビームを、試料表面上で予め定めた円形
パターンに従って常時周期的に偏移させる光ビーム偏移
手段と、この光ビーム偏移手段により偏移された光ビー
ムを試料表面上で微小スポット状に集束させる対物レン
ズと、試料表面からの反射ビームを受光して光電出力信
号を発生する光検出器と、光検出器からの出力信号に基
いてフォーカシングエラー信号を発生する信号処理回路
とを具え、前記試料表面からの反射ビームを前記光ビー
ム偏移手段を介して前記光検出器に静止した光ビームと
して入射させ焦点検出用ビームの試料表面の段差に起因
する干渉作用を軽減するように構成したことを特徴とす
るものである。
(作用) 本発明は、光源と対物レンズとの間にビームスポットを
偏移させる手段を設け、この偏移手段によりビームスポ
ットを試料表面上で常時円形パターンに沿うように構成
し、ビームスポットが段差のある部分に位置して干渉が
生ずる時間をできるだけ短時間に押え、干渉により発生
する異常信号による影響を軽減して正確な焦点検出を行
うものである。さらに本発明によれば入射ビームだけで
なく反射ビームも偏移手段に通すため受光器におけるス
ポットは偏移による影響を受けず、受光器上では偏移せ
ず静止したスポットとして入射する。
(実施例) 第1図は本発明による焦点検出装置の一例の構成を示す
線図である。レーザ光源1より放射された光束はエキス
パンダ2を経て集束レンズ3により収束されてからプリ
ズム4に入射する。このプリズム4は、支持ブロック5
に取り付けられ、全反射膜が形成されている反射面4a
とハーフミラーが形成されて反射面4bとを有してい
る。このプリズム4に入射した光束は、反射面4aで反
射し、半透過性反射面4bを透過した後回転鏡6に入射
する。この回転鏡6はビーム偏向ミラーとして作用し、
ビームスポットを試料面上で円形パターンに沿って偏移
させるものであり、その前面に全反射膜6aを形成する
と共に、光軸に対して垂直な面に対して角度θだけ傾け
てモータ7に装着し、モータ7の回転に伴ない反射面6
aが光軸を中心にして回転するように構成する。回転鏡
6に入射した光束は反射面6aで反射し、反射光は回転
鏡6の回転に伴ない光軸を中心にして回転しながら進行
しリレーレンズ8を経てハーフミラー9で反射され対物
レンズ10に入射し、対物レンズ10により微小なスポット
状に収束され試料11の表面上に入射する。そして、ビー
ムスポットは試料11の表面上において回転鏡6の回転に
応じて観察光学系の光軸を中心にして回転することにな
る。対物レンズ10は駆動装置(図示せず)に取り付けら
れており、フォーカッシングエラー信号に基いて作られ
る駆動信号に応じて矢印a及びb方向に偏移する。ま
た、この対物レンズ10は試料観察用の対物レンズとして
も作用する。別に設けた照明用光源(図示せず)により
試料11の表面を照明し、試料表面から発した光束を対物
レンズ10,ハーフミラー9及び接眼レンズ12を経て結像
させ、試料表面を観察できるように構成する。試料11上
に入射したスポット状ビームは試料表面に反射し、再び
対物レンズ10を経てハーフミラー9で反射し、リレーレ
ンズ8を経て回転鏡6に入射する。そして、回転鏡6で
反射してからプリズム4に入射し、その反射面4bで反
射し、結像レンズ13及び非点収差素子であるシリンドリ
カルレンズ14を経て光検出器15に入射する。そして、本
例では収束レンズ3として焦点距離400mmの凸レンズ
を、リレーレンズ8には焦点距離100mmの凸レンズを、
結像レンズ13には焦点距離100mmの凸レンズを用い、シ
リンドリカムレンズ14は焦点距離300mmの凸レンズを用
いてレーザ光源1と光検出器とをそれぞれ共役の位置と
なるように回転鏡6とリレーレンズ8との間の距離を約
200mmとし、リレーレンズ8と試料11との間の距離を約2
00mmとする。
このように、レーザ光源1と光検出器15とを共役の位置
に配置し、試料11からの反射光を一旦偏移手段である回
転鏡6を経て光検出器15に入射させるように構成してい
るから、試料11上に入射するビームスポットは回転する
が、光検出器15上には静止したパターンとして投影され
ることになる。
第3図は光検出器15上に投影されたビームスポットパタ
ーンを示す平面図である。光検出器15は4分割した構成
とし、4個の受光素子15a,15b,15c及び15d上にビームス
ポットパターンが投影される。ビームスポットパターン
は、合焦時には円形パターンとなり、非合焦時にはシリ
ンドリカルレンズの作用により楕円形のパターンとな
る。そして、合焦時からのずれに従って長軸と短軸の比
が大きくなり、また、前ピン時と後ピン時とでは楕円の
長軸と短軸とがそれぞれ逆になる。
第4図はフォーカシングエラー信号を作る回路構成の一
例を示す回路図である。受光素子15aと15cとを第1加算
器16に接続し、受光素子15bと15dとを第2加算器17に接
続し、第1及び第2加算器の出力を差動増巾器18に接続
する。このように構成すれば、差動増巾器18の出力端子
に前ピンと後ピンの状態に応じた極性を有すると共に合
焦位置からのずれ量に応じて振幅を有するフォーカシン
グエラー信号が形成されることになる。そして、このフ
ォーカシングエラー信号に基いて駆動信号を作り対物レ
ンズ10を矢印a又はb方向に偏移させれば常時合焦状態
を維持することができる。
しかし、試料11上にλ/4又はこの整数倍の厚さの段差
が存在し、ビームスポットがこの段差部分内に入射する
と、光検出器15上に投影されるビームスポットパターン
が著しくずれてしまいフォーカシングエラー信号中に正
又は負方向に大きく変動する異常信号が発生してしま
う。従来の焦点検出装置ではビームスポットが試料11上
で静止している場合が多いため長時間に亘り異常なフォ
ーカシングエラー信号が発生してしまい、光学系を合焦
状態に維持できなくなってしまう。これに対して本発明
による焦点検出装置では、ビームスポットが試料11上で
回転するように構成しているから、ビームスポットが段
差がある部分に入射してもすぐ段差の部分からはずれる
ので第5図に示すようなフォーカシングエラー信号が形
成される。第5図は合焦位置からずれた位置におけるフ
ォーカシングエラー信号を示し、同図から理解できるよ
うに、フォーカシングエラー信号中に干渉による異常信
号が発生してもこの異常信号が生ずる時間が極めて短時
間であるため、異常信号による影響をほとんど受けるこ
となく正確な焦点検出を行なうことができる。特に、本
例ではビームスポットを回転させる構成としているか
ら、試料上に縦又は横方向のいずれの方向に段差が存在
しても試料上の段差による影響を受けることがない。
第6図は本発明による焦点検出装置のフォーカシング信
号発生系の変形例の構成を示す線図である。レーザ光源
20から発生した光束はエキスパンダ21を経て発散レンズ
22で発散してからハーフミラー23を透過し全反射ミラー
24に入射する。この全反射ミラー24は試料面上でビーム
スポットを偏移させるものであり、第6図の紙面に垂直
な軸を中心に矢印a及びb方向に回動自在に取り付け
る。全反射ミラー24で反射した光束は対物レンズ25によ
り微小なスポット状に収束されて試料26に入射する。試
料25上のビームスポットは、全反射ミラー24の回動に伴
ないc及びd方向に振動することになる。試料26からの
反射光は再び対物レンズ25を経て全反射ミラー24及びハ
ーフミラー23が反射し、先端にナイフエッジが形成され
ているスクリーン27の端縁を通過して2個の光検出器28
a及び28bに入射する。
本例においても試料26からの反射光を偏移手段である全
反射ミラー24を経て光検出器に入射するように構成して
いるから、ビームスポットは試料26上で振動するが、光
検出器28上には静止したパターンとして投影される。こ
のように構成すればビームスポットは、合焦時にはスク
リーン27のナイフエッジをした端縁の位置Aに結像する
ので、2個の光検出器28aと28bとには共に等しい光量の
光束が入射する。一方、前ピン時にはスクリーン27の後
方の位置Bに結像するためスクリーン27により遮光され
光検出器28aに入射する光量が減少する。また、後ピン
時にはスクリーン27の前方の位置Cに結像するため光検
出器28bに入射する光量が減少する。従って光検出器28a
と28bの光電出力差を検出してフォーカシングエラー信
号を作ることができる。
本例においては、全反射ミラー24を矢印a及びb方向に
回動させ、試料26上においてビームスポットを矢印c及
びd方向に振動させる。本例のようにビームスポットを
試料表面上で一次元的に偏移させれば、ビームスポット
の偏移方向と直交する方向に段差がある場合の影響を回
避できる。
本発明は上述した実施例だけに限定されるものではな
く、幾多の変更が可能である。例えばフォーカシングエ
ラーの検出方式は上述した非点収差法およびナイフエッ
ジ法に限られたものではなく、他の方法でもよい。ま
た、試料上でのスポットの偏移は円形、直線に限らず、
例えば楕円形等とすることもできる。
(発明の効果) 以上説明したように本発明によれば、ビームスポットが
試料表面上で円形パターンに沿って周期的に偏移する構
成としているから、試料表面に光ビームの波長λの1/4
倍又はこれの整数倍の段差や凹凸があっても干渉による
影響を軽減でき、フォーカシングエラー信号中に発生す
る異常信号による影響が軽減される。特に、試料表面上
で光軸を中心にしてビームスポットを円形パターンに沿
って回転するように構成しているので、試料表面に縦方
向及び横方向の段差が存在してもこれらによる影響が共
に軽減でき、常時正確な合焦状態を維持することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による焦点検出装置の一例の構成示す線
図、 第2図は試料とビームスポットの関係を示す線図的断面
図、 第3図は光検出器上に投影されるビームスポットのパタ
ーン形状を示す平面図、 第4図はフォーカシングエラー信号を作るための回路構
成の一例を示す回路図、 第5図は本発明による焦点検出装置によるフォーカシン
グエラー信号を示すグラフ、 第6図は本発明による焦点検出装置の変形例の構成を示
す線図である。 1,20…レーザ光源、2,21…エキスパンダ 3…集束レンズ、4…プリズム 5…支持ブロック、6…回転鏡 7…モータ、8…リレーレンズ 9,23…ハーフミラー 10,25…対物レンズ 11,26…試料、12…接眼レンズ 13…結像レンズ、14…シリンドリカルレンズ 15,28…光検出器、16…第1の加算器 17…第2の加算器、18…差動増巾器 22…発散レンズ、24…全反射ミラー 27…スクリーン。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】焦点検出用の光ビームを放射する光源と、
    周期的に回転するビーム偏向ミラー面を有し、前記光源
    から放射された光ビームを、試料表面上で予め定めた円
    形パターンに従って常時周期的に偏移させる光ビーム偏
    移手段と、この光ビーム偏移手段により偏移された光ビ
    ームを試料表面上で微小スポット状に集束させる対物レ
    ンズと、試料表面からの反射ビームを受光して光電出力
    信号を発生する光検出器と、光検出器からの出力信号に
    基いてフォーカシングエラー信号を発生する信号処理回
    路とを具え、前記試料表面からの反射ビームを前記光ビ
    ーム偏移手段を介して前記光検出器に静止した光ビーム
    として入射させ焦点検出用ビームの試料表面の段差に起
    因する干渉作用を軽減するように構成したことを特徴と
    する焦点検出装置。
JP59192702A 1984-09-17 1984-09-17 焦 点 検 出 装 置 Expired - Lifetime JPH0623809B2 (ja)

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JPS6172214A JPS6172214A (ja) 1986-04-14
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL8801551A (nl) * 1988-06-17 1990-01-16 Kufstein Schablonentech Gmbh Inrichting voor het met een stralenbundel behandelen van een lichaam.

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52134705A (en) * 1976-05-06 1977-11-11 Teac Co Optical recorder/reproducer unit
JPS5860718A (ja) * 1981-10-07 1983-04-11 Olympus Optical Co Ltd 内視鏡におけるピント位置検出装置

Patent Citations (2)

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