JPH0743458B2 - 自動焦点制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、対物レンズもしくはステージをモーターで駆
動することにより、ステージ上の被測定面に該対物レン
ズを自動合焦させる自動焦点制御装置に関する。

（発明の背景） 従来、光学顕微鏡、レーザ顕微鏡、ウェハ等のICパター
ンの検査あるいは測定装置等において、操作性や精度の
向上のために種々の方法で自動焦点制御が行なわれてい
る。

一般にこの種の自動焦点制御装置には、高精度でかつ高
速な制御が強く要望されている。

しかしながら、合焦精度を上げることと制御速度を高め
ることとは互いに相反する関係にあり、従来の自動合焦
装置では、上記各種の顕微鏡や測定装置等において要求
されている高精度と高速さとの両方を同時に満足させる
ことができないという問題点があった。

（発明の目的） 本発明は、このような従来の問題点に着目して成された
もので、高精度の合焦制御を高速度で行なうことのでき
る自動合焦制御装置を提供することを目的としている。

（発明の概要） かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところ
は、 ステージ上の被検物を照明する光源と、結像光学系と、
該結像光学系の少なくとも一部もしくは前記ステージを
駆動し、それにより前記被検物を前記結像光学系によっ
て所定の位置に結像を図るモータと、該所定の位置より
前方で前記被検物からの反射光を検出して前ピン信号を
出力する前ピン検出手段と、前記所定の位置より後方で
前記反射光を検出して後ピン信号を検出する後ピン検出
手段と、前記所定の位置で前記反射光を検出して合焦ピ
ン信号を出力する合焦ピン検出手段と、前記前ピン検出
手段の検出した前ピン信号と前記後ピン信号検出手段の
検出した後ピン信号との差に相当する差動信号を求める
差動信号演算手段と、前記差動信号演算手段の求めた差
動信号により前記モーターをサーボ駆動して合焦位置付
近までの粗い合焦制御を行なうサーボ駆動手段と、前記
サーボ駆動手段によるサーボ駆動が終了した後、前記合
焦ピン検出手段の合焦ピン信号により前記モーターをパ
ルス駆動して合焦位置付近での厳密な合焦制御を行なう
パルス駆動手段とから成るICパターン処理用の自動焦点
制御装置において、 前記前ピン検出手段および後ピン検出手段に入射する光
を変調する変調手段、ならびに、前記前ピン信号および
後ピン信号を該変調手段の変調周波数成分で同調検波す
るAC検波器を設けたことを特徴とする自動焦点制御装置
に存する。

そして、上記自動焦点制御装置では、前記サーボ駆動に
より合焦位置付近までの粗い合焦制御が高速で行なわ
れ、該合焦位置付近で該サーボ駆動から前記パルス駆動
に切換わり、該パルス駆動により合焦位置までの厳密な
合焦制御が行なわれるように成っている。

前ピン検出手段および後ピン検出手段に入射する光は変
調手段で変調され、AC検波器が、前ピン信号および後ピ
ン信号を変調手段の変調周波数成分で同調検波して動作
が進められる。これにより、入射光と検出手段との位置
関係を調整設定する際に、調整が楽になるとともに、繰
り返し使用される場合に、アパーチャが汚れたり傷つい
たりしたときに、差動信号の絶対値が狂うのを防止し、
自動焦点制御の精度の低下を防止するものである。

（実施例） 以下、図面に基づいて本発明の各実施例を説明する。

第１図から第６図は本発明の第１実施例を示しており、
第１図は自動焦点制御装置の概略的な光学系の配置図で
ある。

第１図に示す自動焦点制御装置１は、ステージ（図示省
略）上の被測定面２（例えばステージ上に配置された観
察されるべき物体の表面）に対物レンズ３を自動合焦さ
せるもので、レーザ光源４からのレーザ光束は、ビーム
エキスパンダー５によりその光束が拡大された後、ハー
フミラー６で反射され、さらにハーフミラー７を透過し
て対物レンズ３に入射し、該対物レンズ３により集光さ
れて被測定面２に結像されるように構成されている。

被測定面２で反射され、かつハーフミラー７で反射され
た反射光の光路中には一定の周期で振動する振動ミラー
８および固定のハーフミラー９が配置されている。ハー
フミラー９の反射光路中には結像レンズ10が、ハーフミ
ラー９の透過光路中にはミラー11を介して結像レンズ12
がそれぞれ設けられている。

該結像レンズ10の後方には、対物レンズ３および結像レ
ンズ10に関して被測定面２と共役な位置より前方（物体
側）で該結像レンズ10による結像位置（反射光の結像位
置）を検出して前ピン信号を出力する前ピン検出部13
と、該被測定面２と共役な位置より後方（像側）で該結
像レンズ10による結像位置を検出して後ピン信号を出力
する後ピン検出部14とが配置されている。

前記結像レンズ12の後方には、被測定面２と共役な位置
で結像レンズ10による結像位置を検出して合焦ピン信号
を出力する合焦ピン検出部15が配置されている。

前ピン検出部13は、被測定面２と共役な位置より前方
に、光軸に沿って所定の間隔で配列されたｎ個の検出部
で構成されている。すなわち、該前ピン検出部13は、結
像レンズ10の後方に設けられたハーフミラー16の反射光
路中において所定の間隔で配列されたｎ個のハーフミラ
ーM11〜M1nと、各ハーフミラーM11〜M1nの反射光路中に
配置されたｎ個のアパーチャーA11〜A1nと、各アパーチ
ャーA11〜A1nの後方に配置されたｎ個の光電検出器D11
〜D1nとから構成されている。ここでは、各光電検出器D
11〜D1nとしてフォトディテクターが使用されている
が、ｎ個のフォトディテクターを用いる代りにフォトダ
イオードアレイのようなリニアセンサーを用いても良
い。

各アパーチャーA11〜A1nのうち、アパーチャーA1nが前
記被測定面２と共役な位置に最も近くなっている。

前記後ピン検出部14は、被測定面２と共役な位置に対し
て前ピン検出部13のｎ個の検出部とほぼ等距離の位置に
それぞれ配列されたｎ個の検出部で構成されている。す
なわち、該後ピン検出部14は、ハーフミラー16の透過光
路中に設けられたミラー17の反射光路中において所定の
間隔で配列されたｎ個のハーフミラーM21〜M2nと、各ハ
ーフミラーM21〜M2nの反射光路中に配置されたｎ個のア
パーチャーA21〜A2nと、各アパーチャーA21〜A2nの後方
に配置された光電検出器D21〜D2nとから構成されてい
る。ここで、各光電検出器D21〜D2nとしてフォトディテ
クターが使用されているが、前記前ピン検出部13の場合
と同様にｎ個のフォトディテクターを用いる代りにフォ
トダイオードアレイのようなリニアセンサーを用いても
良い。

各アパーチャーA21〜A2nのうち、アパーチャーA21が前
記被測定面２と共役な位置に最も近くなっている。

なお、前ピン検出部13および後ピン検出部14の各検出部
は１個（ｎ＝１）ずつでも良い。この場合のダイナミッ
クレンジ、すなわち１個ずつの前ピン検出部と後ピン検
出部とにより対物レンズ３の結像位置を検知できるサー
ボエリアは、第５図で示すS1である。また、前ピン検出
部13および後ピン検出部14の各検出部をそれぞれｎ個と
した場合のサーボエリアは、第５図で示すSnであり、該
サーボエリアSnはｎの値が大きくなれば広くなる。

前記合焦ピン検出部15は、被測定面２と共役な位置に設
けられたアパーチャーＡと、その後方に配置された光電
検出器Ｄとから構成されている。ここで、光電検出器Ｄ
としてフォトディテクターが使用されている。

なお、対物レンズ３の焦点距離をｆ、結像レンズ10の焦
点距離をf1、結像レンズ12の焦点距離をf2とすると、各
焦点距離の関係は、 f2/f1２〜３、 f1/f10〜20と成っている。

このように各焦点距離の関係を定めたことにより、前ピ
ン検出部13および後ピン検出部14の位置調整が容易とな
り、該前ピン検出部13あるいは後ピン検出部14が本来あ
るべき位置から若干ズレてしまっても、このズレが合焦
精度に大きな影響を与えないような構成に成っている。

第２図は、対物レンズ３が合焦した時における上記各光
電検出器からの出力信号波形を示しており、該各出力信
号波形は前記振動ミラー８の振動周期で変調された信号
となっている。

第２図（ａ）は前記前ピン検出部13の第１番目の光電検
出器D11からの前ピン信号波形を、第２図（ｂ）は前ピ
ン検出部13の第ｎ番目の光電検出器D1nからの前ピン信
号波形を示しており、中間の前ピン信号波形は省略され
ている。第２図（ｃ）は光電検出器Ｄからの合焦ピン信
号波形を示している。第２図（ｄ）は後ピン検出部14の
第１番目の光電検出器D21からの後ピン信号波形を、第
２図（ｅ）は後ピン検出部14の第ｎ番目の光電検出器D2
nからの後ピン信号波形をそれぞれ示しており、中間の
後ピン信号波形は省略されている。

次に、第２図に示す各信号を信号処理し、対物レンズ３
を駆動するDCモータＭを制御する制御回路について第３
図を参照して説明する。

第３図に示すように、該制御回路はサーボ駆動回路と合
焦ピン制御回路32とから構成されている。

サーボ駆動回路31は、第２図（ａ），（ｂ）に示すよう
な前ピン信号と第２図（ｄ），（ｅ）に示すような後ピ
ン信号との差に相当する差動信号を求め、該差動信号に
よりDCモータＭをサーボ駆動して第５図に示す合焦位置
付近50までの粗い合焦制御を行なう回路である。

合焦ピン制御回路32は、前記差動信号をモニターしてサ
ーボ駆動回路31によるサーボ駆動の終了を検知し、該終
了の検知時に動作可能となり、第２図（ｃ）に示す合焦
ピン信号によりDCモータＭをパルス駆動して合焦位置付
近50での厳密な合焦制御を行なう回路である。

前記サーボ駆動回路31の入力部には、前ピン検出部13の
各光電検出器D11〜D1nに対応してｎ個設けられ、該各光
電検出器D11〜D1nからの各前ピン信号を前記振動ミラー
８による変調周波数成分で同調検波するAC検波器F11〜F
1nと、後ピン検出部14の各光電検出器D21〜D2nに対応し
てｎ個設けられ、該各光電検出器D21〜D2nからの各後ピ
ン信号を前記振動ミラー８による変調周波数成分で同調
検波するAC検波器F21〜F2nとが設けられている。

各AC検波器F11〜F1nの出力端子は、該AC検波器F11〜F1n
により同調検波されたｎ個の前ピン信号を合計したトー
タル前ピン信号を出力するアナログ加算器33の入力端子
に接続されている。

各AC検波器F21〜F2nの出力端子は、該AC検波器F21〜F2n
により同調検波されたｎ個の後ピン信号を合計したトー
タル後ピン信号を出力するアナログ加算器34の入力端子
に接続されている。尚ｎ＝１の場合は33、34のアナログ
加算器は不要である。

アナログ加算器33、34には、前記トータル前ピン信号、
トータル後ピン信号のAC成分の実効値を出力する自乗検
波器35、36がそれぞれ接続されている。

該自乗検波器35、36の出力端子にはサーボアンプ37の入
力端子が接続され、かつ該サーボアンプ37の出力端子は
スイッチSWを介してDCモータＭに接続されており、該サ
ーボアンプ37は、自乗検波器35から送られるトータル前
ピン信号と自乗検波器36から送られるトータル後ピン信
号との差に相当する差動信号をスイッチSWを介してDCモ
ータＭに出力し、該差動信号により前記DCモータＭをサ
ーボ駆動させるように成っている。

該サーボアンプ37からの差動信号は、第５図に示すよう
に、対物レンズ３による結像位置が前記サーボエリアS1
あるいはSn外にあるとき、あるいは前記合焦位置付近ま
での粗い合焦制御が成されたときにはほぼ０となる。

前記合焦ピン制御回路32の入力部には、合焦ピン検出部
15の光電検出器Ｄからの合焦ピン信号を前記振動ミラー
８による変調周波数成分で同調検波するAC検波器Ｆが設
けられている。該AC検波器Ｆには、該AC検波器Ｆからの
合焦ピン信号のAC成分の実効値を出力する自乗検波器38
が接続されている。

この自乗検波器38は割算器39の分子に接続されており、
かつ該割算器39の分母は被測定面２からの反射光強度を
読みとるモニター信号出力回路40の出力に接続されてい
る。したがって、該割算器39は、合焦精度が被測定面２
のパターン像のコントラストに依存しないように自乗検
波器38からの合焦ピン信号をモニター信号で割算し、自
動ゲイン制御（AGC）を行なうと同時にA/Dコンバータ43
の入力レベルに適合させるべく強度調整するように成っ
ている。この割算器は全く同様の機能として37のサーボ
信号出力にも設けると更によい。この時分母には40の出
力が、分子には37の出力が接続されることになる。また
35,36,38の検出器はAC成分の最大値と最小値の差を検出
するピークホールド回路でもよい。

割算器39の出力は、前記振動ミラー８の振動周期に同期
したマイクロプロセッサー（MPU）41からのタイミング
信号によりサンプルホールド回路42に接続されている。

サンプルホールド回路42はA/Dコンバータ43を介してマ
イクロプロセッサー41のメモリー部（RAM）44に接続さ
れており、サンプルホールド回路42からのアナログ信号
はA/Dコンバータ43によりデジタル化されてメモリー部4
4にとりこまれるように成っている。このメモリー部44
からは第４図に示すようなデジタル信号が得られる。

マイクロプロセッサー41と前記サーボアンプ37との間に
は、サーボ駆動回路31による前記サーボ駆動の終了を検
知して（サーボアンプ37からの差動信号がほぼ０になっ
たことを検知し）、該検知時に『１』の信号をマイクロ
プロセッサー41に送るウィンドウコンパレータ45が接続
されている。該ウィンドウコンパレータ45は、該サーボ
駆動が終了してサーボアンプ37からの差動信号が第５図
に示すように該ウィンドウコンパレータ45の動作範囲
（0V付近の範囲）51内となった時に『１』の信号をマイ
クロプロセッサー41に送る。

該マイクロプロセッサー41は、ウィンドウコンパレータ
45から『１』の信号を受けた際に第４図に示すようなメ
モリー部44からのデジタル信号により、前記サーボ駆動
の終了時における現在値P1から合焦位置である最大値P0
までの微少駆動量Δを算出し、該微少駆動量ΔによりD/
Aコンバータ46を介してDCモータＭをパルス的に駆動
し、これにより第５図に示す前記合焦位置付近50での厳
密な合焦制御を行なう機能を有している。

また、マイクロプロセッサー41がDCモータＭをパルス的
に駆動するために、該DCモータＭにはロータリーエンコ
ーダ47が装着されており、該マイクロプロセッサー41は
ロータリーエンコーダ47の出力を読み取りながらDCモー
タＭを制御するように成っている さらに、マイクロプロセッサー41は、前記対物レンズ３
による結像位置が前記サーボエリアS1あるいはSn内に入
るまで不図示の駆動径路によりDCモータＭを駆動して対
物レンズ３を連続的に定速駆動させる信号サーチ駆動機
能を有しており、かつ該結像位置がサーボエリアS1ある
いはSn内に入ったときに前記スイッチSWを閉成するよう
に成っている。

次に、上記構成を有する自動焦点制御装置１の動作を説
明する。

第１図に示すように、レーザ光源４からのレーザ光束
は、ビームエキスパンダー５によりその光束が拡大され
る。この拡大された光束は、ハーフミラー６で反射さ
れ、さらにハーフミラー７を透過して対物レンズ３に入
射し、該対物レンズ３により集光されて被測定面２に結
像される。

被測定面２からの反射光は、対物レンズ３を透過した後
ハーフミラー７で反射され、さらに該反射光は一定の周
期で振動する振動ミラー８で反射される。該反射光の一
方はハーフミラー９で反射され、その他方はハーフミラ
ー９を透過する。

ハーフミラー９からの反射光は結像レンズ10により結像
される。結像レンズ10による結像光束は、ハーフミラー
16を介して前ピン検出部13に導かれると共にハーフミラ
ー16、ハーフミラー17を介して後ピン検出部14に導かれ
る。

ハーフミラー16で反射された結像高速は、各ハーフミラ
ーM11〜M1nで反射されて各アパーチャーA11〜A1nに達す
る。同様に、ハーフミラー17で反射された結像光束は、
各ハーフミラーM21〜M2nで反射されて各アパーチャーA2
1〜A2nに達する。

被測定面２からの反射光が対物レンズ３および結像レン
ズ10により、該対物レンズ３および結像レンズ10に関し
て被測定面２と共役な位置の前後に配置されたアパーチ
ャーA11〜A1nおよびA21〜A2nのどこに結像されているか
により、その結像位置に応じた第２図（ａ），（ｂ）に
示すような前ピン信号が光電検出器D11〜1nから、第２
図（ｄ），（ｅ）に示すような後ピン信号が光電検出器
D21〜2nからそれぞれ出力される。

ハーフミラー９の透過光はハーフミラー11で反射された
後に結像レンズ12により結像される。結像レンズ12によ
る結像光束は、対物レンズ３および結像レンズ10に関し
て被測定面２と共役な位置に配置された合焦ピン検出部
15のアパーチャーＡに到達し、該結像レンズ12による結
像位置に応じた第２図（ｃ）に示すような合焦ピン信号
が光電検出器Ｄから出力される。

各光電検出器D11〜1nからの前ピン信号はAC検波器F11〜
F1nに、各光電検出器D21〜2nからの後ピン信号はAC検波
器F21〜F2nにそれぞれ送られる。各AC検波器F11〜F1nお
よびF21〜F2nからは、振動ミラー８による変調周波数成
分で同調検波されたｎ個の前ピン信号およびｎ個の後ピ
ン信号がそれぞれ出力される。

該ｎ個の前ピン信号およびｎ個の後ピン信号は、アナロ
グ加算器33および34でそれぞれ合計され、トータル前ピ
ン信号がアナログ加算器33から、トータル後ピン信号が
アナログ加算器34から出力される。

該トータル前ピン信号のAC成分の実効値が自乗検波器35
からサーボアンプ37の一方の入力端子に、前記トータル
後ピン信号のAC成分の実効値が自乗検波器35からサーボ
アンプ37の他方の入力端子にそれぞれ出力され、該サー
ボアンプ37からは第５図に示すような該両実効値の差に
相当する差動信号が出力される。

該サーボアンプ37からの差動信号は、第５図に示すよう
に、対物レンズ３および結像レンズ10による結像位置が
前記サーボエリアS1あるいはSnの外にあるとき、あるい
は該結像位置が合焦位置付近50にあるときにはほぼ０と
なっている（51で示す範囲内にある）。

前記ウィンドウコンパレータ45は、サーボアンプ37から
の差動信号がほぼ０となっているときには『１』の信号
を、それ以外の場合には『０』の信号をそれぞれ出力
し、該ウィンドウコンパレータ45からの出力信号をマイ
クロプロセッサー41が読み取る。

一方、光電検出器Ｄからの前記合焦ピン信号は、AC検波
器Ｆに送られ、該AC検波器Ｆにより前記振動ミラー８に
よる変調周波数成分で同調検波され、該同調検波された
合焦ピン信号のAC成分の実効値が自乗検波器38から出力
される。該実効値は、反射光強度に応じたモニター信号
出力回路40からのモニター信号で割算器39により割算さ
れる。

該割算器39からの出力信号は、前記振動ミラー８の振動
周期に同期したマイクロプロセッサー（MPU）41からの
タイミング信号によりサンプルホールドされ、該サンプ
ルホールド回路42からのアナログ信号はA/Dコンバータ4
3によりデジタル化されてメモリー部44にとりこまれ
る。このメモリー部44からは第４図に示すような合焦ピ
ン制御のためのデジタル信号が得られる。

次に、第６図に示す自動焦点制御シーケンスのフローチ
ャートを参照して自動焦点制御装置１の制御動作を説明
する。

第６図に示す差動処理フラグとは、マイクロプロセッ
サー41がウィンドウコンパレータ45の出力を読み取り、
前記結像レンズ10による結像位置が第５図に示すサーボ
エリアS1あるいはSn内にあるか否かを識別するものであ
る。この差動処理フラグにおいては、ステップでマ
イクロプロセッサー41がウィンドウコンパレータ45から
『０』の信号を読み取ったときには、マイクロプロセッ
サー41は前記結像位置がサーボエリアS1あるいはSn内に
あると判断し、前記スイッチSWをオンにしてサーボ駆動
回路31による前記サーボ駆動を可能にし、ステップか
らステップに移る。

また、ステップでマイクロプロセッサー41がウィンド
ウコンパレータ45から『１』の信号を読み取ったときに
は、マイクロプロセッサー41は、前記結像位置がサーボ
エリアS1あるいはSnの外にあるためにウィンドウコンパ
レータ45が『１』の信号を出力しているのか、あるいは
該結像位置が第５図に示す合焦位置付近50にあるために
ウィンドウコンパレータ45が『１』の信号を出力してい
るのかをマイクロプロセッサー41は判断できないので、
マイクロプロセッサー41はスイッチSWをオフにして前記
サーボ駆動を禁止したままステップからステップに
移る。

このステップにおいては、マイクロプロセッサー41は
メモリー部44から第４図に示すデジタル信号（合焦ピン
信号）を読み取り、該マイクロプロセッサー41は、該デ
ジタル信号が小さい場合には、前記結像位置がサーボエ
リアS1あるいはSnの外にあると判断し、ステップから
ステップに移り、該デジタル信号が大きい場合には、
該結像位置が前記合焦位置付近50にあると判断し、ステ
ップからステップに移る。

ステップでは、前記信号サーチ駆動が行なわれる。す
なわち、マイクロプロセッサー41は、前記結像位置がサ
ーボエリアS1あるいはSn内に入るまで不図示の駆動径路
によりDCモータＭを駆動して対物レンズ３を連続的に定
速駆動させながらフラグを読み、フラグが立った所で
（前記結像位置がサーボエリアS1あるいはSn内に入った
所で）ステップからステップに移り、該DCモータＭ
を停止させると共に前記スイッチSWをオンにする。

前記ステップでは、スイッチSWがオンになっているの
で、サーボアンプ37からの差動信号がスイッチSWを介し
てDCモータＭに伝達され、該差動信号によりDCモータＭ
がサーボ駆動される。このサーボ駆動は高速度で実行さ
れ、第５図に示す前記合焦位置付近50までの粗い合焦制
御が成されたときに該差動信号はほぼ０となり、該サー
ボ駆動が終了する。このとき、前述したようにウィンド
ウコンパレータ45の出力信号は『０』から『１』に変化
し、該『１』の信号をマイクロプロセッサー41が読み取
ることによりステップからステップを介してステッ
プに移り、合焦ピン制御が開始される。

この合焦ピン制御では、マイクロプロセッサー41は、第
４図に示すようなデジタル信号（合焦ピン信号）をメモ
リー部44から読み込み、前記サーボ駆動の終了時におけ
る現在値P1から合焦位置である最大値P0までの微少駆動
量Δを算出し、該微少駆動量ΔによりD/Aコンバータ46
を介してDCモータＭをパルス的に駆動し、これにより第
５図に示す前記合焦位置付近50での厳密な合焦制御を行
なう。

なお、この厳密な合焦制御を行なう際には、前記サーボ
駆動により前記合焦位置付近50までの粗い合焦制御がす
でに成されており、該厳密な合焦制御を行なう前記合焦
位置付近50の範囲は、±0.5μｍ程度のわずかなもので
ある。したがって、このわずかな範囲において第４図に
示すようなデジタル的な山登り法で合焦制御を行なって
も、この厳密な合焦制御は極めて単時間で実行される。
このようにして、すべての合焦制御が終了する。

なお、前記サーボ駆動の終了時における対物レンズ３の
位置をポテンショメータ（図示省略）あるいはロータリ
ーエンコーダ47で読み取り、この値をメモリー部44で記
憶しておき、パルス駆動による厳密な合焦制御の終了時
における対物レンズ３の位置を再び読み取り、これらの
両読み取り値の差をメモリー部44で記憶しておく。この
ようにしておくと、２回目以降の合焦制御動作は、サー
ボ駆動の終了後に該両読み取り値の差を補正するだけ
で、前記パルス駆動による厳密な合焦制御を行なわずに
合焦制御を終了させることができ、その実行速度が一層
向上される。

次に、本発明の第２実施例を第７図および第８図に基づ
いて説明する。

この第２実施例は、上記第１実施例の破線で囲んだ部分
のみを変更したものであり、他の構成については該第１
実施例と同様である。

第７図に示すように、被測定面２からの反射光を反射す
るハーフミラー７の後方にはハーフミラー71が設けられ
ており、該ハーフミラー71の透過光路中には前記結像レ
ンズ12および前記合焦ピン検出部15としてCCDの様なイ
メージセンサー70が配置されている。該イメージセンサ
ー70は、前記アパーチャーＡ、光電検出器Ｄと同様に、
対物レンズ３および結像レンズ10に関して被測定面２と
共役な位置に設けられている。

そして、該ハーフミラー71の反射光路中には振動ミラー
72が設けられており、該振動ミラー72により変調された
光束は結像レンズ10により前記前ピン検出部13および後
ピン検出部14に到達するように成っている。

この第２実施例の場合には、イメージセンサー70に到達
する光束については変調を加える必要がないので、振動
ミラー72がハーフミラー71の透過光路中から外れた位置
に設けられている。

該イメージセンサー70からは第８図に示すような合焦ピ
ン信号が出力され、該合焦ピン信号は前記合焦ピン制御
回路32のAC検波器Ｆ、自乗検波器38を介さずに割算器39
に入力され、サンプルホールド回路42に送られる。該サ
ンプルホールド回路42では、イメージセンサー70を駆動
するCCDドライバー（図示省略）のクロックパルスによ
り該合焦ピン信号がサンプルホールドされる。

また、この実施例の場合には、マイクロプロセッサー41
は第４図に示すようなメモリー部44からのデジタル信号
の最大値を求めておく必要がある。

上記以外の動作については、上記第１実施例の場合と同
様である。

尚、上述した実施例ではモータにより対物レンズを駆動
したが、ステージを駆動してもよいことはいうまでもな
い。

（発明の効果） 本発明に係る自動焦点制御装置によれば、高速度で実行
されるサーボ駆動により合焦位置付近までの粗い合焦制
御を行ない、かつ該合焦位置付近では該サーボ駆動から
パルス駆動に切換わり、該パルス駆動により合焦位置付
近での厳密な合焦制御を行なっているので、高速度で、
かつ高精度の自動合焦が可能となる。

さらに、前ピン検出部および後ピン検出部を、光軸に沿
って所定の間隔で配列された複数の検出部でそれぞれ構
成することにより、前記サーボ駆動が可能なダイナミッ
クレンジを広げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図は本発明の第１実施例を示しており、
第１図は自動焦点制御装置を示す光学系の配置図、第２
図（ａ），（ｂ）は前ピン信号の波形図、第２図（ｃ）
は合焦ピン信号の波形図、第２図（ｄ），（ｅ）は後ピ
ン信号の波形図、第３図は制御回路のブロック図、第４
図はデジタル信号の波形図、第５図は差動信号の波形
図、第６図は動作説明のためのフローチャート、第７図
および第８図は本発明の第２実施例を示しており、第７
図は主要部を示す光学系の配置図、第８図は合焦ピン信
号の波形図である。 １……自動焦点制御装置、２……被測定面 ３……対物レンズ、Ｍ……モーター 10……結像レンズ（結像光学系） 12……結像レンズ（結像光学系） 13……前ピン検出部、14……後ピン検出部 15……合焦ピン検出部、31……サーボ駆動回路 32……合焦ピン制御回路 D11〜D1n……前ピン検出部の複数の検出部 D21〜D2n……後ピン検出部の複数の検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステージ上の被検物を照明する光源と、結
   像光学系と、該結像光学系の少なくとも一部もしくは前
   記ステージを駆動し、それにより前記被検物を前記結像
   光学系によって所定の位置に結像を図るモータと、該所
   定の位置より前方で前記被検物からの反射光を検出して
   前ピン信号を出力する前ピン検出手段と、前記所定の位
   置より後方で前記反射光を検出して後ピン信号を検出す
   る後ピン検出手段と、前記所定の位置で前記反射光を検
   出して合焦ピン信号を出力する合焦ピン検出手段と、前
   記前ピン検出手段の検出した前ピン信号と前記後ピン信
   号検出手段の検出した後ピン信号との差に相当する差動
   信号を求める差動信号演算手段と、前記差動信号演算手
   段の求めた差動信号により前記モーターをサーボ駆動し
   て合焦位置付近までの粗い合焦制御を行なうサーボ駆動
   手段と、前記サーボ駆動手段によるサーボ駆動が終了し
   た後、前記合焦ピン検出手段の合焦ピン信号により前記
   モーターをパルス駆動して合焦位置付近での厳密な合焦
   制御を行なうパルス駆動手段とから成るICパターン処理
   用の自動焦点制御装置において、 前記前ピン検出手段および後ピン検出手段に入射する光
   を変調する変調手段、ならびに、前記前ピン信号および
   後ピン信号を該変調手段の変調周波数成分で同調検波す
   るAC検波器を設けたことを特徴とする自動焦点制御装
   置。