JPH11183784A - 焦点検出装置および焦点検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で焦点検出を行うことができる焦点検
出装置を提供する。 【解決手段】 試料９を配置すべき合焦位置を検出する
焦点検出装置において、照明光学系の視野絞りの位置付
近に光軸１１Ｊ方向に対して異なった位置に複数の遮光
領域ＲＭ１〜ＲＭ５を設ける。これらの遮光領域におけ
る遮光パターンは合焦位置近傍において結像光学系の光
軸２４Ｊ方向に異なる結像位置Ｃ１〜Ｃ５に結ばれる。
試料９を合焦位置近傍に配置すると、試料上の評価領域
ＶＲ１〜ＶＲ５にはフォーカスの度合いが異なる遮光パ
ターンが形成される。これらの評価領域におけるフォー
カスの度合いを求めて、予め求められているフォーカス
の度合いと合焦位置からの試料９のずれ量との関係から
試料９のずれ量を求める。これにより、試料９を１回撮
像するだけで合焦位置からの試料９のずれ量を検出する
ことができ、短時間で焦点検出を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、試料に対して光
学的な測定を行う際に、試料を配置すべき合焦位置を検
出する焦点検出装置および焦点検出方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】半導体基板上のパターンの検査、生体試
料の検査等のように試料に対して何らかの光学的測定を
行う際には、試料を観察するための結像光学系に対して
試料を焦点の合った位置（以下、「合焦位置」とい
う。）に配置することが必要となる。

【０００３】試料を合焦位置に配置する方法として、試
料に照明光を照射する際に試料にパターンを投影してお
き、かつ、試料が合焦位置に配置されると投影されるパ
ターンの鮮鋭度（シャープネス）が最大となるようにし
ておき、試料を結像光学系に対して昇降させることで投
影パターンの鮮鋭度が最大となる位置を見つけ出すとい
う手法が従来より用いられている。すなわち、試料を合
焦位置に配置する際には、試料を結像光学系から離れた
位置から徐々に結像光学系に近づけていき、あるいは試
料を結像光学系に近い位置から徐々に離していき投影パ
ターンの鮮鋭度が最大になったときの試料の位置を合焦
位置として検出するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、試料を微小
量ずつ移動しながら試料上の投影パターンの鮮鋭度を求
めるという手法では、試料を配置すべき合焦位置を求め
る際には試料を多数回微小量ずつ移動させる時間と、多
数回の鮮鋭度を算出する時間とを要する。また、このよ
うな合焦位置の検出を新たに測定される試料ごとに行う
必要がある。したがって、焦点合わせの動作に長時間が
かかってしまうこととなる。

【０００５】そこで、この発明は上記課題に鑑みなされ
たものであり、合焦位置を短時間で検出することができ
る焦点検出装置および焦点検出方法を提供することを目
的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、測定
対象である試料が配置されるべき合焦位置を検出する焦
点検出装置であって、光源からの照明光を前記試料へと
導く照明光学系と、前記試料上において前記照明光学系
の光軸と交わる光軸を有し、前記試料からの反射光を所
定の受光位置へと導く結像光学系と、前記受光位置にて
前記反射光を受光することにより前記試料の画像を取得
する受光手段と、前記合焦位置に対する前記試料の相対
位置を変更する位置変更手段と、前記画像中の複数の評
価画像領域におけるフォーカスの度合いを示す複数のフ
ォーカス評価値を求める評価値算出手段と、前記複数の
フォーカス評価値に基づいて前記合焦位置を求める合焦
位置算出手段とを備え、前記照明光学系が、視野絞りの
配置位置付近において前記照明光学系の光軸方向に対し
て互いに異なる位置に設けられた複数の遮光領域を有
し、前記複数の遮光領域による遮光パターンが前記複数
の評価画像領域に対応する前記試料上の複数の評価領域
に画像として形成され、前記合焦位置算出手段が、前記
複数のフォーカス評価値に基づいて合焦状態になってい
る前記評価領域の位置を求め、予め記憶されいている合
焦状態評価領域位置と相対位置との関係から前記合焦位
置を求める。

【０００７】請求項２の発明は、測定対象である試料が
配置されるべき合焦位置を検出する焦点検出装置であっ
て、光源からの照明光を前記試料へと導く照明光学系
と、前記試料上において前記照明光学系の光軸と交わる
光軸を有し、前記試料からの反射光を所定の受光位置へ
と導く結像光学系と、前記受光位置にて前記反射光を受
光することにより前記試料の画像を取得する受光手段
と、前記合焦位置に対する前記試料の相対位置を変更す
る位置変更手段と、前記画像中の複数の評価画像領域に
おけるフォーカスの度合いを示す複数のフォーカス評価
値を求める評価値算出手段と、前記複数のフォーカス評
価値に基づいて前記合焦位置を求める合焦位置算出手段
とを備え、前記照明光学系が、視野絞りの配置位置付近
において前記照明光学系の光軸方向に対して互いに異な
る位置に設けられた複数の遮光領域を有し、前記複数の
遮光領域による遮光パターンが前記複数の評価画像領域
に対応する前記試料上の複数の評価領域に画像として形
成され、前記合焦位置算出手段が、予め記憶されている
フォーカス評価値と相対位置との関係、および前記複数
の遮光領域のそれぞれと光学的に共役な複数の結像位置
の関係を用いて、前記複数のフォーカス評価値から前記
合焦位置を求める。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１または２に記
載の焦点検出装置であって、求められた前記合焦位置に
前記試料を配置するように前記位置変更手段を制御する
手段をさらに備える。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかに記載の焦点検出装置であって、前記照明光学系
が、前記照明光学系の光軸に対して垂直な複数の面を前
記複数の遮光領域として前記光軸方向にずらして形成し
た部材を有する。

【００１０】請求項５の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の焦点検出装置であって、前記複数の遮光
領域のそれぞれが前記照明光を遮光するための縦横に交
差する格子状のパターンを有している。

【００１１】請求項６の発明は、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の焦点検出装置であって、前記複数の遮光
領域のそれぞれが前記照明光を遮光するための線状のパ
ターンを有している。

【００１２】請求項７の発明は、測定対象である試料が
配置されるべき合焦位置を検出する焦点検出方法であっ
て、(a) 視野絞りの位置付近において照明光学系の光軸
方向に対して互いに異なる位置に配置された複数の遮光
領域に向けて照明光を出射することにより、前記試料に
前記照明光を照射して前記試料上の複数の評価領域に遮
光パターンを画像として形成する工程と、(b) 前記合焦
位置に対する前記試料の相対位置を所定の初期位置とす
る工程と、(c) 前記試料からの反射光を受光することに
より前記試料の画像を取得する工程と、(d) 前記画像中
の前記遮光パターンが現れる複数の評価画像領域におけ
るフォーカスの度合いを示す複数のフォーカス評価値を
求める工程と、(e) 前記複数のフォーカス評価値に基づ
いて合焦状態になっている前記評価領域の位置を求める
工程と、(f) 予め記憶されいている合焦状態評価領域位
置と相対位置との関係から前記合焦位置を求める工程と
を有する。

【００１３】請求項８の発明は、測定対象である試料が
配置されるべき合焦位置を検出する焦点検出方法であっ
て、(a) 視野絞りの位置付近において照明光学系の光軸
方向に対して互いに異なる位置に配置された複数の遮光
領域に向けて照明光を出射することにより、前記試料に
前記照明光を照射して前記試料上の複数の評価領域に遮
光パターンを画像として形成する工程と、(b) 前記合焦
位置に対する前記試料の相対位置を所定の初期位置とす
る工程と、(c) 前記試料からの反射光を受光することに
より前記試料の画像を取得する工程と、(d) 前記画像中
の前記遮光パターンが現れる複数の評価画像領域におけ
るフォーカスの度合いを示す複数のフォーカス評価値を
求める工程と、(e) 予め記憶されているフォーカス評価
値と相対位置との関係、および前記複数の遮光領域のそ
れぞれと光学的に共役な複数の結像位置の関係を用い
て、前記複数のフォーカス評価値から前記合焦位置を求
める工程とを有する。

【００１４】請求項９の発明は、請求項７または８に記
載の焦点検出方法であって、(g) 求められた前記合焦位
置へと前記試料を移動する工程をさらに有する。

【００１５】

【発明の実施の形態】＜１． 第１の実施の形態＞図１
はこの発明の第１の実施の形態である焦点検出装置１の
構成を示す図である。この焦点検出装置１は試料９の光
学的測定に先立って試料９を配置すべき合焦位置を検出
する装置であり、合焦位置の検出後に試料９を合焦位置
に配置する焦点合わせの機能（正確には、試料９の観察
面を合焦位置に配置する機能）も有している。

【００１６】この焦点検出装置１は試料９へ照射される
照明光１１Ｌを出射する光源部１１、光源部１１からの
照明光１１Ｌを試料９へと導く照明光学系２０ａ、試料
９からの反射光３１Ｌを所定の受光位置に配置された受
光部３１へと導く結像光学系２０ｂ、反射光３１Ｌを受
光して試料９の画像信号を発生する受光部３１、受光部
３１からの画像信号を処理する処理部４、試料９が載置
されるステージ５１、処理部４からの制御信号に基づい
て試料９を上下方向（図１中に示すＺ方向）に昇降させ
るとともに水平方向にも移動させるステージ駆動部５
２、試料９の画像を表示するモニタ６１、および、処理
部４へのキー入力や出力表示を行う入出力部６２を有し
ている。

【００１７】また、図２に示すように処理部４は、受光
部３１からの画像信号をデジタル信号に変換する画像入
力部４１、画像から後述するフォーカス評価値を求める
評価値算出部４２、求められたフォーカス評価値から合
焦位置を求める合焦位置算出部４３、およびステージ５
１の移動を制御するための信号を生成するステージ制御
部４４を有している。また、これらの構成の動作関係を
制御するための全体制御部４５も設けられている。

【００１８】なお、処理部４はこの実施の形態ではコン
ピュータ・システム（以下、「コンピュータ」とい
う。）を利用して構成されており、評価値算出部４２、
合焦位置算出部４３および全体制御部４５はプログラム
を実行することにより動作する形態となっている。ま
た、画像入力部４１およびステージ制御部４４はコンピ
ュータに設けられた電気的回路として構築されている。
これらの構成は全てソフトウェア的に構築されていても
よく、全てハードウェア的に構築されていてもよい。さ
らには、部分的にのみソフトウェア的に構築されていて
もよい。また、全体制御部４５による各構成間の動作関
係の調整は、各構成間で担保されていてもよく、いずれ
かの構成が全体制御部４５の役割を兼ねていてもよい。

【００１９】次に、この焦点検出装置１において照明光
１１Ｌが試料９に照射され、試料９からの反射光３１Ｌ
が受光部３１にて受光される過程について説明する。

【００２０】照明光学系２０ａは、レンズ２１、遮光部
材２２、ハーフミラー２３および対物レンズ２４を有し
ており、光源部１１から出射された照明光１１Ｌがレン
ズ２１および遮光部材２２を介してハーフミラー２３に
入射し、ハーフミラー２３にて反射した照明光１１Ｌが
対物レンズ２４を介して試料９上に照射されるようにな
っている。

【００２１】結像光学系２０ｂはハーフミラー２３およ
び対物レンズ２４を有しており、その光軸と照明光学系
２０ａの光軸はハーフミラー２３において交わってい
る。すなわち、この焦点検出装置１では試料９上にて照
明光学系２０ａと結像光学系２０ｂとが光軸２４Ｊを共
有する同軸落射照明の形態が採用されている。試料９か
らの反射光３１Ｌは対物レンズ２４およびハーフミラー
２３を順に介して受光部３１へと導かれる。

【００２２】受光部３１は２次元に配列された受光素子
を有するＣＣＤカメラからなり、反射光３１Ｌを受光し
て試料９の画像信号を生成するようになっている。生成
されたアナログの画像信号は処理部４へと送られ、その
後、画像入力部４１にてデジタルの画像信号に変換され
る。

【００２３】この焦点検出装置１では、照明光学系２０
ａでは遮光部材２２がおよそ視野絞りが配置される位置
に設けられている。視野絞りの配置位置とは、試料９が
配置されるべき合焦位置と光学的に共役な関係にある位
置をいう。

【００２４】図３は遮光部材２２を光源部１１側から見
たときの様子を示す平面図である。遮光部材２２は視野
絞りとしての役割を果たす絞り部２２１と試料９上に遮
光によるパターン（以下、「遮光パターン」という。）
を投影する遮光部２２２とを有しており、これらによっ
て試料９上には図３に示す平面図と同様の投影パターン
が現れるようになっている。図３中において矩形の破線
にて示す領域３１１ａは試料９上における受光部３１の
撮像領域に対応する領域を示している。図３に示すよう
に、遮光部２２２の一部により投影された遮光パターン
が撮像領域の一部に現れるようになっている。

【００２５】図４は図３における遮光部２２２の矢印Ａ
にて示される部分を拡大して示す斜視図である。

【００２６】遮光部２２２は図４に示すように階段状の
形状をしており、照明光学系２０ａの光軸１１Ｊに垂直
な面に縦横に交差する格子状のパターン（マスクパター
ン）が形成されている。図４では格子状のパターンの部
分を平行斜線を施して示しており、このパターンの部分
では照明光１１Ｌが遮光される。したがって、試料９上
にはこの格子状のパターンが遮光パターンとして投影さ
れることとなる。

【００２７】この格子状のパターンは図３に示す撮像領
域に相当する領域３１１ａと遮光部２２２との重なった
部分におよそ形成されており、以下の説明では階段状の
各面の格子状のパターンが形成された領域を遮光領域と
いう。図４中太破線に示す遮光領域ＭＲ１〜ＭＲ５は後
述する評価画像領域及び評価領域に対応する領域を示し
ている。遮光部材２２はおよそ視野絞りの位置に配置さ
れていることから、これらの遮光領域ＭＲ１〜ＭＲ５は
視野絞りの配置位置付近にて光軸１１Ｊ方向に互いに異
なった位置に設けられていることとなる。そして、後述
するようにこの焦点検出装置１では遮光領域ＭＲ３は視
野絞りの配置位置に一致するように予め調整されてい
る。

【００２８】このように遮光部２２２を階段状の形状に
することにより、遮光部２２２を配置するだけで遮光領
域ＭＲ１〜ＭＲ５が設定され、複数の遮光領域を容易に
取り付けることができるようになっている。なお、この
遮光部２２２は階段状に加工された石英ガラス上に格子
状のクロムマスクを形成して作られている。

【００２９】図５は受光部３１からの画像信号に基づい
て画像入力部４１において取得される画像３１１の一例
を示す図である。図５に示すように画像３１１の左隅
（（−Ｘ）方向端部）には遮光パターン２２２ａが現
れ、画像３１１の中央付近には試料９上に存在するパタ
ーン９１が映し出されている。

【００３０】この画像３１１中の遮光パターン２２２ａ
が現れている領域のうち、図４に示した５つの遮光領域
ＭＲ１〜ＭＲ５に対応する領域がそれぞれ後述するフォ
ーカス評価値を算出するために用いられる評価画像領域
ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５となる。図５ではこれらの評価画像
領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５を矩形の破線にて示している。

【００３１】以上、焦点検出装置１における照明光１１
Ｌの照射および反射光３１Ｌに基づく画像３１１の取得
の様子について説明したが、次に、焦点検出装置１にお
ける合焦位置の検出および試料９を合焦位置に配置する
動作（以下、これらの動作をまとめて「焦点検出動作」
という。）の内容について図６ないし図８を参照しなが
ら説明する。

【００３２】焦点検出装置１では焦点検出動作に先だっ
て、合焦位置の検出に必要なデータの取得が準備作業と
して行われる。この準備作業は同種類の試料９のそれぞ
れに対する複数回の焦点検出動作に先だって１回だけ行
われる作業である。図６および図７は準備作業における
作業者の作業および焦点検出装置１の動作を示す流れ図
である。

【００３３】準備作業では、まず作業者が準備作業用の
試料９（以下、後述する焦点検出動作に用いられる試料
と区別するために「試料９０」と表記する。）をステー
ジ５１上に載置し、試料９０に照明光１１Ｌを照射する
（図６：ステップＳ１１）。なお、ここで載置される試
料９０は焦点検出、焦点合わせ、その他必要な光学的測
定が後ほど行われる複数の試料９のうちのいずれかの試
料であればよい。また、実際に測定される試料９ではな
くて準備作業専用のダミーの試料であってもよい。

【００３４】試料９０がステージ５１に載置されると、
作業者が入出力部６２のキーボード等を用いて準備作業
の開始を処理部４に入力する。これにより、処理部４の
準備動作が開始される。

【００３５】準備動作では、全体制御部４５の指示によ
りステージ制御部４４がステージ駆動部５２を駆動して
ステージ５１を図１中に示すＺ方向の原点位置まで移動
する（ステップＳ１２）。なお、以下の説明では全体制
御部４５の各構成への指示動作を省略して説明する。

【００３６】次に、ステージ制御部４４がステージ５１
をデータ取得開始位置に移動する（ステップＳ１３）。
データ取得開始位置は合焦位置に対して試料９０が十分
下方に位置するときのステージ５１の位置として予め定
められている。したがって、この動作により試料９０が
合焦位置よりも下方に確実に配置される。

【００３７】データ取得開始位置に試料９０が配置され
ると、このときの試料９０の画像が入出力部６２のディ
スプレイに表示され、作業者がマウス等を用いて遮光パ
ターン２２２ａ中に評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５を
設定する（図５参照、ステップＳ１４）。

【００３８】次に、受光部３１からの画像信号に基づい
て画像入力部４１が試料９０の画像３１１を取得する
（図７：ステップＳ２１）。そして、この画像３１１の
うち各評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５の情報が評価値
算出部４２へと送られる。

【００３９】評価値算出部４２では、各評価画像領域Ｖ
ＩＲ１〜ＶＩＲ５におけるフォーカスの度合いを示すフ
ォーカス評価値が求められる（ステップＳ２２）。な
お、この焦点検出装置１ではフォーカス評価値として鮮
鋭度を利用している。

【００４０】図９は図５に示した画像３１１中に遮光パ
ターン２２２ａが映し出される箇所に相当する試料９０
上の領域を拡大して示したものである。なお、図５の画
像３１１中の評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５に相当す
る試料９０上の領域を評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５と呼ぶも
のとし、図９中にこれらの領域を矩形の太破線にて示し
ている。

【００４１】試料９０上の評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５には
図４に示した遮光部２２２の格子状のマスクにより格子
状の遮光パターン２２２ａが形成される。これらの格子
状の遮光パターン２２２ａは試料９０の画像３１１中の
評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５に映し出される。評価
値算出部４２は評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５のそれ
ぞれにおいて、数１にて示す演算を行ってフォーカス評
価値Ｆ１〜Ｆ５を求める。なお、以下の説明において、
フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５のいずれかを示す際にフォ
ーカス評価値Ｆと表現する。

【００４２】

【数１】

【００４３】ただし、数１中のＰ(x,y)は図５中に示す
各評価画像領域におけるＸ方向にｘ番目、Ｙ方向にｙ番
目の画素の画素値（輝度値）を示しており、評価画像領
域における（＋Ｘ）側端の１列および（＋Ｙ）側端の１
行に存在する画素については算入されない。また、ｍは
各評価画像領域において数１の演算対象となる画素数で
ある。

【００４４】フォーカス評価値Ｆを求める式は、コント
ラストや鮮鋭度（シャープネス）等のフォーカスの度合
いを表す値であればどのようなものでもよく、例えば数
２に示す計算式を用いてもよい。

【００４５】

【数２】

【００４６】数１では図１０に示すように隣接画素との
画素値の差分の絶対値の和を画素数ｍで割って得られる
値をフォーカス評価値Ｆとしており、数２では隣接画素
との画素値の差分の２乗和を画素数ｍで割って得られる
値をフォーカス評価値Ｆとしている。

【００４７】図９では遮光パターン２２２ａとして格子
状のパターンを用いているが、遮光パターン２２２ａの
形態はフォーカスの度合いを求めることができるのであ
るならばどのようなものであってもよい。例えば、図１
１に示すようにＹ方向に伸びる線状のパターンを試料９
上に形成するようにしてもよい。この場合は、Ｘ方向に
隣接する画素間において画素値が変化するので、数１や
数２に示した計算はＸ方向についてのみ行えばよい。こ
のようにこれらのマスクパターンの場合にはＸ、Ｙ方向
に規則正しい遮光パターンが形成されるので、フォーカ
ス評価値を求める計算も簡単なものとなる。

【００４８】評価値算出部４２においてフォーカス評価
値Ｆ１〜Ｆ５が求められるとこれらのフォーカス評価値
はステージ５１のＺ方向に関する位置（以下、「ステー
ジ高さ」という。）とともに記憶される。そして、ステ
ージ５１を微小量の移動単位である１ピッチだけ上昇さ
せて再び画像入力部４１が画像３１１を取得し、評価値
算出部４２がフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５を算出して記
憶する（ステップＳ２４、Ｓ２１、Ｓ２２）。このよう
なステージ５１の移動およびフォーカス評価値の算出
が、ステージ５１がデータ取得終了位置に到達するまで
繰り返し行われる（ステップＳ２３）。なお、データ取
得終了位置とは試料９０が十分に合焦位置よりも上方に
位置するときのステージ５１の位置として予め定められ
ている位置をいう。

【００４９】以上の動作により、ピッチごとのステージ
高さに対する各評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５についてのフォ
ーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５が求められ、これらのフォーカ
ス評価値は合焦位置算出部４３へと送られる。

【００５０】フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５のそれぞれを
ステージ高さに関する関数として捉えた場合、各フォー
カス評価値は互いに異なったステージ高さにおいて最大
値となる関数となる。なぜならば、図１２に示すように
遮光部２２２の遮光領域ＭＲ１〜ＭＲ５は照明光学系２
０ａの光軸１１Ｊ方向に対して異なった位置に配置され
ているので、これらの遮光領域ＭＲ１〜ＭＲ５の結像位
置Ｃ１〜Ｃ５も試料９０近傍の光軸２４Ｊ方向に対して
異なった位置となる。そして、試料９０がステージ５１
とともに上昇すると試料９０上の各評価領域ＶＲ１〜Ｖ
Ｒ５は順番に結像位置Ｃ１〜Ｃ５と一致することとな
り、評価領域と結像位置とが一致するときに遮光パター
ンが最も鮮明となってフォーカス評価値が最大となるか
らである。なお、この焦点検出装置１では図１２に示す
ように結像位置Ｃ３が結像光学系２０ｂにおける合焦位
置と一致するように予め遮光領域ＭＲ３の位置が調整さ
れている。

【００５１】合焦位置算出部４３では受け取ったフォー
カス評価値Ｆ１〜Ｆ５が最大となるときのステージ高さ
が取得され、フォーカス評価値Ｆ３が最大となるときの
ステージ高さと他のフォーカス評価値Ｆ１、Ｆ２、Ｆ
４、Ｆ５が最大となるときのステージ高さとの差をずれ
量として求める。これにより、図１２中の結像位置Ｃ１
〜Ｃ５の上下関係が正確に求められることとなる。

【００５２】図１３は、合焦状態にある評価領域のＹ方
向の位置（合焦状態評価領域位置）とずれ量（合焦位置
に対する試料９０の相対位置）との関係をプロットした
図である。例えば、評価領域ＶＲ４の中心で合焦となっ
ていれば、ずれ量が１０ピッチであることを示す。な
お、以下の説明では説明を簡単に行うために、図１３に
示すように各評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５のＹ方向に関する
位置は等間隔であるものとし、図１２に示した結像位置
Ｃ２、Ｃ４が結像位置Ｃ３に対して上下に１０ピッチず
れており、結像位置Ｃ１、Ｃ５が結像位置Ｃ３に対して
上下に２０ピッチずれていることが求められ、これらが
ずれ量としてプロットされたものとする。

【００５３】各評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５に関するずれ量
が図１３に示すようにプロットされると、合焦位置算出
部４３ではこれらのプロット位置を直線で補間する。こ
のようにして得られる合焦状態評価領域位置とずれ量と
の関係はデータとして合焦位置算出部４３のデータ記憶
部４３ａに記憶される（ステップＳ２５）。なお、処理
部４としてコンピュータを利用する場合にはこのデータ
記憶部４３ａとしての記憶領域は記憶時に生成されて確
保されるようになっていればよい。

【００５４】合焦位置算出部４３ではさらにフォーカス
評価値Ｆ３が最大となるときのステージ高さを焦点検出
高さとして決定する（ステップＳ２６）。焦点検出高さ
とは後述する焦点検出動作においてステージ５１が最初
に位置する初期位置の高さである。

【００５５】以上、この焦点検出装置１における準備作
業について説明してきたが、次に焦点検出装置１による
焦点検出動作について説明する。なお、この焦点検出装
置１では焦点検出後に合焦位置に試料９を配置するよう
に動作するようになっており、焦点合わせ装置としての
機能を有している。したがって、図８に示す焦点検出動
作では、合焦位置の検出に続いて試料９を合焦位置に配
置する焦点合わせ動作が行われるようになっている。

【００５６】焦点検出に際して、まず、作業者が焦点検
出後の焦点合わせの対象となる試料９をステージ５１上
に載置して照明光１１Ｌを試料９に照射する（図８：ス
テップＳ３１）。そして、ステージ５１がステップＳ２
６にて求められた焦点検出高さに移動する（ステップＳ
３２）。準備作業で用いられた試料９０と試料９との厚
さは同一とは限らないので、この動作により試料９の観
察面はおよそ合焦位置に配置されることとなる。

【００５７】次に、準備動作と同様の動作により画像入
力部４１が試料９の画像３１１を取得し、各評価画像領
域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５におけるフォーカス評価値Ｆ１〜
Ｆ５を求める（ステップＳ３３、Ｓ３４）。図１４はこ
のようにして求められたフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５を
試料９上の評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５のＹ方向の位置に対
してプロットした図である。合焦位置算出部４３ではプ
ロットされたこれらのフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５を補
間してこの補間曲線のピークのＹ方向の位置を評価値ピ
ーク位置Ｐｋとして求める（ステップＳ３５）。なお、
補間の方法はベジェ曲線によるものであってもよいし、
例えばフォーカス評価値Ｆ３が最大の時にはフォーカス
評価値Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４に関するプロット位置を２次曲
線等で補間するようにしてもよい。さらには、このよう
な補間によるのではなくて５つのフォーカス評価値Ｆ１
〜Ｆ５にＹ方向の位置を掛け合わせてフォーカス評価値
Ｆ１〜Ｆ５の合計で除したもの（すなわち、フォーカス
評価値Ｆ１〜Ｆ５を重みとみなしたときのＹ方向の重心
位置）を評価値ピーク位置Ｐｋとしてもよい。

【００５８】このようにして求められる評価値ピーク位
置Ｐｋは評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５の何れの位置で合焦が
得られているか、換言すれば、合焦状態になっている評
価領域ＶＲ１〜ＶＲ５の位置を示している。従って図１
４から求められる評価値ピーク位置Ｐｋを図１３に示す
グラフに対応させて求められるずれ量Ｅは合焦位置から
の試料９の相対位置を表すこととなる。

【００５９】以上の原理に基づいて、合焦位置算出部４
３ではピーク位置Ｐｋから図１３に示すデータを参照し
てずれ量Ｅを求める（ステップＳ３６）。求められたず
れ量Ｅはステージ制御部４４に送られ、ステージ制御部
４４では（ずれ量Ｅ×（−１））だけステージ５１を移
動するようにステージ駆動部５２に信号を送る。これに
より試料９が合焦位置に配置されることとなる（ステッ
プＳ３７）。

【００６０】以上、焦点検出装置１の焦点検出動作につ
いて説明したが、図８に示した作業および動作の流れの
うちステップＳ３２〜Ｓ３６が実際に合焦位置を検出す
る動作となっており、ステップＳ３７は合焦位置の検出
結果に付随して行われる焦点合わせの動作となってい
る。

【００６１】以上説明してきたように、この焦点検出装
置１では照明光学系２０ａの視野絞りが配置される位置
に遮光部材２２を設けて光軸１１Ｊ方向の異なった位置
に遮光領域ＭＲ１〜ＭＲ５が設定され、これによりステ
ップＳ３２〜Ｓ３６にて説明したように試料９が載置さ
れたステージ５１を焦点検出高さに位置させるだけで合
焦位置を検出することができるようになっている。その
結果、従来のようにステージを１ピッチずつ移動させな
がらその都度画像を取得する必要がなく、短時間で焦点
検出を行うことができる。また、この焦点検出動作によ
り試料９に対する焦点合わせも短時間で完了することが
できる。

【００６２】＜２． 第２の実施の形態＞次に、この発
明に係る第２の実施の形態として、第１の実施の形態で
ある焦点検出装置１における合焦位置算出部４３の動作
の変形例を説明する。したがって、第２の実施の形態に
係る焦点検出装置は図１および図２に示した構成と同様
の構成となっており、以下の説明では同様の符号を用い
て説明する。また、主として合焦位置算出部４３の動作
について説明する。

【００６３】第２の実施の形態における準備作業は図６
および図７に示した準備作業および動作とほぼ同様であ
り、ステップＳ２５を図１５に示すステップＳ２５ａ、
Ｓ２５ｂに置き換えたものとなっている。すなわち、第
１の実施の形態と同様に、まず初期作業後に評価画像領
域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５の設定が行われ（図６：ステップ
Ｓ１４）、ステージ５１を１ピッチずつ上昇させながら
フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５がステージ高さの関数とし
て取得される（図７：ステップＳ２１〜Ｓ２４）。

【００６４】ここで、合焦位置算出部４３はステージ５
１の移動に伴うフォーカス評価値Ｆ３の変化曲線ＦＷ３
をデータ記憶部４３ａに記憶する。図１６はデータ記憶
部４３ａに記憶されているデータを示す図であり、横軸
はフォーカス評価値Ｆ３が最大となるときのステージ高
さを０としたときのステージ５１の相対移動量である相
対ピッチ数を示している（図１５：ステップＳ２５
ａ）。なお、この実施の形態においても第１の実施の形
態と同様、図１２に示すように遮光領域ＭＲ３の結像位
置Ｃ３が合焦位置と一致しているものとし、図１６にお
いて相対ピッチ数が０の状態は試料９０の観察面が合焦
位置と一致している状態を表す。すなわち、相対ピッチ
数は合焦位置に対する試料９０の相対位置を示す。

【００６５】また、合焦位置算出部４３は上記データと
ともに各評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５においてフォ
ーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５が最大となるときのステージ高
さの相対関係もデータ記憶部４３ａに記憶する。このと
き、試料９０上の評価領域ＶＲ３に対応するフォーカス
評価値（画像３１１中の評価画像領域ＶＩＲ３のフォー
カス評価値）Ｆ３が最大となるときのステージ高さを０
とし、評価領域ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ４、ＶＲ５に対応
するフォーカス評価値Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４、Ｆ５が最大と
なるときの相対的なステージ高さを記憶する（ステップ
Ｓ２５ｂ）。記憶されたこれらの相対的なステージ高さ
を図１６中に評価領域の符号ＶＲ１〜ＶＲ５を用いて示
す。相対的なステージ高さは図１２においては結像位置
Ｃ１〜Ｃ５の位置関係に相当する。なお、図１６に示す
ようにこの処理により第１の実施の形態の場合と同様、
評価領域ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ４、ＶＲ５に対応するフ
ォーカス評価値Ｆ１、Ｆ２、Ｆ４、Ｆ５がそれぞれ、−
２０、−１０、＋１０、＋２０の相対ステージ高さにお
いて最大値となることが明らかになったものとする。

【００６６】その後、第１の実施の形態と同様に準備作
業用の試料９０についてフォーカス評価値Ｆ３が最大と
なるときのステージ高さを焦点検出高さとして合焦位置
算出部４３が決定し（図７：ステップＳ２６）、準備作
業および動作が終了する。

【００６７】次に、第２の実施の形態における焦点検出
動作について説明する。第２の実施の形態における焦点
検出動作は、図８に示した焦点検出動作とほぼ同様であ
るが、図８中のステップＳ３５、Ｓ３６を図１７に示す
ステップＳ３５ａに置き換えたものとなっている点で異
なっている。

【００６８】焦点検出動作では第１の実施の形態と同
様、まず焦点検出高さにて画像入力部４１が試料９の画
像を取得し（図８：ステップＳ３２、Ｓ３３）、評価値
算出部４２が各評価画像領域ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５におけ
るフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５を求める（ステップＳ３
４）。

【００６９】次に、図１６に示したデータ中にこれらの
フォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５をステップＳ２５ｂにて求
められた相対ステージ高さの位置にプロットする。図１
８はフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５をプロットした際の様
子を示す図である。さらに合焦位置算出部４３では、こ
れらのプロット位置に最も適合するようにフォーカス評
価値Ｆ３の変化曲線ＦＷ３を相対ピッチ軸方向に移動す
る。そして、この移動量をずれ量Ｅとして求める（図１
７：ステップＳ３５ａ）。図１８中、移動後の変化曲線
を一点鎖線にて示し、符号ＦＷを付す。

【００７０】このずれ量Ｅは次のように捉えることがで
きる。評価領域ＶＲ３が合焦位置に存在するときはフォ
ーカス評価値Ｆ３が最大値となる。また、このとき評価
領域ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ３、ＶＲ４、ＶＲ５は図１２
に示したように結像位置からそれぞれ、−２０、−１
０、０、＋１０、＋２０のピッチ数だけずれた位置に存
在することとなる。したがって、フォーカス評価値Ｆ
１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は図１８の変化曲線ＦＷ３
の上のこれらの所定ピッチ数だけ離れた位置（図１８
中、符号ＶＲ１〜ＶＲ５で示す位置）におけるフォーカ
ス評価値となる。一方、フォーカス評価値Ｆ４が最大と
なるときには、図１２において試料９が結像位置Ｃ４に
位置する場合であり、評価領域ＶＲ１、ＶＲ２、ＶＲ
３、ＶＲ４、ＶＲ５は結像位置から、−３０、−２０、
−１０、０、＋１０のピッチ数だけずれた位置に存在す
ることとなる。これらの位置は図１８において相対ピッ
チ数１０の位置から符号ＶＲ１〜ＶＲ５で示す位置まで
の相対距離であり、相対ピッチ数１０の位置でフォーカ
ス評価値Ｆ４が最大となることから、フォーカス評価値
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４、Ｆ５は変化曲線ＦＷ３を相対
ピッチ数方向に１０ピッチだけ移動したときの変化曲線
ＦＷ４における符号ＶＲ１〜ＶＲ５を付した位置でのフ
ォーカス評価値となるといえる。

【００７１】以上のことから、図１８に示すように実際
に求められたフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５のプロット位
置に変化曲線ＦＷ３を適合させるために必要な移動量は
フォーカス評価値Ｆ３が最大となるときの試料９の位置
からのずれ量、すなわち合焦位置からのずれ量Ｅを示す
値となっている。

【００７２】以上のようにして、データ記憶部４３ａの
データを参照しながら合焦位置算出部４３にてずれ量Ｅ
が求められると、第１の実施の形態と同様にしてステー
ジ５１を移動して試料９が合焦位置に配置される（図
８：ステップＳ３７）。

【００７３】このように、第２の実施の形態に係る焦点
検出装置１では、データ記憶部４３ａにステージ５１の
移動とフォーカス評価値Ｆ３の変化との関係を記憶する
とともに、各評価領域ＶＲ１〜ＶＲ５に対応するフォー
カス評価値が最大となるときのステージの相対位置関係
を記憶しているので、焦点検出高さに位置するステージ
５１上の試料９の画像を１度取得するだけで合焦位置を
求めることができるようになっている。その結果、第１
の実施の形態と同様に、短時間で焦点検出を行うことが
でき、また試料９の焦点合わせも短時間で完了すること
ができる。

【００７４】＜３． 変形例＞以上、この発明の実施の
形態である焦点検出装置について説明してきたが、この
発明は上記実施の形態の限定されるものではなく様々な
変形が可能である。

【００７５】上記実施の形態において説明した焦点検出
装置１では、遮光部材２２の遮光部２２２を図４に示す
ような階段形状としているが、このような形状は薄い板
ガラスを重ね合わせることにより形成されていてもよ
い。

【００７６】また、階段状ではなく、複数のガラス板の
それぞれに遮光領域を形成して、これらのガラス板を光
軸１１Ｊ方向に対して異なった位置に配置するようにし
てもよい。さらには、遮光用のマスクパターンが形成さ
れた金属板を階段状に折り曲げるようにしてもよい。

【００７７】また、遮光部材は階段状の形状に限定され
るものではなく、マスクパターンを形成した平らなガラ
ス板を視野絞りの位置で光軸１１Ｊに対して傾斜して設
けるようにしてもよい。

【００７８】また、上記実施の形態ではステージ５１を
昇降させることで合焦位置と試料９との相対位置を変化
させているが、相対位置を変化させることができるので
あるならばどのような構成であってもよい。例えば、受
光部３１および結像光学系２０ｂをステージ５１に対し
て昇降させるようにしてもよいし、結像光学系２０ｂ内
に合焦位置を移動させる機構を設けるようにしてもよ
い。

【００７９】また、上記実施の形態では評価領域を５つ
設けているが、第２の実施の形態における方法の場合に
は評価領域を２以上設けるのであれば焦点検出が可能で
ある。また、第１の実施の形態の方法の場合であっても
評価領域を３以上設けることにより図１４における３以
上のプロット（評価領域のＹ方向の位置とフォーカス評
価値との関係）を補間することにより評価値ピーク位置
Ｐｋを求めることができ、焦点検出が可能である。

【００８０】また、上記実施の形態では遮光領域ＭＲ３
が視野絞りの位置に配置されているが、いずれの遮光領
域も視野絞りの位置と一致していなくても、図１２に示
す結像位置Ｃ１〜Ｃ５のうちいずれかの結像位置と合焦
位置との関係が明らかであれば合焦位置を検出すること
ができる。例えば、結像位置Ｃ３と合焦位置との距離
（ピッチ数）が判明している場合には、第１の実施の形
態では図１３に示すように求められる直線をこのピッチ
数分上下に移動することとなり、第２の実施の形態では
図１６に示すように求められる変化曲線ＦＷを相対ピッ
チ軸方向にこのピッチ数分移動することとなる。そし
て、図１３や図１６に示されるデータに基づいて合焦位
置を求める計算が行われることとなる。

【００８１】また、遮光パターンは図９や図１１に示し
たものに限定されるのではなく、フォーカスの度合いを
求めることができるのであればどのようなパターンであ
ってもよい。

【００８２】さらに、第１の実施の形態では図１４に示
すように求められたフォーカス評価値Ｆ１〜Ｆ５をＹ方
向を横軸としてプロットした上でこれらのプロット位置
を曲線にて補間しているが、簡易に合焦位置を求めるの
であるならば図１９に示すようにフォーカス評価値が最
大となる評価領域の位置を評価値ピーク位置Ｐｋとして
取得するようにしてもよい。

【００８３】

【発明の効果】請求項１ないし９記載の発明では、試料
の画像を１回取得するだけで試料を配置すべき合焦位置
を求めることができる。これにより、従来のように試料
を多数回移動することなく合焦位置を求めることができ
るので、短時間で合焦位置を検出することができる。

【００８４】また、請求項３および９記載の発明では、
求められた合焦位置に試料を移動することで、試料に対
する焦点合わせを短時間で完了することができる。

【００８５】また、請求項４記載の発明では、複数の遮
光領域を１つの部材に設けることで、複数の遮光領域を
容易に配置することができる。

【００８６】また、請求項５および６記載の発明では、
照明光を遮光するためのパターンを格子状や線状のパタ
ーンとしているので、フォーカス評価値を簡単に求める
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る焦点検出装置の構成を示す図で
ある。

【図２】図１に示す焦点検出装置の処理部の構成を示す
ブロック図である。

【図３】遮光部材の構成を示す図である。

【図４】図３に示す遮光部材のうち、遮光部の形状を示
す斜視図である。

【図５】試料および遮光パターンの画像を示す図であ
る。

【図６】準備作業および動作を示す流れ図である。

【図７】準備作業および動作を示す流れ図である。

【図８】焦点検出動作を示す流れ図である。

【図９】図４に示す遮光部による遮光パターンを示す平
面図である。

【図１０】隣接する画素の位置関係を説明するための図
である。

【図１１】遮光パターンの他の例を示す図である。

【図１２】遮光領域と遮光パターンの結像位置との関係
を示す図である。

【図１３】データ記憶部に記憶されているデータである
合焦状態評価領域位置とずれ量との関係を示す図であ
る。

【図１４】合焦位置算出部における評価値ピーク位置の
算出の様子を説明するための図である。

【図１５】この発明に係る第２の実施の形態である焦点
検出装置における準備動作の一部を示す流れ図である。

【図１６】データ記憶部に記憶されているデータである
相対ピッチ数とフォーカス評価値の変化との関係を示す
図である。

【図１７】この発明に係る第２の実施の形態である焦点
検出装置における焦点検出動作の一部を示す流れ図であ
る。

【図１８】合焦位置算出部におけるずれ量の算出の様子
を説明するための図である。

【図１９】ピーク位置の算出方法の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１ 焦点検出装置 ９ 試料 １１ 光源部 １１Ｊ 光軸 １１Ｌ 照明光 ２０ａ 照明光学系 ２０ｂ 結像光学系 ２４Ｊ 光軸 ３１ 受光部 ３１Ｌ 反射光 ４１ 画像入力部 ４２ 評価値算出部 ４３ 合焦位置算出部 ４４ ステージ制御部 ５２ ステージ駆動部 ２２２ 遮光部 ２２２ａ 遮光パターン ３１１ 画像 Ｃ１〜Ｃ５ 結像位置 Ｆ１〜Ｆ５ フォーカス評価値 ＦＷ３ 変化曲線 ＭＲ１〜ＭＲ５ 遮光領域 Ｐｋ ピーク位置 Ｓ３１〜Ｓ３７ ステップ ＶＩＲ１〜ＶＩＲ５ （画像中の）評価画像領域 ＶＲ１〜ＶＲ５ （試料上の）評価領域

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象である試料が配置されるべき合
   焦位置を検出する焦点検出装置であって、 光源からの照明光を前記試料へと導く照明光学系と、 前記試料上において前記照明光学系の光軸と交わる光軸
   を有し、前記試料からの反射光を所定の受光位置へと導
   く結像光学系と、 前記受光位置にて前記反射光を受光することにより前記
   試料の画像を取得する受光手段と、 前記合焦位置に対する前記試料の相対位置を変更する位
   置変更手段と、 前記画像中の複数の評価画像領域におけるフォーカスの
   度合いを示す複数のフォーカス評価値を求める評価値算
   出手段と、 前記複数のフォーカス評価値に基づいて前記合焦位置を
   求める合焦位置算出手段と、を備え、 前記照明光学系が、視野絞りの配置位置付近において前
   記照明光学系の光軸方向に対して互いに異なる位置に設
   けられた複数の遮光領域を有し、 前記複数の遮光領域による遮光パターンが前記複数の評
   価画像領域に対応する前記試料上の複数の評価領域に画
   像として形成され、 前記合焦位置算出手段が、前記複数のフォーカス評価値
   に基づいて合焦状態になっている前記評価領域の位置を
   求め、予め記憶されいている合焦状態評価領域位置と相
   対位置との関係から前記合焦位置を求めることを特徴と
   する焦点検出装置。
2. 【請求項２】 測定対象である試料が配置されるべき合
   焦位置を検出する焦点検出装置であって、 光源からの照明光を前記試料へと導く照明光学系と、 前記試料上において前記照明光学系の光軸と交わる光軸
   を有し、前記試料からの反射光を所定の受光位置へと導
   く結像光学系と、 前記受光位置にて前記反射光を受光することにより前記
   試料の画像を取得する受光手段と、 前記合焦位置に対する前記試料の相対位置を変更する位
   置変更手段と、 前記画像中の複数の評価画像領域におけるフォーカスの
   度合いを示す複数のフォーカス評価値を求める評価値算
   出手段と、 前記複数のフォーカス評価値に基づいて前記合焦位置を
   求める合焦位置算出手段と、を備え、 前記照明光学系が、視野絞りの配置位置付近において前
   記照明光学系の光軸方向に対して互いに異なる位置に設
   けられた複数の遮光領域を有し、 前記複数の遮光領域による遮光パターンが前記複数の評
   価画像領域に対応する前記試料上の複数の評価領域に画
   像として形成され、 前記合焦位置算出手段が、予め記憶されているフォーカ
   ス評価値と相対位置との関係、および前記複数の遮光領
   域のそれぞれと光学的に共役な複数の結像位置の関係を
   用いて、前記複数のフォーカス評価値から前記合焦位置
   を求めることを特徴とする焦点検出装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の焦点検出装置
   であって、 求められた前記合焦位置に前記試料を配置するように前
   記位置変更手段を制御する手段、をさらに備えることを
   特徴とする焦点検出装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の焦
   点検出装置であって、 前記照明光学系が、 前記照明光学系の光軸に対して垂直な複数の面を前記複
   数の遮光領域として前記光軸方向にずらして形成した部
   材、を有することを特徴とする焦点検出装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の焦
   点検出装置であって、 前記複数の遮光領域のそれぞれが前記照明光を遮光する
   ための縦横に交差する格子状のパターンを有しているこ
   とを特徴とする焦点検出装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし４のいずれかに記載の焦
   点検出装置であって、 前記複数の遮光領域のそれぞれが前記照明光を遮光する
   ための線状のパターンを有していることを特徴とする焦
   点検出装置。
7. 【請求項７】 測定対象である試料が配置されるべき合
   焦位置を検出する焦点検出方法であって、 (a) 視野絞りの位置付近において照明光学系の光軸方向
   に対して互いに異なる位置に配置された複数の遮光領域
   に向けて照明光を出射することにより、前記試料に前記
   照明光を照射して前記試料上の複数の評価領域に遮光パ
   ターンを画像として形成する工程と、 (b) 前記合焦位置に対する前記試料の相対位置を所定の
   初期位置とする工程と、 (c) 前記試料からの反射光を受光することにより前記試
   料の画像を取得する工程と、 (d) 前記画像中の前記遮光パターンが現れる複数の評価
   画像領域におけるフォーカスの度合いを示す複数のフォ
   ーカス評価値を求める工程と、 (e) 前記複数のフォーカス評価値に基づいて合焦状態に
   なっている前記評価領域の位置を求める工程と、 (f) 予め記憶されいている合焦評価領域位置と相対位置
   との関係から前記合焦位置を求める工程と、を有するこ
   とを特徴とする焦点検出方法。
8. 【請求項８】 測定対象である試料が配置されるべき合
   焦位置を検出する焦点検出方法であって、 (a) 視野絞りの位置付近において照明光学系の光軸方向
   に対して互いに異なる位置に配置された複数の遮光領域
   に向けて照明光を出射することにより、前記試料に前記
   照明光を照射して前記試料上の複数の評価領域に遮光パ
   ターンを画像として形成する工程と、 (b) 前記合焦位置に対する前記試料の相対位置を所定の
   初期位置とする工程と、 (c) 前記試料からの反射光を受光することにより前記試
   料の画像を取得する工程と、 (d) 前記画像中の前記遮光パターンが現れる複数の評価
   画像領域におけるフォーカスの度合いを示す複数のフォ
   ーカス評価値を求める工程と、 (e) 予め記憶されているフォーカス評価値と相対位置と
   の関係、および前記複数の遮光領域のそれぞれと光学的
   に共役な複数の結像位置の関係を用いて、前記複数のフ
   ォーカス評価値から前記合焦位置を求める工程と、を有
   することを特徴とする焦点検出方法。
9. 【請求項９】 請求項７または８に記載の焦点検出方法
   であって、 (g) 求められた前記合焦位置へと前記試料を移動する工
   程、をさらに有することを特徴とする焦点検出方法。