JPH1152224A - 自動焦点検出方法およびその装置並びに検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】試料の反射率むらやウエーハに形成された絶縁
膜による表層パターンのデフォーカスを低減可能な自動
検出方法および装置を提供する。 【解決手段】照明光を対物レンズ３０によって光軸７に
対して対称な斜め方向から試料上の同一個所に集光して
照射し、試料１上に同一個所から反射して対物レンズに
入射して得られる反射光を、光軸に対する対称な照射方
向別に複数光像に分割し、分割された複数光像を光電変
換素子１００で受光して光の強度分布に応じた信号に変
換して、光強度分布の中心と光軸の位置ずれに基づいて
試料の焦点ずれを検出する。試料に絶縁膜が形成されて
いる場合は、この薄膜内を反射した光の一部を遮光す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造工程にお
けるウエハ、レチクルあるいはＴＦＴをはじめとするフ
ラットパネルデイスプレイ製造工程におけるマスク、基
板等に存在する微細パターン欠陥、微細な異物等を光学
的に検査する検査装置等に応用して好適な自動焦点検出
方法およびその装置並びに検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来においては、一般的にウエハ等に形
成した微細パターンの外観検査は、顕微鏡光学系等を用
いて拡大投影した像を検出し、画像処理等を施すことに
より行われている。顕微鏡光学系は、照明光の波長λと
対物レンズの開口数ＮＡにより物体側の焦点深度ＤＯＦ
が求まり、この範囲外に試料が設定されるとピントがボ
ケた像を検出することになる。焦点深度ＤＯＦは、下記
の（１）式にて表される。

【０００３】 ＤＯＦ＝λ／（２ＮＡ2） （１） ここで、試料表面を対物レンズの合焦点位置に設定する
ための自動焦点検出の従来技術としては、例えば、特開
平８−２４０７６５号公報に記載されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の焦点検出方法で
は、試料面の反射率及びパターン密度等の変化により、
焦点検出誤差が生じるという欠点がある。また、従来の
焦点検出方法では試料の表面に段差があるとデフォーカ
スすると言う欠点がある。即ち、試料の表面に段差があ
る場合、焦点視野が段差を含むと、求めた焦点検出位置
は、段差のある異なった表面の間の平均的な値となる。
このため、段差の寸法によりこの平均値がある値を超え
ると、段差の両方の表面がともに対物レンズの焦点深度
ＤＯＦ外となり、検出した像はデフォーカスした画像と
なる問題があった。例えば、焦点深度としては約０．３
μｍぐらいまではフォーカスが取れるが、これよりも焦
点深度が大きくなるとデフォーカスする。更に、検査の
高速化のため、像検出用のリニアセンサの長さも長くな
る方向にある。しかし、像検出用のリニアセンサを長く
しても、自動焦点検出系の視野が小さいため、真の焦点
面検出を行うことが困難であった。また、従来の技術で
は、様々な分光反射率特性を有した試料の自動焦点検出
を行う場合、互いに異なったスペクトルを発光する光源
を複数備える必要があるため、装置が大型化し、コスト
が高くなった。

【０００５】また、CMP(Chemical Mechanical Polishin
g)処理を施されたウェハの表層ハ゜ターンの欠陥検査を行う
には、光学系の焦点を表層ハ゜ターンに合わせなければ、高
感度検査が行えない。しかし、従来技術に記載の焦点検
出装置では、CMP処理により膜付けされた酸化膜は可視
光においてほぼ透明であるため、表層に焦点を合わせる
ことはできず、絶縁膜の下層に焦点を合わせてしまう。
この誤差(テ゛フォーカス量)は、膜厚や表層ハ゜ターンの材質・密度
や、絶縁膜の膜中に形成されたハ゜ターンの密度などによっ
て変化するため、焦点を検出する視野の構造に応じてテ゛
フォーカス量が異なることになる。これは、ウェハの全面を
検査する場合、領域に応じて欠陥検出感度が異なること
を意味しており、安定した欠陥検査ができないという課
題がある。

【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決した自動
焦点検出方法およびその装置並びに検査装置を提供する
ことにある。本発明の他の目的は簡素化された構成によ
って試料上の反射率の変化による焦点検出誤差を防止し
て焦点検出を可能にした自動焦点検出方法およびその装
置を提供することにある。本発明の更に他の目的は、試
料に段差がある場合においても高精度に焦点検出を可能
にした自動焦点検出方法およびその装置を提供すること
にある。本発明の目的は、試料の反射率むらやウェーハ
に形成された絶縁膜による表層ハ゜ターンのテ゛フォーカスを低減す
ることができる自動検出方法およびその装置を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、本発明による自動焦点検出方法は照明光を対物
レンズによって光軸に対して対称な斜め方向から試料上
の同一個所に集光して照射するステップと、試料上の同
一個所から反射され、対物レンズを透過して得られた反
射光を、照射方向別に分割するステップと、分割された
反射光による光像を光電変換素子に照射し、照射された
光の強度分布に応じた電気信号に変換するステップと、
光電変換素子上の光の強度分布の中心と光軸からの位置
ずれに基づいて試料の焦点ずれを検出するステップを有
している。

【０００８】本発明の好ましい方法では、分割された反
射光による複数光像の一方の光像を他方の光像に対して
鏡像反転させた後合成し、結像させて光電変換素子に照
射するステップを有している。更に、本発明の好ましい
方法では分割された反射光による複数光像を互いに異な
る光電変換素子に照射するステップを有している。本発
明による自動焦点検出装置は照明光を対物レンズによっ
て光軸に対して対称な斜め方向から試料上の同一個所に
集光して照射する照明光学系と、照明光学系で照射さ
れ、試料上の同一個所から反射され、対物レンズを透過
して得られる反射光を、光軸に対して対称な照射方向別
に分割して複数の光像を得る分割光学要素、分割光学要
素から射出された光像を受光して光の強度分布に応じた
信号に変換する光電変換素子を有する焦点検出光学系と
を備えている。

【０００９】この自動焦点検出装置において、光電変換
素子は分割光学要素で分割され、鏡像反転関係にある光
像を合成して受光して試料の焦点ずれを検出する。更
に、この自動焦点検出装置において、分割光学要素で分
割された各光像はそれぞれ別の光電変換素子で受光され
る。従って、この出力信号を演算することによって焦点
ずれを検出することができる。本発明の自動焦点検出装
置において、試料の焦点ずれを試料上の近接した複数の
点で求めることによって、試料の段差を検出することが
できる。

【００１０】本発明による検査装置は、試料に対して対
物レンズを通して落射照明する照明系と、照明系で照明
された試料からの反射光を前記対物レンズにより捕捉し
対物レンズで捕捉された反射光を分割する分割光学系
と、分割光学系で分割された試料上の像を結像させ、こ
の結像されたパターンの像を第１の光電変換素子で受光
して画像信号に変換して検出する像検出光学系と、分割
光学系によって分割された光を試料に照明した照明光の
光軸に対して対称な照射方向別に分割する分割光学要素
と、分割光学要素から射出された光像を受光して焦点検
出信号を出力する第２の光電変換素子とを有する焦点検
出光学系と、第２の光電変換素子の出力を演算する演算
回路とを備えている。この検査装置において、好ましく
は、照明系は、第１の波長を有する前記画像検出用照明
光を透過させる第１の照明路と、第２の波長を有する前
記焦点検出用照明光を透過させる第２の照明路と、画像
検出用の照明光と焦点検出用照明光を合成する手段とか
ら構成される。この照明系は画像検出に用いる紫外線照
明系と焦点検出に用いる可視光線照明系と、紫外線と可
視光線を合成する手段から構成することができる。この
検査装置の照明系は好ましくは焦点検出用の照明光をス
リット状の光束として前記試料に照明するための絞りを
有している。更に、前記対物レンズを実質的に無限遠補
正のレンズで構成し、分割光学要素として、対物レンズ
と合成光学系との間にナイフエッジ状のミラーを配置す
ると好適である。また本発明の検査装置において、好ま
しくは像検出用の照明光として、輪帯状の照明光を試料
に対して照射している。

【００１１】また本発明の照明系において、開口絞りを
前記対物レンズのフーリエ変換面と共役な位置に配置
し、この開口絞りを対物レンズの瞳径に応じて変化させ
ている。また、本発明の照明系に用いる照明光としては
インコヒーレント光を用いることができる。本発明にお
いては、照明系に焦点検出用の視野絞りを用い、試料上
に投影されたスリット状の長手方向の長さを、像検出光
学系で検出する視野の大きさとほぼ同じにすると好適で
ある。また、ＣＭＰウェーハの表層ハ゜ターンへの安定した
焦点合わせを実現するため、焦点検出系の試料と共役な
面に焦点検出光の一部を遮光する光学部品を配置する。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明による自動焦点検出方法及
び装置の第１の原理について図１を用いて説明する。本
発明の好ましい実施例においては、落射照明光学系を用
いた焦点検出方法であるが、説明の簡易化のため、透過
照明を用いて説明する。図１（ａ）は本発明による自動
焦点検出装置の原理を説明するための模式図であり、図
１（ｂ）は試料を通過した光りの強度分布を示す図であ
り、図１（ｃ）から図１（ｅ）は光検出部の出力電流を
示す特性図である。なお、図１（ｂ）において、横軸は
試料上の方向Ｘを示し、縦軸は光強度分布Ｔを示す。図
１（ｃ）から図１（ｅ）において、横軸は光電変換素子
上の位置Ｘ１を表わし、縦軸は光電変換素子上の光強度
分布を出力電流Ｉで表わす。

【００１３】図１（ａ）において、試料１の表面１ａは
高透過率部１ｂと低透過率部１ｃとに分けられている。
尚、図１（ａ）を落射照明光学系で考えると、高透過率
部１ｂ及び低透過率部１ｃは、それぞれ高反射率部１ｂ
と低反射率部１ｃとなる。開口絞り１４ａは、多数の仮
想の点光源から形成される二次光源としての輪帯状の照
明を形成するためのもので、一般にスリット状の開口を
有したものが使われている。この開口絞り１４ａは、種
類の異なる輪帯状の照明をすることができるように、こ
の開口絞り１４ａの開口部の寸法および形状を調整制御
できるように構成されている。また開口絞り１４ａとし
て、複数種類のものを用意して、これら開口絞り１４ａ
を切り替えるように構成しても良い。図１（ａ）におい
て、開口絞り１４ａの光軸７より図中左側を透過した光
２００は、レンズ１６ａを透過して、視野絞り１８ａを
透過する。ここで、視野絞り１８ａの中心は、光軸７と
一致しているものとする。視野絞り１８ａを透過した光
の強度は一様であるようにする。これらの光２００はレ
ンズ２０及び対物レンズ３０を介して、試料１を照明す
る。尚、試料１は図のＸ方向に移動するものとし、試料
表面１ａは、焦点検出光学系１１５ａの焦点位置にある
とする。この試料表面１ａを照明した光２００が高透過
率部１ｂと低透過率部１ｃにまたがっているが、この高
透過率部１ｂと低透過率部１ｃの境界部分が多少Ｘ方向
にずれた位置にある場合、試料１を透過した光の強度分
布Ｔは、図１（ｂ）に示すように試料表面１ａの透過率
に応じた分布となり、一様ではなくなる。

【００１４】試料１を透過した光２００は対物レンズ３
０ａに入射し、ナイフエッジ状のミラー８０ａで左側に
反射して分岐光路５００に導かれる。このナイフエッジ
状のミラー８０ａの位置は、分岐する方向の視野絞り１
８ａの開口部が比較的狭く、対物レンズ３０ａが無限遠
補正型であれば、対物レンズ３０ａから結像レンズ９０
の光路中において、ナイフエッジの頂点が光軸と一致す
るように配置させることにより、試料表面１ａを照明す
る方向に応じて２分岐することができる。従って、ナイ
フエッジ状のミラー８０ａは対物レンズ３０ａの瞳位置
に配置させる必要はない。ナイフエッジ状のミラー８０
ａを反射して分岐光路５００に導かれた光は、２枚のミ
ラー８３ａ、８３ｃで反射された後ナイフフエッジ状の
ミラー８０ｂで反射される。このミラー８０ｃで反射さ
れた光は、結像レンズ９０に入射して試料表面１ａの像
を光電変換素子１００の受光面１００ａに結像する。こ
の像の光強度分布はセンサ１００の出力電流に比例して
おり、図１（ｃ）に示す通り、試料表面１ａの透過率分
布に応じた分布特性３０６となり、非対称な分布とな
る。従って、この分布特性３０６より試料表面１ａの高
さを検出する場合、像の非対称な分布に起因した高さ検
出誤差が生じ、高さ検出精度が損なわれる。しかし、開
口絞り１４ａの光軸７より図中右側を透過した光２０１
は試料表面１ａを光線２００に対して光軸対称に照明さ
れ、これを透過した光は対物レンズ３０ａに入射してナ
イフエッジミラー８０ａで分岐光路６００に導かれる。
この反射光は光路中に配置された３枚のミラー８３ｂ、
８３ｄ、８３ｅで反射され、更に、ナイフフエッジ状の
ミラー８０ｂで反射される。この反射された光は、結像
レンズ９０に入射して試料表面１ａの像を光電変換素子
１００の受光面１００ａに結像する。この光線２０１で
形成された像はナイフエッジ状のミラー８０ａで分岐さ
れてから再びナイフエッジ状のミラー８０ｂで合流（合
成）するまでに、ミラー８３ｂ、８３ｄ、８３ｅで反射
されるため、反射される回数が、光線２００のミラー８
３ａ、８３ｃでの反射回数より１回多い。このため、光
線２０１で形成される像は光線２００で形成された像に
対して鏡像反転し、図１（ｄ）に示す分布特性３０７と
なる。即ち、光路５００のミラーの枚数と光路６００の
ミラーの枚数との差を奇数にすることによって、光線２
０１で形成された像を光線２００で形成された像に対し
て鏡像反転することが可能となる。したがって、ナイフ
エッジ状のミラー８０ｂと結像レンズ９０とによって鏡
像反転された光線２０１による像と光線２００による像
とが合成されることになる。

【００１５】この光線２００と光線２０１とで形成され
た合成像は図１（ｅ）に示すとおり対称な分布特性３０
８となり、像の非対称な分布に起因した高さ検出誤差が
防止できる。尚、この効果を生むためには、分岐光路５
００と分岐光路６００の各々に対応させて配置した平面
ミラー８３ａ、８３ｃの枚数と平面ミラー８３ｂ、８３
ｄ、８３ｅの枚数との差が奇数であれば良いことは前述
の通りである。さらに、図１（ａ）は試料表面１ａが光
学系の焦点位置に配置された図であるが、試料表面１ａ
がデフォーカスした場合は光線２００と光線２０１で形
成された図１（ｅ）に示す合成像、すなわち合成分布特
性３０８は、光電変換素子１００の結像位置上で同一の
方向Ｘ１に像が移動するため、結像位置に形成された合
成像分布特性３０８の中心位置７は試料表面１ａの高さ
に対して変化する、すなわち感度を持つため、これを検
出することができる。なお、試料表面１ａがデフォーカ
スした場合に、分布特性３０６、３０７が同一方向に移
動する光学系は落射照明である必要があるが、図１の原
理を説明するための模式図では説明を容易にするため透
過照明で示した。これを落差照明として示すと図２のよ
うになる。

【００１６】図２は落射照明を用いた焦点検出原理を説
明するための模式図である。図２に示す如く、照明光束
２００が瞳３１を有する対物レンズ３０に入射され、対
物レンズ３０で集光されて試料表面１ａを落射照明す
る。このときの入射角２５０と反射角２５１は同じ角度
θとなり、反射した光束２１０は光分割手段２２で反射
して光電変換素子１００の受光面上に結像する。ここ
で、対物レンズ３０の倍率をＭとすると、試料表面１ａ
がΔＺ下降した場合、受光面上に結像する光の位置は２
ΔＺＭｔａｎθ移動し、試料表面１ａの高さΔＺの関数
となる。この関係から、試料表面１ａがΔＺ下降する
と、光電変換素子１００で検出される図１（ｅ）に示す
合成像、すなわち合成分布特性３０８の中心が光軸７か
ら２ΔＺＭｔａｎθ移動することになる。従って、この
ずれ量ΔＳは、ΔＳ＝２ΔＺＭｔａｎθとなり、試料表
面１ａの高さの関数となる。従って、合成分布特性３０
８の中心を検出すれば、試料表面１ａの高さΔＺを検出
することができる。

【００１７】ところで、図１（ａ）に示す対物レンズ３
０からは、主として照明光２００と照明光２０１とが試
料１の表面１ａに対して照射される。この照明光２００
と照明光２０１は光軸の中心に対して対称な、斜め方向
から照明されるため、各々の照明光束による透過光をナ
イフエッジミラー８０ａで分岐し、分岐光路５００にお
けるミラー８３の枚数と分岐光路６００におけるミラー
８３の枚数との差を奇数にすることによって光線２０１
で形成された像を光線２００で形成された像に対して鏡
像反転することができる。従がって、ナイフエッジ状の
ミラー８０ｂと結像レンズ９０とによって鏡像反転され
た光線２０１による像と光線２００による像とを合成す
ると、その合成像は図１（ｅ）に示すように対称な分布
特性３０８となり、像の非対称な分布に起因した高さ検
出誤差を防止することができる。しかも、光軸７からの
合成分布特性３０８の中心のずれ量ΔＳ（＝２ΔＺＭｔ
ａｎθ）を検出することによって、試料表面１ａの高さ
ΔＺを算出し、この算出された試料表面１ａの高さΔＺ
を用いて後述するように焦点あわせを実現することが可
能となる。

【００１８】次に、本発明に係る焦点検出方法およびそ
の光学系を用いて試料に形成されているパターンの検査
等を行うための光学装置について、図３を用いて説明す
る。図３は本発明による焦点検出装置を用いた外観検査
装置の一実施例を示す構成図である。図において、試料
１はチャック２に真空吸着されており、このチャック２
は、試料１を回転させるためのθステージ３、試料１を
図に対して上下方向（Ｚ方向）に移動させるためのＺス
テージ４、試料１を図の紙面に対して垂直方向（Ｙ方
向）に移動させるためのＹステージ５、試料１を図の横
方向（Ｘ方向）に移動させるためのＸステージ６上に搭
載されている。試料１の上方に配置されている光学系１
１１は試料１の光学像を検出するために用いられ、この
検出された光学像によって、試料１に形成されているパ
ターンの外観検査を行う。光学系１１１は主に照明光学
系１１と試料１の像を撮像する像検出光学系４５及び焦
点検出光学系１１５ａで構成されている。

【００１９】照明光学系１１に配置された光源１０はイ
ンコヒーレント光源であり、例えばハロゲンランプであ
る。光源１０で発光した光は、レンズ１２（例えば、コ
ンデンサレンズ）を介してスリット状の開口を有する開
口絞り１４（多数の仮想の点光源から形成される二次光
源としての輪帯状の照明を形成するための絞り）の開口
部を透過し、レンズ１６（例えば、コリメータレンズ）
を介して視野絞り１８に到達する。この視野絞り１８
は、多数の仮想の点光源から形成される二次光源として
の輪帯状の照明を形成するための最終段の視野絞りで、
一般にスリット状の開口を有したものが使われている。
この視野絞り１８は、この視野絞り１８を通して種類の
異なる複数の輪帯状の照明をすることができるように、
開口絞り１４または視野絞り１８の寸法および形状を調
整制御できるように構成されている。また、開口絞り１
４または視野絞り１８として、複数種類のものを用意し
て、これら開口絞り１４または視野絞り１８を切り替え
るように構成しても良い。例えば、開口絞り１４または
視野絞り１８の一例として、液晶によって絞りを構成
し、この液晶に印加する信号を切り替えて絞りパターン
を自動的に切り替えることによって、像検出光学系４５
に適する照明光を焦点検出系１１５に適する照明光にす
ることも可能である。また、照明光学系１１を通常の照
明光源に切り替えることができるように構成しても良
い。視野絞り１８を透過した二次光源からの光は、レン
ズ２０（例えば、コリメータレンズ）及び光分割手段２
２を透過して、対物レンズ３０に入射し、対物レンズ３
０からは図１（ａ）に示すように光軸に対して対称な斜
め方向の光を試料１に対してほぼ垂直方向から照明す
る。尚、光分割手段２２としては、ハーフミラーや偏光
ビームスプリッター等がある。但し、偏光ビームスプリ
ッターを用いる場合には、偏光ビームスプリッターから
試料１の間に１／４波長板等を配置して、検出光量の激
減を防止する必要がある。この照明光学系１１および像
検出光学系４５については、特開平成８−１６２５１１
号公報に具体的に記載されている。

【００２０】即ち、この公開公報には、多数の仮想の点
光源１８から形成された輪帯状の拡散照明光を更に偏光
を加えて輪帯状の拡散照明光とし、これを対物レンズ３
０の瞳を通して試料（被検査対象物）１上のパターンに
対して集光して照射し、試料（被検査対象物）１上のパ
ターンから反射された０次回折光を含む１次または２次
の回折光を集光して対物レンズ３０の瞳を通して試料１
上のパターンの画像を得、この画像を光電変換素子４１
に入射してパターンの画像信号に変換している。試料１
を照明した光は、試料１上で反射、散乱、回折し、対物
レンズ３０の開口数（以下、ＮＡと言う）以内の光は再
び対物レンズ３０に入射し、光分割手段２２で反射さ
れ、試料１の像を撮像する像検出光学系４５及び焦点検
出光学系１１５ａに導かれる。光分割手段２２を反射し
た光は、他の光分割手段３５に入射し、ここを透過した
光は結像レンズ４０を介して光電変換素子４１上に試料
１上に形成されたパターンの像を結像させる。光分割手
段３５としては、例えばハーフミラー（Ｔ：Ｒ＝１：１
でなくてよい）やダイクロイックミラー或いは偏光ビー
ムスプリッター等を用いることができる。光電変換素子
４１としてはフォトダイオード、リニアセンサ、ＴＤＩ
センサ、或いはＴＶカメラ等を利用することができる。
また、光分割手段３５を反射した光は、焦点検出光学系
１１５ａに導かれ、ナイフエッジミラー８０ａで試料１
を照明する光の方向に応じて光を２光束に分岐する。分
岐された光路５００の光はミラー８３ａ、８３ｃで反射
されナイフエッジミラー８０ｂに入射される。光路６０
０の光はミラー８３ｂ、８３ｄ、８３ｅの３枚のミラー
で反射された後、ナイフエッジミラー８０ｂに入射さ
れ、光路５００の光と合流される。この合流された光束
は結像レンズ９０で合成されて光電変換素子１００に試
料１の像を結像する。尚、この結像した像は分岐された
光路の一方の像が他方の像に対して鏡像反転しており、
試料１が対物レンズ３０の焦点位置にある場合は対称な
分布特性となる。ここで、光電変換素子１００としては
リニアセンサ、ＴＤＩ、あるいは、フォトダイオード等
を利用することができる。視野絞り１８と試料１と像検
出光学系４５の光電変換素子４１及び焦点検出光学系の
光電変換素子１００は結像関係にあり、光学的に共役で
ある。

【００２１】焦点検出光学系１１５ａの光電変換素子１
００で検出した分布特性の信号は、ケーブル１６０によ
り焦点検出信号処理回路１２０に入力され、この焦点検
出信号処理回路１２０で試料１の高さと対物レンズ３０
の焦点位置のズレ量△Ｓを検出し、ＣＰＵ１４０に焦点
ズレ量△Ｓのデータを送る。この焦点ズレ量△Ｓに応じ
て、ＣＰＵ１４０からステージ制御部１５０にＺステー
ジ４を駆動させる指令を行い、所定パルスをステージ制
御部１５０からＺステージ４に送り、対物レンズの焦点
に合うように試料１をＺ方向に移動させる。すなわち、
自動焦点機能が働く。また、像検出光学系４５の光電変
換素子４１で撮像して検出した試料１上に形成された回
路パターンの明るさの相違に基づく濃淡値で示される光
学画像信号は、画像処理回路１３０に入力し、Ａ／Ｄ変
換が施され、更にシェーディング補正、暗レベル補正、
画像歪み補正等が施され、参照画像信号と位置合わせが
行われて参照画像信号と比較して例えば差画像（不一致
画像）としての欠陥候補を抽出して記憶し、この欠陥候
補の面積や重心または最大長さ等の特徴量に基づいて異
物も含め微細な欠陥の判定等を行う。なお、試料１のＸ
Ｙ方向の移動にはＸステージ６及びＹステージ５により
２次元的な移動を行う。また、θステージ３はＸＹステ
ージ６及び５の運動方向と試料１に形成されたパターン
のθ（回転）アライメントを行うときに用いる。

【００２２】次に、図４を用いて照明光学系を像検出光
学系４５と焦点検出光学系１１５ａに分離した場合の構
成を説明する。図４（ａ）は図３の外観検査装置に用い
る照明光学系の他の実施例を示す構成図であり、図４
（ｂ）は図４（ａ）の光学系を説明するための特性図で
ある。図４（ｂ）において横軸は光の波長λを表わ
し、、縦軸は透過率Ｔを表す。照明光学系を分離させる
のは、焦点検出用の照明光を作る視野絞り１８ａを、少
なくとも焦点検出方向には試料表面１ａの段差に影響を
受けない微小なスポットまたは図１３に示すように微小
な幅のスリットにする必要があり、かつ、焦点検出用の
照明光を作る開口絞り１４ａでは光軸に対して対称なリ
ング状の光束または図１２（ａ）、１２Ｂ、１２Ｃ、１
２Ｄに示すような２つの光束を作る必要があるからであ
る。照明光学系が輪帯照明の場合、開口絞り１４ａにお
いて光軸に対して対称なリング状の光束になるので、視
野絞り１４ａの円形開口を大きくできれば、像検出用と
焦点検出用との照明光を共用することが可能となる。し
かし、焦点検出用の照明光を作る視野絞り１８ａを、少
なくとも焦点検出方向において、試料表面１ａの段差に
影響を受けない微小なスポット、または図１３に示すよ
うに微小なスリットにするためには像検出用の照明光学
系と焦点検出用の照明光学系とを図４（ａ）に示すよう
に分離または並設した構成にする必要がある。即ち、光
源１０を発光した光は、レンズ１２を介してダイクロイ
ックミラー１３ａにより波長に応じて透過する光と反射
する光に分割される。透過した光は、像検出光学系４５
のための照明光（像検出用の照明光）となり、反射した
光は焦点検出光学系１１５ａのための照明光（焦点検出
用の照明光）となる。

【００２３】ここで、ダイクロイックミラー１３ａは、
図４（ｂ）に示すような透過特性３６を持っているた
め、波長ａ未満の波長の光を透過させ、波長ａ以上の光
を反射させることができる。また、使用するダイクロイ
ックミラーによって、透過する光の波長を変えることが
できる。図４（ａ）の光学系においては、例えば波長が
６００ｎｍ未満の光を透過させ、波長が６００ｎｍ以上
の光を反射させるようにしてもよい。また、光を分離す
るミラーは必ずしもダイクロイックミラー１３ａで構成
する必要はなく、例えば、これをハーフミラーで構成
し、各光路に特定の波長の光を透過するフィルタを備え
ても良いことは明らかである。ダイクロイックミラー１
３ａを反射した光は、焦点検出照明系１１ａの光軸７ａ
に沿って進み、リレーレンズ１７ａを介してミラー１９
ａで反射され、レンズ１７ｂを介して図１２（ａ）〜図
１２（ｄ）に示すような焦点検出用の開口絞り１４ａに
入射される。この開口絞り１４ａの開口部を透過した光
２００および２０１の各々は、レンズ１６ａによって集
光され、微小なスポット（微小な円形開口）または図１
３に示すような焦点検出方向に微小な幅のスリットを形
成した視野絞り１８ａに入射され、視野絞り１８ａの開
口部を透過した照明光は、リレーレンズ１７ｃ及びミラ
ー１９ｂ、リレーレンズ１７ｄを介して、ダイクロイッ
クミラー１３ｂで反射される。ミラー１３ｂでは照明光
学系１１と焦点検出照明系１１ａを通過してきた光がこ
こで再び合流される。

【００２４】ダイクロイックミラー１３ａを透過した像
検出光学系４５のための照明光（像検出用の照明光）
は、レンズ１５を通って開口絞り１４を通過する。この
開口絞り１４を通過した光はここで例えば輪帯状の照明
光に変換される。そして、この輪帯状の照明光はレンズ
１６によって集光されて視野絞り１８を通して所定のス
ポット径に変換され、例えば所定の径を持つ輪帯状の照
明光に変換されて二次光源として出射される。これら像
検出用および焦点検出用の照明光は、レンズ２０を介し
て、ハーフミラーや偏光ビームスプリッター等の光分割
手段２２を透過し、対物レンズ３０を介して試料１上を
視野絞り１８、１８ａで出射される光束で照明する。試
料１を反射、回折した光は、対物レンズ３０に再び入射
し、光分割手段２２で反射される。この反射した光の
内、ダイクロイックミラー３５で透過した像検出用の光
は、像検出光学系４５の光電変換素子４１上で試料１の
像を結像する。また、ダイクロイックミラー３５で反射
された焦点検出用の光は、焦点検出光学系１１５ａに導
かれる。

【００２５】次に、本発明に係る焦点検出方法およびそ
の光学系を用いて試料に形成されているパターンの検査
等を行うための検査装置について図５を用いて説明す
る。図５は本発明による焦点検出装置を用いた外観検査
装置の他の実施例を示す構成図である。図５に示す検査
装置は図３に示す検査装置と比べて焦点検出光学系１１
５が異なるが他の点は同じである。図において、試料１
を照明した光は、試料１上で反射、散乱、回折し、対物
レンズ３０の開口数ＮＡ以内の光は再び対物レンズ３０
に入射し、光分割手段２２で反射され、試料１の像を撮
像する像検出光学系４５及び焦点検出光学系１１５ｂに
導かれる。光分割手段２２を反射した光は、光分割手段
３５に入射し、透過した光は結像レンズ４０を介して光
電変換素子４１上に試料１の像を結像させる。ここで、
光分割手段３５は、例えばハーフミラー（Ｔ：Ｒ＝１：
１でなくてよい）やダイクロイックミラー或いは偏光ビ
ームスプリッター等で構成されている。また、光電変換
素子４１はフォトダイオード、リニアセンサ、ＴＤＩ、
またはＴＶカメラ等で構成される。

【００２６】光分割手段３５で反射された光は、焦点検
出光学系１１５ｂに導かれ、レンズ５０で対物レンズ３
０の瞳と共役な位置或いは共役に近い位置が形成され、
この位置にナイフエッジ状のミラー８０ａが配置され
る。このナイフエッジミラー８０ａは、試料１を照明す
る光の角度に応じて光を２つの光束に分割するものであ
り、結像レンズ８５及び９０を介してそれぞれ光電変換
素子１００及び１１０に試料１の像を結像する。ここ
で、光電変換素子１００、１１０としてはリニアセン
サ、ＴＤＩ、またはフォトダイオード等を使用すること
ができる。視野絞り１８と試料１と像検出光学系４５の
光電変換素子４１は結像関係にあると共に焦点検出光学
系の光電変換素子１００、１１０も結像関係にある。す
なわち光電変換素子４１、光電変換素子１００、１１０
は光学的に共役である。焦点検出光学系１１５ｂの光電
変換素子１００、１１０で検出した分布特性の信号は、
ケーブル１６０ａ、１６０ｂにより焦点検出信号処理回
路１２０に入力され、この焦点検出信号処理回路１２０
で試料１の高さと対物レンズ３０の焦点位置のズレ量を
検出し、ＣＰＵ１４０に焦点ズレ量のデータを送る。こ
の焦点ズレ量に応じて、ＣＰＵ１４０からステージ制御
部１５０にＺステージ４を駆動させる指令を行い、所定
パルスをステージ制御部１５０からＺステージ４に送
り、Ｚステージ４を移動させて、自動的に焦点を合わせ
る。また、像検出光学系４５の光電変換素子４１で検出
した試料１の光学像は、画像処理回路１３０に入力さ
れ、画像の記憶や欠陥部の判定等を行う。さらに、試料
１のＸＹ方向の移動にはＸステージ６及びＹステージ５
により２次元的な移動を行う。

【００２７】以下に、図５の検査装置に採用されている
焦点検出装置の原理にについて、図６を用いて説明す
る。尚、図５の焦点検出装置は落射照明光学系を用いて
いるが説明の簡易化のため、図６に示す光学系では透過
照明を用いている。図６（ａ）は図５の焦点検出装置の
原理を説明するための模式図であり、図６（ｂ）から図
６（ｇ）は図６（ａ）を説明するための特性図である。
図６（ａ）において、試料１の表面１ａは高透過率部１
ｂと低透過率部１ｃから構成されている。尚、図５の検
査装置は落射照明光学系用いているため、図６（ａ）の
高透過率部１ｂ及び低透過率部１ｃは、図５ではそれぞ
れ高反射率部１ｂと低反射率部１ｃとなる。

【００２８】開口絞り１４の光軸７より図中左側を透過
した光２００は、レンズ１６を透過して、二次光源の最
終段である輪帯状の照明光を形成する視野絞り１８を透
過する。ここで、二次光源である視野絞り１８の中心
は、光軸７と一致している。輪帯状の照明光の二次光源
である視野絞り１８を透過した光の強度は一様であるも
のとする。この光２００はレンズ２０及び対物レンズ３
０を介して、試料１を光軸に対して主として斜め方向か
ら照明する。尚、試料表面１ａは、焦点検出光学系１１
５ｂの焦点位置にあるものとする。この試料表面１ａを
照明した光２００が高透過率部１ｂと低透過率部１ｃに
またがっていると、透過した光の強度分布は試料表面１
ａの透過率に応じた分布となり、一様ではなくなる。試
料１ａを透過した光２００は対物レンズ３０ａに入射
し、ナイフエッジ状のミラー８０ａで光電変換素子１０
０側に反射され、結像レンズ８５を介して、光電変換素
子１００の受光面１００ａに試料表面１ａの像を結像す
る。このナイフエッジ状のミラー８０ａの位置は、分岐
する方向の視野絞り１８の開口部が比較的狭く、対物レ
ンズ３０ａが無限遠補正型であれば、対物レンズ３０ａ
から結像レンズ８５の光路中において、ナイフエッジの
頂点が光軸と一致するように配置させることにより、試
料表面１ａを照明する方向に応じて２分岐することがで
きる。従って、ナイフエッジ状のミラー８０ａは対物レ
ンズ３０ａの瞳位置に配置させる必要なない。光電変換
素子１００の受光面１００ａに結像した光の強度分布、
すなわち、センサの出力電流分布は、図６（ｂ）の特性
線３０６に示す通り、試料表面１ａの透過率分布に応じ
た分布となり、非対称になる。なお、図６（ａ）におい
て、視野絞り１８の矢印Ｘの方向は光電変換素子１００
ではＸ１の方向になり、焦点検出せセンサ１１０ではＸ
２の方向になることを示している。また、図６（ｂ）に
おいて、横軸は光電変換素子１００上の位置Ｘ１を表わ
し、縦軸は光電変換素子１００上の光強度分布に応じた
光電変換素子１００からの出力電流Ｉａを示す。

【００２９】同様に、開口絞り１４の光軸７より図中右
側を透過した光２０１は、対物レンズ３０を介して試料
表面１ａを照明する角度は、先に説明した光線２００に
対して、光軸対称である。この光２０１は、試料表面１
ａを透過し、対物レンズ３０ａに取り込まれ、ナイフエ
ッジミラー８０ａにより光電変換素子１１０側に反射さ
れ、結像レンズ９０を介して、光電変換素子１１０の受
光面１１０ａに試料表面１ａの像を結像する。光電変換
素子１１０の受光面１１０ａに結像した光の強度分布は
光電変換素子１１０の出力電流分布に対応しており、図
６（ｃ）の分布特性３０７になる。この特性３０７は試
料表面１ａの透過率分布に応じた分布となり、非対称に
なる。なお、図６（ｃ）において、横軸は光電変換素子
１１０上での位置Ｘ２を表わし、縦軸は光電変換素子１
１０上の光強度分布に応じた光電変換素子１１０からの
出力電流Ｉｂを表わす。光電変換素子１００で検出した
分布特性３０６と焦点検出センサ１１０で検出した分布
特性３０７とは、試料表面１ａが焦点検出光学系１１５
ｂの焦点位置にある場合、同じ分布である。このため、
図６（ｄ）に示すように、分布特性３０６と分布特性３
０７とを光軸７を基準として対称に和を求めた合成分布
特性３０８は光軸対称な波形となり、試料表面１ａの透
過率分布に依存した焦点検出誤差がなくなり、高精度な
焦点検出が行える。なお、図６（ｄ）において縦軸Ｉａ
ｂは電流Ｉａと電流Ｉｂを加算した電流である。

【００３０】図６（ａ）において、試料表面１ａがΔＺ
下降すると、図２に示す関係から、光電変換素子１００
と光電変換素子１１０とで検出した光強度分布に対応し
た分布特性３０６ａ、３０７ａは、それぞれ図６
（ｅ）、図６（ｆ）に示すように試料表面１ａの像が移
動する。なお、試料表面１ａがΔＺ下降すると、光強度
強度分布に対応した分布特性３０６ａ、３０７ａが移動
する光学系は落射照明である必要があるが、図６（ａ）
では説明を容易にするため透過照明で示した。それぞれ
の光電変換素子１００、１１０で検出した分布特性３０
６ａと分布特性３０７ａとを光軸７を基準として対称に
和をして求めた図６（ｇ）に示す合成分布特性３０８ａ
において、その中心は、光軸７から離れた位置（ずれた
位置）となる。このずれ量ΔＳは２ΔＺＭｔａｎθとな
り、試料表面１ａの高さの関数であり、合成分布特性３
０８ａの中心の光軸７からのずれ量ΔＳを検出すれば、
試料表面１ａの高さΔＺを検出することができる。すな
わち、光学系の物体側の焦点と物体のずれ量を検出する
ことができる。ここで、試料表面１ａが焦点検出光学系
の焦点位置にない場合は、２つの光センサである光電変
換素子１００、１１０で検出した分布特性を合成した分
布特性３０８ａの対称性は損なわれる。しかし、試料表
面１ａが焦点検出光学系１１５ｂの焦点位置にある場合
は、必ず対称な分布特性３０８ａとなり、試料表面１ａ
の透過率分布に依存した焦点検出誤差はない。

【００３１】また、図６（ａ）は理解を容易にするため
に、透過照明光学系で示したが、落射照明光学系でなけ
れば焦点検出感度がなくなるため、本発明の実施例では
図５に示すように落射照明にする必要がある。以上説明
したように、合成分布特性３０８ａは図６（ｇ）に示す
とおり対称な分布特性となり、像の非対称な分布に起因
した高さ検出誤差を防止することができ、しかも光軸７
からの合成分布特性３０８ａの中心のずれ量ΔＳ（＝２
ΔＺＭｔａｎθ）を検出することによって試料表面１ａ
の高さΔＺを算出し、この算出された試料表面１ａの高
さΔＺをＣＰＵ１４０を介してステージ制御部１５０に
送信し、Ｚステージ４を制御することによって焦点あわ
せを実現することができる。

【００３２】次に、図５の検査装置において、光電変換
素子として２分割フォトダイオードを用いた焦点検出装
置の実施例を図７を用いて説明する。図７（ａ）は焦点
検出光学系の一実施例を示す構成図であり、図７
（ｂ）、図７（ｃ）は図７（ａ）を説明するための特性
図である。図において、焦点検出光学系１１５ｂの光電
変換素子１００、１１０の各々は図７（ａ）に示すよう
に、焦点検出ダイオード１００は２分割フォトダイオー
ド１００ｂ、１００ｃから構成されており、その境界を
光軸７と一致させている。焦点検出ダイオード１１０は
２分割フォトダイオード１１０ｂ、１１０ｃから構成さ
れており、その境界を光軸７と一致させている。これに
より、焦点検出が可能となる。試料１の反射率が一様で
あり、試料１が焦点検出光学系１１５ｂの焦点位置にあ
る場合は、２分割フォトダイオード１００ｂ、１００ｃ
の受光量は等しくなる。一般的に焦点位置ｚを求めると
次に示す（２）式になる。この（２）式において焦点が
合っている場合、ｚの値は０になる。

【００３３】 ｚ＝（Ｉａ1−Ｉａ2）／（Ｉａ1＋Ｉａ2） （２） なお、（２）式において、Ｉａ１はフォトダイオード１
００ｂの出力電流であり、Ｉａ２はフォトダイオード１
１０ｃの出力電流である。

【００３４】（２）式において、分母が無いと明るさに
よって焦点位置ｚと試料１の段差△Ｚの函数が変わる
が、分母を入れることによって、これを防ぐことができ
る。しかし、試料１の反射率に起因して２分割フォトダ
イオード１００ｂ、１００ｃに結像した光の強度分布に
よる出力電流Ｉａが図７（ｂ）Ｂの分布特性３０３のよ
うに非対称になった場合、２分割フォトダイオード１０
０ｂ、１００ｃから検出される光量の関係は、Ｉａ1＞
Ｉａ2となる。なお、図７（ｂ）において、横軸はフォ
トダイオード１００のＸ１方向の位置を表わし、縦軸は
ダイオード１００の出力電流Ｉａを表わす。

【００３５】本実施例においては光分割手段８０ａがな
いと、上記（２）式における値が０にはならず、焦点検
出誤差が生じる。しかも、フォトダイオード１００、１
１０に結像した試料１の像の反射率が不規則に変わる
と、焦点検出誤差も不規則に変わる。これに対して、本
実施例に示す光分割手段８０ａを用いると、２つの２分
割フォトダイオード１００ｂ、１００ｃ、および２分割
フォトダイオード１１０ｂ、１１０ｃに結像した光の強
度分布による出力電流は図７（ｂ）、図７（ｃ）の分布
特性３０３、３０５に示すように、試料１の反射率に起
因して非対称になる。なお、図７（ｃ）において、横軸
はフォトダイオード１１０のＸ２方向の位置を表わし、
縦軸はダイオード１１０の出力電流Ｉｂを表わす。しか
し、一つの２分割フォトダイオード１００ｂ、１００ｃ
の受光量出力電流をＩａ1、Ｉａ2とし、他の一つの２分
割フォトダイオード１１０ｂ、１１０ｃの受光量出力電
流をＩｂ1、Ｉｂ2とすると、試料１が焦点検出光学系１
１５ｂの焦点位置にある場合は、試料１の反射率むらに
係わらず次に示す（３）式および（４）式の関係で、ｚ
の値は０となり、焦点検出誤差は生じない。

【００３６】 ｚ＝(Ｉａ1・Ｉｂ2−Ｉａ2・Ｉｂ1)／(Ｉａ1・Ｉｂ2＋Ｉａ2・Ｉｂ1) （３） ｚ＝(Ｉａ1＋Ｉｂ2−Ｉａ2−Ｉｂ1)／(Ｉａ1＋Ｉｂ2＋Ｉａ2＋Ｉｂ1) （４） また、上記（３）式および（４）式の演算結果は、２つ
のフォトダイオード１００および１１０の出力を用いて
いるためノイズが低減され、安定した自動焦点機能が可
能となる。また、焦点検出感度は、図１（ｃ）から図１
（ｅ）で示した値と同様になる。また、上記（２）式、
（３）式および（４）式を分数にした理由は、焦点検出
光量の正規化を行い、焦点検出リニアリテイを向上させ
るためである。

【００３７】次に、図８（ａ），図８（ｂ）を用いて段
差を持つ資料で焦点検出誤差が生じる理由について説明
する。図８（ａ）は光学系の構成図であり、図８（ｂ）
は光電変換素子上の画像を示す平面図である。図８
（ａ）、図８（ｂ）に示すように、試料１にはパターン
１ｄが形成されており、その膜厚がｄであると仮定した
時、焦点検出光学系１１５ａ、または１１５ｂの視野が
この段差部の境界上にある場合、、焦点検出位置はパタ
ーン部１ｄからパターンの下地部１ｅの高さの違いがど
こかを求める。このため、ステージ５を定速移動させな
がら、検出光学系の光電変換素子４１、例えばリニアイ
メージセンサで検出した画像はデフォーカスした画像と
なる可能性が高い。図８（ｂ）に、光電変換素子４１で
検出した画像４４を示す。例えば、焦点検出光学系１１
５ａ、または１１５ｂの視野中心とパターン段差部の境
界１ｆが一致している場合は、求める焦点検出位置はパ
ターン部１ｄとパターン下地部１ｅの高さの平均的な位
置である。このとき、膜厚ｄが対物レンズ３０の焦点深
度ＤＯＦよりも比較的厚い場合は、パターン部１ｄ及び
下地部１ｅの画像ともにデフォーカスした画像となり、
検出画像の画質を損ねる。

【００３８】このような場合、焦点検出光学系１１５
ａ、１１５ｂにより焦点検出視野の中で焦点検出を複数
点行い、選択的に試料１のうち検出したい領域の表面の
焦点検出結果を用いて焦点合わせを行えば、検出したい
領域の画像はフォーカスの合った画像が得られる。これ
について、図９（ａ）、図９（ｂ）を用いて説明する。
図９（ａ）は試料の平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の
Ａ−Ａ断面図である。図９（ａ）に示すように、試料１
にはパターン１ｄが膜厚ｄで形成されており、この試料
１は矢印７００の方向に移動される。像検出光学系４５
の視野及び焦点検出光学系１１５の視野８００は同じで
あるとする。試料１の全面において、パターン部１ｄを
検出したい場合は、焦点検出信号処理回路１２０におい
て、例えば図９（ｂ）に示すように焦点検出光学系１１
５の視野８００の長さＬを５分割し、それぞれの領域Ｚ
１〜Ｚ５で高さを求める。このうち、Ｚ１及びＺ２はパ
ターン下地部１ｅの高さを検出し、Ｚ３はパターン部１
ｄとパターン下地部１ｅの間の高さを検出し、Ｚ４及び
Ｚ５はパターン部１ｄの高さを検出する。このため、焦
点検出信号処理回路１２０は、Ｚ４或いはＺ５の高さ検
出結果を用いて、ＣＰＵ１４０を介してステージ制御部
１５０からのＺステージ４への制御により焦点合わせを
行うことにより、像検出光学系４５の光電変換素子４
１、例えばリニアイメージセンサからはフォーカスの合
ったパターン部１ｄ部の画像が得られる。また、パター
ン下地部１ｅの画像を検出したい場合には、焦点検出信
号処理回路１２０は、Ｚ１或いはＺ２の焦点検出結果を
用いて、ＣＰＵ１４０を介してステージ制御部１５０か
らのＺステージ４への制御により焦点合わせを行えばよ
い。ここで、焦点検出信号処理回路１２０において、Ｚ
４及びＺ５で求めた焦点検出結果がパターン部１ｄであ
るかどうかの判断は、ＣＰＵ１４０に予め入力されてい
る試料１についての設計情報から得られる試料上のパタ
ーン座標とＣＰＵ１４０がステージ制御部１５０から得
られるＸＹステージ５、６の位置座標とをＣＰＵ１４０
から得ることによりおおよその判断ができる。また、焦
点検出信号処理回路１２０において、ＣＰＵ１４０から
得られる試料の設計情報に基づく試料１の３次元的な構
造とＺ１〜Ｚ５までの焦点検出結果を比較することによ
り、焦点検出結果Ｚ１〜Ｚ５と求めた高さが試料１のど
の部分に該当するか認識することができる。

【００３９】焦点検出光学系１１５の視野８００の内、
例えば５点の高さを求める手段について図１０を用いて
説明する。

【００４０】図１０（ａ）は焦点検出系の構成図であ
り、図１０（ｂ）から図１０（ｄ）は光電変換素子上の
光強度を示す。

【００４１】図１０（ａ）において、ナイフエッジミラ
ー８０ａで２分割された焦点検出光は、共に１０分割さ
れたフォトダイオードアレイ１００および１１０に入射
される。図１０（ｂ）には、これらのフォトダイオード
アレイ１００および１１０をそれぞれ矢視Ａ及び矢視Ｂ
の方向から見て、フォトダイオードアレイ１００および
１１０に結像する試料１の光強度を濃淡で示す。また、
図１０（ｃ）には、それぞれのフォトダイオード１０
０、１１０で検出された受光量の出力電流を、Ｉα1〜
Ｉα10、並びにＩβ1〜Ｉβ10で示す。これらの内、Ｉ
α1〜Ｉα6およびＩβ1〜Ｉβ6は試料１の反射率むらに
起因して、対向するフォトダイオード、例えば、Ｉα1
とＩα2の分布特性が非対称になる。

【００４２】そこで、焦点検出信号処理回路１２０にお
いて、Ｉα1＋Ｉβ2をＩγ1に代入し、Ｉα2＋Ｉβ1を
Ｉγ2に代入するという処理をそれぞれの領域で行う。
これにより、焦点検出信号処理回路１２０から得られる
第一の焦点検出結果として、図１０（ｄ）に示すＩα1
とＩα2との光強度を比較して求めると、反射率むらに
起因した波形の非対称は防止でき、焦点検出誤差がなく
なる。焦点検出信号処理回路１２０において、これらの
処理をＩα3〜Ｉα10，Ｉβ3〜Ｉβ10について行えば、
残り４点の焦点を検出できる。即ち、Ｉα3＋Ｉβ4をＩ
γ3に代入し、Ｉα4＋Ｉβ3をＩγ4に代入し、Ｉα5＋
Ｉβ6をＩγ5に代入し、Ｉα6＋Ｉβ5をＩγ6に代入
し、Ｉα7＋Ｉβ8をＩγ7に代入し、Ｉα8＋Ｉβ7をＩ
γ8に代入し、Ｉα9＋Ｉβ10をＩγ9に代入し、Ｉα10
＋Ｉβ9をＩγ10に代入する処理をそれぞれの領域で行
う。尚、この複数点の高さ検出を行うためには、焦点検
出光学系１１５の光電変換素子１００及び１１０とし
て、２次元的に配列されたフォトダイオードアレイ、或
いはＴＶカメラ等でも可能である。

【００４３】本実施例によれば、段差付き試料の自動焦
点合わせについて、焦点検出視野の中で複数点の焦点を
求め、選択的に試料の検出したい領域の焦点検出結果を
用いて焦点合わせを行うことにより、検出したい試料像
についてフォーカスの合った画像が安定して検出できる
効果を奏する。

【００４４】次に、試料１の像検出光学系４５と焦点検
出光学系１１５の照明光学系を分離した構成を図１１を
用いて説明する。

【００４５】図１１は図５の外観検査装置の照明光学系
及び検出系の他の実施例を示す構成図である。

【００４６】図１１の焦点検出光学系１１５ｂ、画像検
出光学系４５はそれぞれ図５に示す焦点検出光学系１１
５ｂ、画像検出光学系４５と同じである。図５において
は照明光学系１１は単一の光路しか持っていないが、図
１１の光学系１１，１１ａは図４（ａ）に示すように像
検出用の照明光学系１１には波長が短い光を用い、焦点
検出用の照明光学系１１ａには波長の長い光を用いてい
る。したがって、照明光学系１１のダイクロイックミラ
ー１３の透過率Ｔは図４（ｂ）に示す特性を持ってい
る。

【００４７】次に、図４（ａ）および図１１に示す焦点
検出用照明光学系系１１ａに用いられる開口絞り１４ａ
について図１２を用いて説明する。

【００４８】図１２（ａ）から図１２（ｄ）は開口絞り
の平面図である。開口絞り１４ａとしては図１２（ａ）
に示すように円形状の開口部１４ｄを有する開口絞り１
１４ａが一般的である。しかし、焦点検出用の照明光は
試料１上において入射角が大きいほど焦点検出感度が向
上する。このため、図１２（ｂ）に示すように、試料上
において入射角が小さい光となる開口絞りの光軸付近を
遮光し、光軸から離れた位置に開口部１４ｅ並びに１４
ｆを設け、図１２（ａ）に示した開口絞り１１４ａより
も光学的感度が高い開口絞り１１４ｂを用いることがあ
る。尚、この場合、この照明光学系１１ａはケーラー照
明であることを仮定している。また、焦点検出光量を多
くするため、図１２（ｃ）に示す様に開口部１４ｇ、１
４ｈを対物レンズ３０の瞳と共役な形状とし、焦点検出
感度の低い光軸付近を遮光した開口絞り１１４ｃも有効
に利用できる。数種類の対物レンズ３０を使う場合は、
瞳径が異なるため、瞳径の大きな対物レンズ３０に合わ
せて開口部１４ｇ、１４ｈの寸法を決めることによって
対物レンズ３０の交換の度に開口しぼり１４ａを交換す
る必要がなくなる。しかし、対物レンズ３０の瞳径より
大きな開口を有する開口絞り１４ａを配置すると、光電
変換素子１００、１１０上に到達する迷光も多くなるた
め、図１２（ｄ）に示すように開口絞り１１４ｃの開口
部１４ｇ，１４ｈとは異なる径の開口部１４ｉ、１４ｊ
を有する開口絞り１１４ｄを備えておき、対物レンズ３
０の交換と共に開口絞り１４ａを交換することが望まし
い。以上述べた開口絞り１１４ｂ〜１１４ｄにおいては
開口部１４ｅ〜１４ｊが対向する方向が試料１上に照明
される方向であり、開口部１４ｅ、１４ｇ、１４ｉを透
過した光は焦点検出光学系１１５の光電変換素子１００
に導かれ、開口部１４ｆ、１４ｈ、１４ｊを透過した光
は焦点検出光学系１１５の光電変換素子１１０に導かれ
る。

【００４９】次に、図４（ａ）および図１１に使用され
ている視野絞り１８ａについて図１３を用いて説明す
る。

【００５０】図１３（ａ），図１３（ｂ）は視野絞りの
平面図である。視野絞り１８ａとしては、例えば、図１
３（ａ）に示すように焦点検出方向に微小な幅を有する
スリット状１８ｂを有する視野絞り１１８ａがある。こ
のスリット１８ｂの短手方向が焦点検出方向である。ス
リット状１８ｂの長手方向は、必ずしも焦点検出方向に
直角である必要はなく、スリット状１８ｂの長手方向
は、焦点検出方向に交差する方向であれば良く、この交
差する角度が４５°以上あればよい。また、図１３
（ｂ）に示すようにスリット状の開口部１８ｃを複数形
成した視野絞り１１８ｂとしてもよい。この視野絞り１
１８ｂを用いた場合、それぞれのスリットの中心を２個
の光電変換素子を用いて求めることにより、焦点検出誤
差を低減させることができる。尚、この図１３（ｂ）に
示した視野絞り１１８ｂを用いる場合はＴＶカメラ等の
２次元センサを使う必要がある。

【００５１】図１４は本発明による照明光学系及び検出
系の構成図であり、この図を用いて本発明による焦点検
出照明系１１ａおよび焦点検出光学系１１５ｃの更に他
の実施例について説明する。この実施例においては焦点
検出光学系１１５ｃの光分割手段として、ダイクロイッ
クミラー３７を用いている。照明光路に配置したダイク
ロイックミラー１３ａで反射した光は、焦点検出照明系
１１ａに進み、開口絞り１４ａに到達する。この開口絞
り１４ａには、試料１を照明する光の方向に応じて２つ
の分光透過率を有する膜を持っている。ここで、短波長
側透過膜１４ｂは焦点検出照明系１１ａに導かれた光の
波長幅の内、短波長側の半分を透過する膜であり、長波
長側透過膜１４ｃは焦点検出照明系１１ａに導かれた光
の波長幅の内、長波長側の半分を透過する膜である。こ
れら２種類の長短波長透過膜の形状は、図１２（ｂ）〜
図１２（ｄ）に示した開口部１４ｅ、１４ｇ、１４ｉに
短波長側透過膜１４ｂを設け、開口部１４ｆ、１４ｇ、
１４ｊに長波長側透過膜１４ｃを設ける。この開口絞り
１４ａを透過した短波長の光２００ａと長波長の光２０
１ａとは視野絞り１８ａを透過し、ミラー１９ｂ及びレ
ンズ１７ｄを介してダイクロイックミラー１３ｂで反射
され、照明光学系１１から得られる像検出用の照明光と
合流された後対物レンズ３０で集光されて試料１に対し
て照射される。試料１からの反射光は対物レンズ３０に
入射し、光分割手段２２で反射される。

【００５２】この反射された光の内、焦点検出照明系１
１ａに照射された波長の光はダイクロイックミラー３６
で反射され、照明光学系１１で照射された波長の光はダ
イクロイックミラー３６を透過する。ここで、ダイクロ
イックミラー３６は、照明光学系１１のダイクロイック
ミラー１３ａと同じ分光透過率特性を持つ必要がある。
焦点検出光学系１１５ｃに入射した光は、焦点検出光学
系１１５のダイクロイックミラー３７で、短波長側の半
分を透過させて光電変換素子１００上に試料１の像を結
像させる。また、ダイクロイックミラー３７で、長波長
側の半分を反射させて光電変換素子１１０上に試料１の
像を結像させる。この実施例においては、試料１上に高
反射率の部分と低反射率の部分とが存在しても、対物レ
ンズ３０から光軸に対して斜め方向から試料１に照射さ
れる短波長の照明光２００ａが光電変換素子１００によ
って受光される。このため、光電変換素子１００に照射
される光強度分布に応じて図６（ｂ）に示すような電流
の分布特性３０６が検出される。また、対物レンズ３０
から光軸に対して照明光２００ａと対称な斜め方向から
照射される長波長の照明光２０１ａが光電変換素子１１
０によって受光される。従がって、図６（ｃ）に示すよ
うな電流の分布特性３０７が検出される。このように各
光電変換素子１００、１１０に結像された光強度分布に
よる電流の分布特性３０６、３０７は各々試料表面の反
射率分布に応じて非対称となる。しかし、光電変換素子
１００で検出した電流の分布特性３０６と、光電変換素
子１１０で検出した電流の分布特性３０７は、試料表面
１ａが焦点検出光学系１１５ｃの焦点位置にある場合に
は、同じ分布になる。このため、焦点検出信号処理回路
１２０で図６（ｄ）に示す電流の分布特性３０８を得る
ことができる。この分布特性３０８は分布特性３０６と
分布特性３０７とを光軸７を基準にして対称に和を求め
ることによって得られる。従がって、分布特性３０８は
光軸に対して対称な波形となり、試料表面１ａの反射率
分布に依存した焦点検出誤差がなくなり、高精度の焦点
検出を行うことができる。

【００５３】また、焦点検出光学系１１５ｃにおいて、
ダイクロイックミラー３７と光電変換素子１００または
光電変換素子１１０の間に像を１８０度回転させる光学
系を設け、さらにこれらの像を合成する光学系を設けて
合成像を光電変換素子１００に結像させることによっ
て、センサ１００から図６（ｄ）の分布特性３０８を得
ることができる。

【００５４】上述の説明においては照明光学系１１の光
源としては単一の光源を用いていたが、以下に図１５を
用いて複数の光源を用いた照明光学系について説明す
る。

【００５５】図１５は照明光学系及び検出系の構成図で
ある。

【００５６】図において、主な照明光学系は紫外線照明
系１１ｂおよび可視光照明系１１ｃによって構成され、
検出系としては、紫外線検出系４５ｂ、可視光検出系４
５ｃ、焦点検出系１１５等で構成される。紫外線照明系
１１ｂを設けることによって、照明光の波長が短い紫外
線（紫外光）を試料１に対して照射することができるた
め、試料１上に形成されたパターンが０．４μｍ以下
（０．４μｍ、０．２μｍ、０．１μｍ）に微細化され
た場合でも、この微細されたパターンの像の解像度（分
解能）を増大させて像検出光学系４５によって検出する
ことができる。

【００５７】紫外線照明系１１ｂには、紫外線を発光す
る光源１０ｂ（例えば、Ｈｇ−Ｘｅランプ）が設けら
れ、この光源１０ｂから射出された光はレンズ１２ａ、
開口絞り１４ｂ、レンズ１６ｂ、視野絞り１８ｂ、レン
ズ２０ａ及びダイクロイックミラー４００を透過する。
更にこの照明光は偏光ビームスプリッター２２を透過
し、１／４波長板４０１を透過して円偏光成分となる。
この円偏光成分の光は、対物レンズ３０を介して、試料
１をケーラー照明し、反射・回折した光は再び対物レン
ズ３０に入射し、１／４波長板４０１を透過して偏光ビ
ームスプリッター２２で反射される。この紫外光は、ダ
イクロイックミラー３６・３９を透過して、紫外線検出
系４５ｂの結像レンズ４０ｂに入射されて、紫外光によ
る試料１上のパターンの像を結像させる。この像をズー
ムレンズ４３ｂでセンサ４１ｂ上に拡大投影する。この
ように紫外線を光源として使用すると、紫外線の回折角
は小さいため、試料１上に形成された回路パターンが例
えば半導体ウエハのように０．４μｍ以下に微細され場
合でも、センサ４１ｂによって、パターンの像を高解像
度（高分解能）で撮像することが可能となる。

【００５８】また、可視光照明系１１ｃでは可視光線の
光源１０ｃが設けられ、この光源１０ｃを射出した可視
光はレンズ１２ｂ、開口絞り１４ｃ、レンズ１６ｃ、視
野絞り１８ｃレンズ２０ｂを通してダイクロイックミラ
ー４００に入射され、ここで反射されて、偏向ビームス
プリッター２２、１／４波長板４０１、対物レンズ３０
を通して試料１をケーラー照明する。試料１を反射・回
折した光は再び対物レンズ３０に入射し、１／４波長板
４０１を透過して偏光ビームスプリッター２２で反射さ
れる。この可視光の一部は、ダイクロイックミラー３６
で反射されて、焦点検出光学系１１５に導かれ、光電変
換素子１００、１１０に結像して焦点検出が行なわれ
る。また、ダイクロイックミラー３６を透過し、ダイク
ロイックミラー３９で反射された可視光は、可視光検出
系４５ｃの結像レンズ４０ｃに入射して試料１上に形成
された可視光によるパターンの像を結像させる。そし
て、この像をズームレンズ４３ｃでセンサ４１ｃ上に拡
大投影する。

【００５９】このようにズームレンズ４３ｃを用いてセ
ンサ４１ｃ上に拡大投影するのは、試料１上に形成され
たパターンの像の微細化に対応できるようにセンサ４１
ｃ上における画素サイズを試料上における画素サイズに
換算して微細化（０．２μｍ×０．２μｍ以下）を実現
するためである。なお、可視光照明系１１ｃとして、図
３および図５に示すように像検出用の可視光による照明
光と焦点検出用の可視光による照明光とを共用して出射
させるように構成した場合について示したが、図４
（ａ）および図１１に示すように、像検出用の可視光に
よる照明光を出射する照明系と、焦点検出用の可視光に
よる照明光を出射する照明系とを並設してもよいことは
明らかである。これによって、視野絞り１８および開口
絞り１４の絞りの条件を、焦点検出用と像検出用との各
々に適するように設定することが可能となる。

【００６０】図１５に示す実施例では紫外線及び可視光
を用いて試料１の像を検出しているため、試料１上に形
成されたパターンの微細化に対応した像検出及び焦点検
出が可能となる。また、焦点検出系１１５は、紫外線用
及び可視光用の２つを設ける構成も考えられる。

【００６１】本実施例によれば、微細なパターンが形成
されると共に微妙に反射率について変化のある半導体ウ
エハ等の試料の表面を自動焦点合わせをして微細パター
ンについての微細な異物を含めた微細な欠陥を高解像度
で検査できる効果を奏する。

【００６２】半導体ウエハ等の試料１では、ウエハ表面
１aに薄膜が形成されている場合がある。従来の技術で
説明した光学系では、光の薄膜干渉に起因した焦点検出
誤差が生じる。この焦点検出誤差について、図１６を用
いて説明する。

【００６３】図１６は試料上の薄膜による検出誤差を説
明するための模式図である。

【００６４】照明光３００が、光軸２０２に沿ってウエ
ハ１を照明した場合、ウエハ１上に薄膜が形成されてい
ると、この薄膜の屈折率に応じてウエハ表面１aで反射
する光と、透過する光に分割される。ウエハ表面１aを
透過する光は、ウエハ１で反射されて再び薄膜を透過す
る光と、ウエハ表面１ａで反射され更にウエハ１で反射
された後、再び薄膜を透過する光と、更に、ウエハ１と
ウエハ表面１ａの間で反射される光とに分割される。こ
のように、光の中には、薄膜内で反射しながら振幅を分
割しながら、薄膜を透過する光が生じる。これらの光
は、焦点検出系に導かれるが、薄膜内を往復した回数に
より光軸２１０、２１０a、２１０bが異なるため、検出
した光の重心が変化し、焦点検出誤差が生じる。

【００６５】以下に、この焦点検出誤差を防止できる高
精度な焦点検出方法について説明する。

【００６６】図１７（ａ）は絶縁膜による焦点検出誤差
を説明するための模式図、図１７（ｂ）は検出誤差を示
す光強度分布波形図である。図１７（ｂ）において、横
軸は光電変換素子の横方向の位置Ｐを縦軸は光強度Ｌを
示す。

【００６７】図１７(a)に示すように、ＣＭＰ処理され
たウェハ１の一面に絶縁膜1ｇが膜付けられる。この絶
縁膜１ｇの上にパターンを形成した後、欠陥検査が行こ
なわれる。しかし、絶縁膜が二酸化シリコン（SiO2）で
ある場合は、可視光においてほぼ透明であるため、照明
された光は二酸化シリコンを透過する。焦点検出用照明
光３００をウェハ１の斜方より照明した場合、照明光３
００は絶縁膜1ｇ上で反射する光３１１aと絶縁膜を透過
した光３１２aとなる。ここで、絶縁膜1ｇ内を多重反射
した光は省略した。この絶縁膜1ｇの表面１ａで反射し
た光３１１aと絶縁膜1ｇ内を透過した光３１２aは光束
がシフトするため、焦点検出用の光電変換素子１００で
検出された光像３０９は絶縁膜１ｇの表面を反射した光
３１１ａによる光像３１１と、これとは重心が異なる絶
縁膜１ｇを透過した光３１２ａによる光像３１２の和に
なる。このため、図１７（ｂ）に示す通り、焦点検出光
の像３０９から焦点位置を求めると、本来の像中心３０
３に対して検出像の重心６８０がずれることになり焦点
検出誤差ΔＳ１が生じる。（ここでは、説明の簡易化の
ため光学部品を省略した。）この焦点検出誤差ΔＳ１
は、絶縁膜１ｇの下面の方向に生じる。このため、絶縁
膜上面の表層パターンはデフォーカスし、試料１の光学
解像度が低下する。また、絶縁膜の表層にパターンが形
成された場合、このパターン密度に応じて表層の反射率
が異なるため、焦点検出位置は表層パターンの密度に応
じて異なる。このため、ウェハ全面を安定して焦点合せ
するためには、表層パターンを検出することが望まし
い。さらに、焦点検出位置が異なる要因として、絶縁膜
１ｇの膜中に形成されたパターン密度や絶縁膜の膜厚・
屈折率・吸収係数むら等がある。これらの高さ検出位置
のずれにより、安定して表層パターンに焦点を合わせる
ことが不可能となる。この絶縁膜によるデフォーカスを
低減する方法について図１８に示す。

【００６８】図１８（ａ）は本発明による自動焦点検出
装置に使われる照明光学系の視野絞りの実施例をしめす
平面図、図１８（ｂ）は図１８（ａ）の視野絞りを通し
て２分割光電変換素子に照射された光像を示す平面図、
図１８（ｃ）は図１８（ｂ）のＡ−Ａ部の光強度分布波
形図、図１８（ｄ）は図１８（ｂ）のＢ−Ｂ部の光強度
分布波形図である。図１８（ｃ）、（ｄ）において、横
軸は光電変換素子の横方向の位置Ｐを、縦軸は光強度Ｌ
を示す。

【００６９】図１８（ａ）に示す通り、斜方より照明す
るスリット１８８の開口部１８８aの形状を段付きスリ
ットにし、ウェハ１で反射した光を２分割光電変換素
子、（例えば２分割フォトダイオード）１００で検出す
る。これを図１８（ｂ）に図示する。この対向する２分
割光電変換素子１００の一方の光電変換素子ａ１と他方
の光電変換素子ａ２の境界を段付きスリット１８８の境
界７０２と一致させるようにし、スリット像を検出す
る。この２分割光電変換素子１００の受光面にはスリッ
ト像３０９の幅Ｗａの例えば半分W/2を遮光膜などで遮
光する。この遮光する方向は絶縁膜を透過した光軸３１
２ａがシフトする方向である。これを行うには２分割光
電変換素子１００のカバーガラスに遮光膜５５０を設け
るか、遮光部以外の領域を受光面とする等で達成でき
る。図１８（ｃ）のＡ−Ａ部の光強度分布波形の絶縁膜
下面反射光３１２ｂと図１８（ｄ）のＢ−Ｂ部の光強度
分布波形の絶縁膜下面反射光３１２ｃは同じ光量とな
る。従がって、この光学系では、絶縁膜1ｇの表層に焦
点が合った場合、２分割光電変換素子１００の一方の素
子a1と、他方の素子a2に検出される絶縁膜下面の反射光
３１２ｂ，３１２ｃは同等となり、焦点検出を２分割光
電変換素子a1，a2の光量比較で検出する場合は、絶縁膜
下面の焦点検出光３１２による表層パターン検出誤差が
相殺される。尚、段付きスリット１８８の長さは、同じ
にする必要がある。しかし、図１８（ａ）に示す段付き
スリット１８８では、段を境界とした片方の表層パター
ン密度が高く、他方が低い場合は絶縁膜下面反射光３１
２ａの光量が表層パターン密度の低い方に多くなるた
め、高さ検出誤差が生じる。これを低減するため、図１
９（ａ）に示すように段付きスリット１８８ａを長手方
向に互い違いに配置する。

【００７０】図１９（ａ）は本発明による自動焦点検出
装置に使われる照明光学系の視野絞りの実施例を示す平
面図、図１９（ｂ）は図１９（ａ）の視野絞りを通して
２分割光電変換素子に照射された光像を示す平面図、図
１９（ｃ）は図１９（ｂ）のＣ−Ｃ部の光強度分布波形
図、図１９（ｄ）は図１９（ｂ）のＤ−Ｄ部の光強度分
布波形図である。図１９（ｃ）、（ｄ）において、横軸
は光電変換素子の横方向の位置Ｐを、縦軸は光強度Ｌを
示す。

【００７１】段付きスリット１８８ａを設けると共に焦
点検出用のセンサ１００においてもスリット像の幅半分
を遮光する膜５５０を設ける。

【００７２】このようにすると、図１９（ｃ）のＣ−Ｃ
部の光強度分布波形の絶縁膜下面反射光３１２ｄと図１
９（ｄ）のＢ−Ｂ部の光強度分布波形の絶縁膜下面反射
光３１２ｅは同じ光量となる。従がって、この光学系で
は、絶縁膜1ｇの表層に焦点が合った場合、２分割光電
変換素子１００の一方の素子a1と、他方の素子a2に検出
される絶縁膜下面の反射光３１２ｂ，３１２ｃは同等と
なり、焦点検出を２分割光電変換素子a1，a2の光量比較
で検出する場合は、絶縁膜下面の焦点検出光３１２によ
る表層パターン検出誤差が相殺される。

【００７３】これによりスリット長手方向のパターン密
度の違いによる焦点検出誤差を低減できる。このスリッ
ト光は図１（ａ）や図６（ａ）に示した２方向照明によ
り、焦点検出精度のさらなる向上が図れる。また、遮光
幅はスリット像の幅Ｗａの半分にする必要はなく、スリ
ット像の光強度分布に応じて遮光幅を決めればよい。さ
らに、焦点検出系１１５ｂの光電変換素子１００はＣＣ
Ｄイメージセンサなどでも実施できる。

【００７４】以上の絶縁膜に起因した焦点検出誤差を低
減する光学系の実施例を図２０に示す。

【００７５】図２０は本発明による外観検査装置の照明
光学系及び焦点検出系の実施例を示す模式図である。

【００７６】光学系の基本構成は図１１と同様であるた
め、重複する光学部品については説明を省略する。焦点
検出系１１５ｂの光電変換素子１００の受光面近傍に絶
縁膜1ｇの透過光がシフトする方向に遮光膜５５０を設
ける。同様に、ナイフエッジミラー８０で他方に反射し
た焦点検出光を受光する光電変換素子１１０にも遮光膜
５５１を設ける。なお、視野絞り１８ａに変えて視野絞
り１８８ａが設けられる。この構成により、絶縁膜１ｇ
と表層パターンの反射率むらに起因した誤差を低減した
焦点検出系を実現することができる。

【００７７】図２１は試料の高さと焦点検出信号の関係
を示す特性図であり、図において、横軸は試料の高さ
Ｈ、縦軸に焦点検出信号Ｉｆを示す。

【００７８】図２１において、図１９（ａ）に示した互
い違いの段付きスリット１８８ａを通した照明光を投影
した場合の試料高さＨと焦点検出信号Ｉｆの関係を示
す。焦点検出用光電変換素子１００,１１０で検出した
スリット像３０９は試料１の高さＨに対応してシフトす
る。試料１を下方より上昇させると、焦点位置ではフォ
トダイオード１００，１１０の遮光部５５０，５５１に
スリット像３０９が入射し、焦点検出信号は０が出力さ
れるものとする。この焦点検出信号が０となる試料高さ
の範囲８００Ａは試料１が合焦点位置より下方にある場
合である。さらに、試料１を上昇させると、合焦点位置
を過ぎてから焦点検出信号８００は高くなる。

【００７９】尚、合焦位置における焦点検出信号は、試
料１が下にデフォーカスした場合の焦点検出信号８００
と同じ０となるため、高精度焦点検出ができなくなる。
そこで、合焦位置における焦点検出信号８００を例えば
マイナス側にオフセットさせることにより、焦点検出信
号８１０を得る。このようにすると、焦点検出信号８１
０は合焦位置において高さに対して信号が変化するた
め、焦点検出信号８１０は高くなる。しかし、試料高さ
Ｈに対して検出信号の感度がない領域８００Ａでは、試
料高さが不明である。これを補正するため、図２２
（ａ）に示すように、投影するスリットを直線スリット
１８８ｃと互い違い段付きスリット１８８ｂの２系統に
する(２系統以上でもよい)。

【００８０】図２２（ａ）は本発明の自動焦点検出装置
に用いる直線スリット及び段付きスリットの平面図、図
２２（ｂ）は図２２（ａ）のスリットを用いた時の焦点
検出信号の特性図、図２２（ｃ）、（ｄ）は光電変換素
子に照射された光像の平面図である。図２２（ｂ）にお
いて、横軸は試料の高さＨを、縦軸は焦点検出信号Ｉｇ
を示す。

【００８１】２系統のスリット像のそれぞれに４分割の
光電変換素子a1,a1,c1,c2を設ける。、それぞれのスリ
ット像を用いて図２２（ｂ）に示す焦点検出信号８０
１，８１０を出力する。

【００８２】図２２（ｃ）は合焦位置における直線スリ
ット像４０９、段付きスリット像４１１とフォトダイオ
ードアレイa1,a1,c1,c2及び遮光部５５０の位置関係を
示す。試料１が合焦位置よりも上方にデフォーカスした
場合は、矢印Ｆの方向にスリット像４０９，４１１がシ
フトする。尚、試料１が合焦位置よりも上方にデフォー
カスした場合の直線スリット像４０９ａ、段付きスリッ
ト像４１１ａとフォトダイオードアレイa1,a1,c1,c2及
び遮光部１０１の位置関係をそれぞれ図２２（ｄ）に示
す。図２２（ｃ）に示すｌ合焦位置において、直線スリ
ット像４０９は絶縁膜下面反射光が光電変換素子２に多
く入射するため、焦点検出信号は０にはならず、マイナ
ス側に誤差が生じる。この誤差量は、先に説明した通
り、絶縁膜１ｇの膜厚や表層パターン密度等に応じて変
化する。これに対し、段付きスリット像４１１が入射す
る光電変換素子a1,a2の出力を用いた焦点検出信号は光
電変換素子a2に対して光電変換素子a1に入射する光量が
多くなるが、焦点検出回路でオフセットを設定すること
により、焦点検出信号を０に設定することが可能とな
る。尚、図２２（ｃ）では光電変換素子a1,a2に入射す
る絶縁膜下面反射光のバランスが崩れるため絶縁膜１ｇ
による焦点検出誤差が多少生じるが、実用上問題とはな
らない程度の誤差である。これにより、粗焦点検出は信
号８１０で行い、厳密な焦点検出は信号８００で行うこ
とが可能となり、絶縁膜１ｇによる焦点検出誤差を低減
できる。尚、本実施例では光電変換素子として、フォト
ダイオード、ＣＣＤイメージセンサを用いて光学像を検
出し、この画像を用いて焦点検出してもよい。また、本
発明においては、段付きスリットとしてスリット状の開
口を２列に配列させたスリットの集合体を用いてもよ
い。

【００８３】以上本発明の実施例を用いて述べたよう
に、本発明においては、試料１の表面状態や構造による
焦点検出誤差を低減でき、高精度に焦点合せできる。従
って、検出像も高解像度になり、欠陥検査を行う場合は
高感度検査が可能となる。これまでに説明した焦点検出
方式は画像検出装置のみならず、目視観察用の光学系の
自動焦点検出方式としても活用できる。また、これまで
に説明した焦点検出方式の構成を組み合わせることによ
り、試料の表面状態に起因した焦点検出誤差を低減でき
る高精度焦点検出系（焦点合せ系）を実現できる。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、試料上の反射率の変化
に基づく焦点検出に用いる光強度分布の非対称化による
焦点検出誤差を防止し、簡素化された構成によって高精
度な焦点検出を可能にすることができる。また、絶縁膜
による表層ハ゜ターンのテ゛フォーカスを低減し、試料全面で安定し
た表層パターンへの高精度焦点合せが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による自動焦点検出装置の原理を説明す
るための模式図及びこの原理を説明するための特性図で
ある。

【図２】落射照明を用いた焦点検出原理を説明するため
の模式図である。

【図３】本発明による焦点検出装置を用いた外観検査装
置の一実施例を示す構成図である。

【図４】図３の外観検査装置に用いる照明光学系の他の
実施例を示す構成図及びこれを説明するための特性図で
ある。

【図５】本発明による焦点検出装置を用いた外観検査装
置の他の実施例を示す構成図である。

【図６】図５の焦点検出装置の原理を説明するための模
式図及びこの原理を説明するための特性図である。

【図７】焦点検出光学系の実施例を示す構成図及び特性
図である。

【図８】光学系の構成図及び光電変換素子上の画像を示
す平面図である。

【図９】試料の平面図及び試料のＡ−Ａ断面図である。

【図１０】焦点検出系の構成図及び光電変換素子上の光
強度を示す模式図である。

【図１１】図５の外観検査装置の照明光学系及び検出系
の他の実施例を示す構成図である。

【図１２】開口絞りの平面図である。

【図１３】視野絞りの平面図である。

【図１４】本発明による照明光学系及び検出系の実施例
を示す構成図である。

【図１５】本発明による照明光学系及び検出系の実施例
を示す構成図である。

【図１６】図１６は試料上の薄膜による検出誤差を説明
するための模式図である。

【図１７】絶縁膜による焦点検出誤差を説明するための
模式図、及び検出誤差を示す光強度分布波形図である。

【図１８】焦点検出に使われる照明光学系の視野絞りの
平面図、２分割光電変換素子に照射された光像の平面
図、光強度分布波形図である。

【図１９】焦点検出に使われる照明光学系の視野絞りの
平面図、２分割光電変換素子に照射された光像の平面
図、光強度分布波形図である。

【図２０】本発明による外観検査装置の照明光学系及び
焦点検出系の実施例を示す模式図である。

【図２１】試料の高さと焦点検出信号の関係を示す特性
図であり、

【図２２】本発明の自動焦点検出装置に用いる直線スリ
ット及び段付きスリットの平面図、焦点検出信号の特性
図、及び光電変換素子に照射された光像の平面図であ
る。

【符号の説明】

１…試料、１ａ…試料表面、２…チャック、４…Ｚステ
ージ、５…Ｙステージ、６…Ｘステージ、７…照明光
軸、１０…光源、１１…照明光学系、１２…レンズ、１
４…開口絞り、１８…視野絞り、２２…ビームスプリッ
ター、３０…対物レンズ、３１…対物レンズの瞳、３５
…光分割手段、４０…結像レンズ、４１…光電変換素子
（ＴＤＩセンサ等）、４５…検出光学系、８０ａ、８０
ｂ…ナイフエッジミラー、８５、９０…結像レンズ、１
００、１１０…光電変換素子（リニアイメージセン
サ）、１００a、１１０a…光電変換素子（リニアイメー
ジセンサ）の受光面、１０１、１０２…遮光部、１１
５、１１５ａ、１１５ｂ、１１５ｃ…焦点検出光学系、
１２０…焦点検出用信号処理回路、１３０…画像処理回
路（画像処理部）、１４０…ＣＰＵ（ホストコンピュー
ター）、１５０…ステージ制御部、３０２…光強度分
布、３０３…波形中心（光軸）、３０４…波形の重心、
４０１…１/４波長板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 敦志 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 吉田 実 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 岡 健次 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 牧平 坦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 中山 保彦 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims (48)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】照明光を対物レンズによって光軸に対して
   対称な斜め方向から試料上の同一個所に集光して照射す
   るステップと、 前記試料上の同一個所から反射され、前記対物レンズを
   透過して得られた反射光を、照射方向別に分割するステ
   ップと、 前記分割された前記反射光による光像を光電変換素子に
   照射し、照射された光の強度分布に応じた電気信号に変
   換するステップと、 前記光電変換素子上の光の強度分布の中心と光軸からの
   位置ずれに基づいて試料の焦点ずれを検出するステップ
   とからなる自動焦点検出方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の自動焦点検出方法におい
   て、前記分割された前記反射光による複数光像の一方の
   光像を他方の光像に対して鏡像反転させた後、合成して
   結像させて光電変換素子に照射するステップを有する自
   動焦点検出方法。
3. 【請求項３】請求項１記載の自動焦点検出方法におい
   て、前記分割された前記反射光による複数光像を互いに
   異なる前記光電変換素子に照射するステップを有する自
   動焦点検出方法。
4. 【請求項４】照明光を対物レンズによって光軸に対して
   対称な斜め方向から試料上の同一個所に集光して照射す
   るステップと、 前記試料上の同一個所から反射され、前記対物レンズを
   透過して得られた反射光を、照射方向別に分割するステ
   ップと、 前記分割された前記反射光による複数光像の一方の光像
   を他方の光像に対して鏡像反転させるステップと、 一方の光像と他方の光像を合成して結像させて光電変換
   素子に照射し、照射された光の強度分布に応じた電気信
   号に変換するステップと、 前記光電変換素子上の光の強度分布の中心と光軸からの
   位置ずれに基づいて試料の焦点ずれを検出するステップ
   とからなる自動焦点検出方法。
5. 【請求項５】請求項４記載の自動焦点検出方法におい
   て、前記照射するステップは前記照明光の主成分を照射
   する自動焦点検出方法。
6. 【請求項６】請求項４記載の自動焦点検出方法におい
   て、前記分割ステップは前記光軸に対して対称な照射方
   向の前記反射光を分割するステップを有する自動焦点検
   出方法。
7. 【請求項７】請求項４記載の自動焦点検出方法におい
   て、前記分割するステップはミラーを有する第１の光路
   と、前記第１の光路の前記ミラーの数との差が奇数とな
   る数のミラーを有する第２の光路とを有する自動焦点検
   出方法。
8. 【請求項８】請求項４記載の自動焦点検出方法におい
   て、前記光電変換素子はフォトダイオードである自動焦
   点検出方法。
9. 【請求項９】請求項３記載の自動焦点検出方法におい
   て、上記試料上の複数の点で焦点ずれを検出するステッ
   プを有する自動焦点検出方法。
10. 【請求項１０】照明光を対物レンズによって光軸に対し
    て対称な斜め方向から試料上の同一個所に集光して照射
    するステップと、前記試料上の同一個所から反射され、
    前記対物レンズを透過して得られた反射光を、前記光軸
    に対して対称な照射方向別に分割するステップと、前記
    分割された複数の光像を結像させて別々の光電変換素子
    に照射し、照射された光の強度分布に応じた電気信号に
    変換するステップと、前記各光電変換素子から得られた
    電気信号を演算するステップと、前記演算によって得ら
    れた各光の強度分布の中心と光軸からの位置ずれに基づ
    く電気信号によって試料の焦点ずれを検出するステップ
    と、からなる自動焦点検出方法。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の自動焦点検出方法にお
    いて、前記演算ステップは各光の強度分布を光軸を基準
    にして対称になるように前記各光電変換素子からえられ
    た電気信号を演算するステップを有する自動焦点検出方
    法。
12. 【請求項１２】請求項１０記載の自動焦点検出方法にお
    いて、更に、試料の焦点ずれを試料上の近接した複数の
    点で求めるステップを有する自動焦点検出方法。
13. 【請求項１３】照明光を対物レンズによって光軸に対し
    て対称な斜め方向から試料上の同一個所に集光して照射
    する照明光学系と、 前記照明光学系で照射され、試料上の同一個所から反射
    され、前記対物レンズを透過して得られる反射光を、前
    記光軸に対して対称な照射方向別に分割して複数の光像
    を得る分割光学要素、前記分割光学要素から射出された
    光像を受光して光の強度分布に応じた信号に変換する光
    電変換素子を有する焦点検出光学系と、 を備えた自動焦点検出装置。
14. 【請求項１４】請求項１３記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記光電変換素子は前記分割光学要素で分割さ
    れ、鏡像反転関係にある光像を合成して受光する自動焦
    点検出装置。
15. 【請求項１５】請求項１３記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記光電変換素子は前記分割光学要素で分割され
    た各光像を受光する自動焦点検出装置。
16. 【請求項１６】照明光を対物レンズによって光軸に対し
    て対称な斜め方向から試料上の同一個所に集光して照射
    する照明光学系と、 前記照明光学系で照射され、試料上の同一個所から反射
    され、前記対物レンズを透過して得られる反射光を、前
    記光軸に対して対称な照射方向別に分割して複数の光像
    を得る分割光学要素、前記分割光学要素によって分割さ
    れた複数の光像の一方の光像を他方の光像に対して鏡像
    反転させる鏡像反転光学系、前記一方の光像と他方の光
    像を合成して結像させる合成光学系、前記合成光学系で
    合成して結像された光像を受光して光の強度分布に応じ
    た信号に変換する光電変換素子を有する焦点検出光学系
    と、 を備えた自動焦点検出装置。
17. 【請求項１７】請求項１６記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記照明光学系は開口絞りと前記試料上にスリッ
    ト状の光束を照射する視野絞りを有する自動焦点検出装
    置。
18. 【請求項１８】請求項１６記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記分割光学要素はエッジナイフ状のミラーを有
    し、前記ミラーによって前記反射光を分割する自動焦点
    検出装置。
19. 【請求項１９】請求項１６記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記鏡像反転光学系はミラーを有する第１の光路
    と、前記第１の光路の前記ミラーの数との差が奇数とな
    る数のミラーを有する第２の光路とを有する自動焦点検
    出装置。
20. 【請求項２０】請求項１６記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記光電変換素子は前記素子上の光の強度分布の
    中心と光軸の位置ずれに応じた電気信号を出力する自動
    焦点検出装置。
21. 【請求項２１】請求項１６記載の自動焦点検出装置にお
    いて、試料の焦点ずれを試料上の近接した複数の点で求
    める手段を有する自動焦点検出装置。
22. 【請求項２２】照明光を対物レンズによって光軸に対し
    て対称な斜め方向から試料上の同一個所に集光して照射
    する照明光学系と、 前記照明光学系で照射され、試料上の同一個所から反射
    され、前記対物レンズを透過して得られる反射光を、前
    記光軸に対して対称な照射方向別に分割して複数の光像
    を得る分割光学要素、前記分割光学要素によって分割さ
    れた複数の光像の各々を結像させる結像光学系、前記結
    像光学系で結像された複数の光像の各々を受光して光の
    強度分布に応じた信号に変換する複数の光電変換素子を
    有する焦点検出光学系と、 前記各光電変換素子上の光の強度分布に応じた信号に対
    して対称なる演算処理を施す演算処理回路とを備えた自
    動焦点検出装置。
23. 【請求項２３】請求項２２記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記照明光学系は開口絞りと前記試料上にスリッ
    ト状の光束を照射する視野絞りを有する自動焦点検出装
    置。
24. 【請求項２４】請求項２２記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記分割光学要素はエッジナイフ状のミラーを有
    し、前記エッジナイフ状のミラーによって前記反射こう
    を分割する自動焦点検出装置。
25. 【請求項２５】請求項２２記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記演算処理回路から得られた光の強度分布の中
    心と光軸の位置ずれに基づいて試料の焦点ずれを検出す
    る手段を備えている自動焦点検出装置。
26. 【請求項２６】請求項２２記載の自動焦点検出装置にお
    いて、試料の焦点ずれを試料上の近接した複数の点にお
    いて求める手段を有する自動焦点検出装置。
27. 【請求項２７】試料に対して対物レンズを通して落射照
    明する照明系と、 前記照明系で照明された試料からの反射光を前記対物レ
    ンズにより捕捉し前記対物レンズで捕捉された反射光を
    分割する分割光学系と、 前記分割光学系で分割された試料上の像を結像させ、こ
    の結像されたパターンの像を第１の光電変換素子で受光
    して画像信号に変換して検出する像検出光学系と、 前記分割光学系によって分割された光を試料に照明した
    照明光の光軸に対して対称な照射方向別に分割する分割
    光学要素と、前記分割光学要素から射出された光像を受
    光して焦点検出信号を出力する第２の光電変換素子とを
    有する焦点検出光学系と、 前記第２の光電変換素子の出力を演算する演算回路とを
    備えたことを特徴とする検査装置。
28. 【請求項２８】試料に対して対物レンズを通して落射照
    明する照明系と、 前記照明系で照明され、前記試料から反射され、前記対
    物レンズにより捕捉しされた反射光を分割する分割光学
    系と、 前記分割光学系で分割された前記試料上の像を結像さ
    せ、この結像された像を第１の光電変換素子で受光して
    画像信号に変換して検出する像検出光学系と、 前記分割光学系によって分割された光を試料に照明した
    照明光の光軸に対する対称な照射方向別に複数光路に分
    割する分割光学要素、前記分割光学要素によって分割さ
    れた一方の光像を他方の光像に対して鏡像反転させる鏡
    像反転光学系、前記一方の光像と他方の光像とを合成し
    て結像する合成光学系、前記合成光学系で合成され、結
    像された光像を受光して焦点検出信号を出力する第２の
    光電変換素子とを有する焦点検出光学系と、 を備えた検査装置。
29. 【請求項２９】請求項２８記載の検査装置において、前
    記対物レンズを実質的に無限遠補正のレンズで構成し、
    前記分割光学要素をナイフエッジ状のミラーで構成し前
    記ナイフエッジ状のミラーを前記対物レンズと前記合成
    光学系との間に配置した検査装置。
30. 【請求項３０】試料に対して像検出用の照明光と焦点検
    出用の照明光とを対物レンズを通して落射照明する照明
    系と、 前記照明系で照明され、前記試料から反射され、前記対
    物レンズにより捕捉された反射光を分割する分割光学系
    と、 前記分割光学系で分割された像検出用の照明光による試
    料上の像を結像させ、この結像された像を第１の光電変
    換素子で受光して画像信号に変換する像検出光学系と、 前記分割光学系で分割された光を試料に照明した焦点検
    出用の照明光の光軸に対して対称な照射方向別に複数光
    路に分割する分割光学要素、前記分割光学要素によって
    分割された一方の光像を他方の光像に対して鏡像反転さ
    せる鏡像反転光学系、前記一方の光像と前記他方の光像
    とを合成して結像する合成光学系、前記合成光学系で合
    成され、結像された光像を受光して焦点検出信号を出力
    する第２の光電変換素子を有する焦点検出光学系と、 前記焦点検出光学系から得られる焦点検出信号に基づい
    て試料の焦点あわせを制御する焦点制御手段と、 前記像検出光学系から得られる画像信号に基づいて試料
    上に形成されたパターンの状態について検査する画像処
    理手段と、 を備えたことを特徴とする検査装置。
31. 【請求項３１】請求項３０記載の検査装置において、照
    明系は像検出用の照明光として、輪帯状の照明光を試料
    に対して照射する手段を有する検査装置。
32. 【請求項３２】請求項３０記載の検査装置において、前
    記照明系は第１の波長を有する前記画像検出用照明光を
    透過させる第１の照明路と第２の波長を有する前記焦点
    検出用照明光を透過させる第２の照明路と、前記画像検
    出用の照明光と前記焦点検出用照明光を合成する手段と
    を有する検査装置。
33. 【請求項３３】請求項３０記載の検査装置において、前
    記照明系は前記画像検出に用いる紫外線照明系と焦点検
    出に用いる可視光線照明系と、前記紫外線と前記可視光
    線を合成する手段とを有する検査装置。
34. 【請求項３４】請求項３０記載の検査装置において、前
    記照明系は焦点検出用の照明光をスリット状の光束とし
    て前記試料に照明するための絞りを有する検査装置。
35. 【請求項３５】請求項３０記載の検査装置において、前
    記対物レンズを実質的に無限遠補正のレンズで構成し、
    前記分割光学要素をナイフエッジ状のミラーで構成し前
    記ナイフエッジ状のミラーを前記対物レンズと前記合成
    光学系との間に配置した検査装置。
36. 【請求項３６】試料に対して対物レンズを通して落射照
    明する照明系と、 前記照明系で照明され、前記試料から反射され、前記対
    物レンズにより捕捉しされた反射光を分割する分割光学
    系と、 前記分割光学系で分割された反射光によって前記試料上
    の像を結像させ、この結像された像を第１の光電変換素
    子で受光して画像信号に変換して検出する像検出光学系
    と、 前記分割光学系によって分割された光を試料に照明した
    照明光の光軸に対して対称な照射方向別に複数光路に分
    割する分割光学要素、前記複数光路の光像の各々を結像
    させる結像光学系、前記結像光学系で結像された光像の
    各々を受光して光の強度分布に応じた信号に変換する複
    数の第２の光電変換素子を有する焦点検出光学系と、 前記各光電変換素子から出力される信号が対称になるよ
    うに演算処理を施して焦点検出信号を出力する演算処理
    回路と、 前記該演算処理回路から得られる焦点検出信号に基づい
    て試料の焦点あわせを制御する焦点制御手段と、 前記像検出光学系から得られる画像信号に基づいて試料
    上に形成されたパターンの状態を検査する画像処理手段
    とを備えた検査装置。
37. 【請求項３７】試料に対して像検出用の照明光と焦点検
    出用の照明光とを対物レンズを通して落射照明する照明
    系と、 前記照明系で照明され、前記試料から反射され、前記対
    物レンズにより捕捉しされた反射光を分割する分割光学
    系と、 前記分割光学系で分割された一方の反射光の像を結像さ
    せ、この結像された像を第１の光電変換素子で受光して
    画像信号に変換して出力する像検出光学系と、 前記分割光学系によって分割された反射光の他方を前記
    試料に照明した焦点検出用の照明光の光軸に対して対称
    な照射方向別に複数光路に分割する分割光学要素、前記
    分割光学要素によって分割された複数光路の光像の各々
    を結像させる結像光学系、前記結像光学系で結像された
    複数の光路の光像の各々を受光して光の強度分布に応じ
    た信号に変換する複数の第２の光電変換素子を有する焦
    点検出光学系と、 前記第２の各光電変換素子から出力される信号が対称な
    るように演算処理を施して焦点検出信号を出力する演算
    処理回路と、 前記演算処理回路から得られる焦点検出信号に基づいて
    試料の焦点あわせを制御する焦点制御手段と、 前記像検出光学系から得られる画像信号に基づいて試料
    上に形成された像の状態を検査する画像処理手段と、 を備えた検査装置。
38. 【請求項３８】請求項３７記載の検査装置において、前
    記照明系は焦点検出用の照明光をスリット状の光束とし
    て前記試料に照明するための絞りを有する検査装置。
39. 【請求項３９】請求項３７記載の検査装置において、前
    記対物レンズを実質的に無限遠補正のレンズで構成し、
    前記分割光学要素をナイフエッジ状のミラーで構成し、
    前記ナイフエッジ状のミラーを前記対物レンズと前記結
    像光学系との間に配置した検査装置。
40. 【請求項４０】請求項３７記載の検査装置において、照
    明系は像検出用の照明光として、輪帯状の照明光を試料
    に対して照射手段を有する検査装置。
41. 【請求項４１】請求項３７記載の検査装置において、前
    記照明系は第１の波長を有する前記画像検出用照明光を
    透過させる第１の照明路と第２の波長を有する前記焦点
    検出用照明光を透過させる第２の照明路と、前記画像検
    出用の照明光と前記焦点検出用照明光を合成する手段と
    を有する検査装置。
42. 【請求項４２】請求項３７記載の検査装置において、前
    記照明系は前記画像検出に用いる紫外線照明系と焦点検
    出に用いる可視光線照明系と、前記紫外線と前記可視光
    線を合成する手段とを有する検査装置。
43. 【請求項４３】試料を落射照明する照明光学系と、前記
    試料の表層を検出する焦点検出系とを備え、前記試料と
    共役な面を含んだ近傍に前記試料に形成された薄膜の多
    重反射した光の一部を遮光する遮光版を配置したことを
    特徴とする自動焦点検出装置。
44. 【請求項４４】請求項４３記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記照明光学系に直線状のスリットと段付きスリ
    ットの２系統のスリットから成る視野絞りを設けること
    を特徴とする自動焦点検出装置。
45. 【請求項４５】請求項４３記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記焦点検出系に前記試料の光像を受光するため
    の光電変換素子を設け、前記薄膜の多重反射光が検出さ
    れる方向において、前記光電変換素子の一部を覆うこと
    を特徴とする自動焦点検出装置。
46. 【請求項４６】試料を落射照明する照明光学系と、 前記試料からの光を捕捉して前記試料の像を第１の光電
    変換素子上に結像させる検出光学系と、 前記試料からの他の光を捕捉して光の方向に応じて２光
    束に分割しそれぞれの光路で試料の像を第２、第３の光
    電変換素子上に結像させる焦点検出光学系と、前記試料
    と共役な面を含む近傍に前記試料に形成された薄膜を多
    重反射した光の一部を遮光する遮光部と、 から構成されることを特徴とする自動焦点検出装置。
47. 【請求項４７】請求項４６記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記薄膜の多重反射光が検出される方向におい
    て、前記第２、前記第３の光電変換素子の一部を覆うこ
    とを特徴とする自動焦点検出装置。
48. 【請求項４８】請求項４６記載の自動焦点検出装置にお
    いて、前記照明光学系に直線状のスリットと段付きスリ
    ットの２系統のスリットから成る視野絞りを設けること
    を特徴とする自動焦点検出装置。