KR100408903B1 - 포커싱 방법 - Google Patents

Abstract

본 포커싱 방법은 대물렌즈, 적어도 상기 대물렌즈를 통해 상기 대물렌즈의 광축과 일치하지 않는 위치로부터 피검물에 초점검출용 광속을 입사하는 수단, 상기 피검물에서 반사되어 다시 상기 대물렌즈를 통과한 광속을 집광하는 집광렌즈, 상기 대물렌즈의 초점이 상기 피검물 표면에 맞추어진 경우에 상기 반사된 광속이 상기 집광렌즈에서 집광된 위치의 앞과 뒤에서 각각 광학적으로 동일한 기울기로 배치된 2 개의 2-분할센서, 및 상기 2 개의 2-분할센서로부터의 신호를 연산 처리하는 신호 처리 회로를 포함하는 초점검출 장치에서 이용할 수 있다. 초점검출 장치는 대물렌즈의 초점이 피검물 표면에 맞는지 안 맞는지를 검출하는 것이다. 본 장치로 포커싱을 실시하는 경우, 초점 위치의 검출 후 초점 위치를 추종시키면서 피검물을 이동시키고, 초점 검출을 다수회 실시해서, 이 검출된 신호치를 평균화하고, 이 평균치로 대물렌즈를 구동하게 한다. 이러한 일련의 동작을 반복한 후, 초점위치를 고정한다.

Description

포커싱 방법 {FOCUSING METHOD}

본 발명은 예를 들어, 반도체 제조 공정의 노광 단계에 이용하는 반도체 마스크의 수정 장치, 광학적 검사 장치, 또는 레이저 가공 장치에 있어서, 피검물 (target object) 표면에 대물렌즈의 초점을 정확히 맞추는 포커싱 (focusing) 방법에 관한 것이다.

초점검출용 광학 시스템에서 비점수차법 (astigmatism method), 나이프 에지법 (knife edge method) 그리고 스큐법 (skew method) 등을 채택하고 있다는 것은 공지되어 있다. 이러한 시스템과 관련하여 오동작 방지 방법, 또는 초점의 오프셋 (offset) 방법이 다수 제안되고 있다 (예를 들면, 일본특허 공개공보 제 3335/1992 호, 일본특허 공개공보 제 312510/1993 호 참조).

일본특허 공개공보 제 250406/1996 호는 노광 장치의 오토포커스 (autofocus) 장치를 나타내고 있다. 이 오토포커스 장치는 투영렌즈 (projection lens) 를 사용하지 않고 피검물에 초점검출용 광을 조사한 후, 피검물로부터의 반사광을 센서로 검출해서 신호 처리를 하여 초점을 검출한다. 또한, 이러한 초점 검출은 많은 위치에서 행해지고, 검출된 값을 평균하여 포커스가 조정될 단차의 높이를 구하는 동작을 실시하여 오프셋 량을 계산한다.

일본특허 공개공보 제 250406/1996 호의 실시예에 나타나 있는 것처럼, 이러한 평균화는 웨이퍼가 어떤 요철 (projections and depressions) 이 있는 패턴을 가질 경우에는 초점 검출에 유효하다. 하지만, 반사율이 위치에 따라 크게 다른 피검물 표면, 예를 들면 반도체 마스크의 글라스 (glass) 기판 상에 형성된 패턴의 에지 부분에서의 포커스 검출로 유발되는 에러에 대해서는 고려되지 않는다. 즉, 초점검출 그 자체의 정밀도에서의 개선은 제공하지 않는다.

종래부터 제안되고 있는 자동 초점 검출법에 있어서, 예를 들면 반도체 마스크와 같이 글라스 기판 위에 패턴이 형성될 경우에, 패턴 상에서의 반사율이 위치에 따라 크게 다르기 때문에, 각 위치에서 검출되는 초점들이 어긋날 수 있다. 초점 검출용의 광속 지름보다 작은 패턴 부분 또는 패턴의 에지에서 초점 검출을 할 때, 회절 등의 영향으로 센서에 돌아오는 반사광의 강도 분포가 균일하지 않게 되는 경우가 있고, 초점 어긋남에 의한 신호 변화 (signal changes) 와 구별이 되지 않을 수 있고. 그 결과 오작동이 일어난다.

게다가, 피검물 위에 먼지와 같은 이물질 (foreign matter) 이 있으면, 센서로 돌아오는 초점 검출용의 광속이 센서의 소정의 수광부 (light receiving position) 로부터 어긋나서 결국 오작동을 일으키는 경우가 있다. 특히, 먼지 등에 의해 초점 검출용의 광속이 산란 (scattering) 또는 회절 (diffraction) 하기 때문에, 전술한 경우와 유사하게 센서에 돌아오는 반사광의 강도 분포가 균일하게 되지 않고, 그 결과 초점의 어긋남에 의한 신호 변화와 혼란이 일어난다.

특히, 레이저 가공 장치에 이와 같은 초점 검출 장치를 사용할 경우, 가공에 의한 먼지가 발생하기 때문에 오작동의 가능성은 높아진다. 또한, 가공 부분의 주위 높이가 균일하게 가공되지 않는 경우, 그 가공 부분의 균일하지 않은 높이에서 초점 검출을 하면, 센서로 돌아오는 초점 검출용 광속의 강도 분포가 균일하게 되지 않고 오작동을 일으킨다.

위와 같은 문제점들을 해결할 수 있는 장치로서 일본특허 공개 공보 제 306554/1999 호의 초점 검출 장치가 있다. 이와 같은 초점 검출 장치는 도 1 에나타낸 것처럼 광원 (10), 광학 장치 (11), 대물렌즈 (12), 대물렌즈 구동장치 (13), 스테이지 (stage; 14), 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 그리고 스테이지 구동 제어 회로 (16) 로 구성되어 있다.

초점 검출용 광속 (luminous flux; 17) 은 광원 (10) 으로부터 광학 장치 (11) 로 대물렌즈 (12) 의 광축 (28) 으로부터 어긋나는 위치에서 입사되어, 편광된다. 이와 같은 초점 검출용 광속 (17) 은 광축 (28) 과 일치하지 않으나 거의 평행하고, 편광 빔스플리터 (polarization beam splitter; 18) 를 투과한다. 편광 빔스플리터 (18) 를 투과한 광속은 1/4 파장 판 (quarter wave plate; 19) 을 통해 직선 편광이 원 편광으로 바뀐 후, 릴레이렌즈(relay lens; 20) 를 통과한다. 릴레이렌즈 (20) 는 2 개의 그룹으로 구성되어, 한번 집광하도록 형성된다. 릴레이 렌즈 (20) 는 필요에 따라 광속 (17) 의 지름을 변화시킬 수 있다. 릴레이 렌즈 (20) 를 투과한 광속은 다이크로익 미러 (dichroic mirror; 27) 을 통과해서 대물렌즈 (12) 에 의해 피검물 (21) 표면 근처에 집광한 후, 피검물 (21) 에 의해 반사되어 다시 대물렌즈 (12) 에 입사한다. 피검물 (21) 은 스테이지 (14) 상에 고정되고, 스테이지 (14) 는 스테이지 구동 제어 회로 (16) 에 의해서 이동 가능하다.

대물 렌즈 (12) 으로부터의 복귀광은 다이크로익 미러 (27), 릴레이렌즈 (20) 을 지나서 다시 1/4 파장 판 (19) 을 통과한다. 이 경우 1/4 파장 판 (19) 의 작동에 의해서 복귀광은 그 편광 방향이 편광 빔스플리터 (18) 에 입사한 당초 편광 방향보다 90 도 다른 직선 편광이 된다. 따라서, 1/4 파장 판 (19) 을 투과한 복귀광은 다음에 입사하는 편광 빔스플리터 (18) 에 좋은 효율로 반사된다. 편광 빔스플리터 (18) 에 반사된 복귀광은 다음의 빔스플리터 (22) 에 두 방향으로 나뉘어 갈라진다. 분리된 한쪽 방면의 복귀광은 집광렌즈 (condenser lens; 23) 에 의해 집광되고, 다른 방면의 복귀광은 집광렌즈 (23) 와 동일한 집광렌즈 (24) 로 집광된다. 집광렌즈 (23), (24) 의 광축 (optical axis) 은 광축 (28) 상에 배열된다. 집광렌즈 (23) 를 지난 복귀광은 대물렌즈 (12) 의 초점이 피검물 (21) 의 표면에 맞는 경우에, 집광렌즈 (23) 가 복귀광을 집광하는 위치 (A) 의 앞쪽에 배치된 2-분할 센서 (25) 에 입사한다. 한편, 집광렌즈 (24) 를 지난 복귀광은 대물렌즈 (12) 의 초점이 피검물 (21) 의 표면에 맞는 경우에, 집광렌즈 (24) 가 복귀광을 집광하는 위치 (B) 의 뒤쪽에 배치된 2-분할 센서 (26) 에 입사한다. 센서 (25), (26) 각각에 의해서 얻어진 신호는 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 에서 연산 처리가 이루어진다. 2-분할 센서 (25), (26) 는 광학적으로 동일한 기울기로 배치된다.

이러한 초점 검출용 장치가 광학 검사 장치, 레이저 가공 장치 등에 적용되는 경우, 검사 또는 가공 등을 위해서 광속을 다이크로익 미러 (27) 을 통해 대물렌즈 (12) 에 입사한다.

전술한 연산 처리를 실시하는 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 는 정지한 피검물 (21) 에 대해서 대물렌즈 (12) 를 구동하면서 초점 신호치를 검출하고, 초점 신호치가 0 이 되는 위치에서 대물렌즈 (12) 를 정지하고, 이 위치를 초점 위치로 설정한다. 스테이지 구동 제어 회로 (16) 에 의해 스테이지 (14) 를 이동시키는경우, 스테이지 이동 중에 초점 신호치 (F) 가 항상 0 이 되도록 대물렌즈 (12) 의 구동장치 (13) 를 제어한다.

초점 신호치는 2-분할 센서 (25), (26) 으로부터의 출력 신호치를 토대로 다음과 같이 구한다.

도 2 는 2-분할 센서 (25), (26) 로부터의 출력 신호를 연산 처리하는 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 를 나타낸다.

도 2 에 있어서, 2-분할 센서 (25) 를 구성하는 수광부 (A1), (A2) 로부터의 출력 신호치를 각각 a1, a2 로 하고, 2-분할 센서 (26) 을 구성하는 수광부 (B1, B2) 로부터의 출력 신호치를 각각 b1, b2 로 할 경우, 초점 신호치 (F) 는 F = Fa - Fb = (a1 - a2) - (b2 - b1) 로 계산되고, 이 결과는 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 의 처리 신호가 된다.

각각의 2-분할 센서 (25), (26) 상의 초점 검출용 광속의 복귀광 (41) 은 피검물 (21) 에 대한 대물렌즈 (12) 의 초점 위치의 변화에 따라서 이동한다. 도 2 에서의 복귀광 (41) 은 대물렌즈 (12) 의 초점이 피검물 (21) 의 표면에 맞는 경우의 복귀광을 나타낸다. 예를 들면, 도 1 의 구성에서 피검물 (21) 을 대물렌즈 (12) 에 대해서 광축 방향으로 이동하는 경우, 도 2 에 나타낸 것처럼 반사광 (41) 은 각 센서의 표면 위에 화살표 (42) 의 방향으로 이동한다. 이러한 이동 방향은 광학적으로 등가적으로 배치된 2-분할 센서 (25), (26) 의 각각의 2-분할 라인과 교차한다.

도 3a 내지 도 3c 는 피검물 (21) 의 위치가 광축 방향으로 이동한 경우 얻을 수 있는 출력신호를 나타낸다. 도 3a 및 도 3b 에서, 부호 (51, 52, 54, 55) 의 곡선은 각각 상기의 출력 신호치 (a1, a2, b1, b2) 를 나타낸다. 부호 (53, 56) 의 곡선은 2-분할 센서 (25), (26) 의 수광부 (light receiving sections) 의 차 신호치 (differential signal values; Fa, Fb) 를 나타낸다. 도 3c 의 곡선 (61) 은 구할 수 있는 초점 신호치 (F = Fa - Fb) 를 나타낸다. F 의 값이 0 이 된 경우에, 대물렌즈 (12) 의 초점은 피검물 (21)의 표면에 맞게 된다. 도 3a 내지 도 3c 의 그래프에서 가로축은 대물렌즈의 위치를 나타낸다. 특히, 대물렌즈 (12) 의 초점이 피검물 (21) 표면에 일치한 경우의 대물렌즈의 위치를 기준 0 으로 하면, 가로축의 값이 (-) 가 되는 만큼 대물렌즈 (12) 가 피검물 (21) 에 대해서 멀리 이격되는 위치에 있고, (+) 가 되는 만큼 대물렌즈 (12) 가 피검물 (21) 쪽에 근접되는 위치에 있다.

이상 설명한 구성에 따르면, 피검물의 패턴이나 형태 또는 피검물 상의 이물질 때문에 반사율이 피검물 상의 위치에 따라 변한다고 하더라도, 항상 매우 양호한 초점 신호를 얻을 수 있고 정확하게 초점 검출을 할 수 있다.

그러나, 광학 시스템을 이용하는 대부분의 초점 검출 장치에 존재하는, 즉 광학 시스템에서 광축 조정 불량과 수차 (aberration) 가 있으면, 초점검출의 정밀도는 낮아진다. 일본특허 공개공보 제 306554/1999 호에 개시된 초점 검출 장치에는, 대물렌즈의 초점이 피검물 표면에 맞추어진 경우에 초점 검출용 광속의 복귀광이 집광렌즈에 집광되는 위치의 앞과 뒤에서의 집광 광빔의 형태가 180 도 회전한다. 그러나, 광학 시스템에 수차가 있으면 동일한 결과를 얻을 수는 없다. 따라서, 초점검출 정밀도가 낮아진다.

본 발명의 목적은 피검물 상의 초점 검출 부분의 상태 또는 광학 시스템의 수차, 광축 조정 불량 등에 의한 포커싱 에러를 작게 할 수 있는 초점 검출 장치의 포커싱 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 대물렌즈, 적어도 상기 대물렌즈를 통해 상기 대물렌즈의 광축과 일치하지 않는 위치로부터 피검물에 초점검출용 광속을 입사하는 수단, 상기 피검물에서 반사되어 다시 상기 대물렌즈를 통과한 광속을 집광하는 집광렌즈, 상기 대물렌즈의 초점이 상기 피검물 표면에 맞추어진 경우에 상기 반사된 광속이 상기 집광렌즈에서 집광된 위치의 앞과 뒤에서 각각 광학적으로 동일한 기울기로 배치된 2 개의 2-분할센서, 및 상기 2 개의 2-분할센서로부터의 신호를 연산 처리하는 신호 처리 회로를 포함하는 초점검출 장치에서 이용하는 포커싱 방법을 제공한다. 이 포커싱 방법은 정지한 피검물에 대해서 대물렌즈를 구동하고, 상기 신호 처리 회로의 처리 신호가 초점 위치를 나타내는 값이 되는 위치에서 상기 대물렌즈를 정지시키는 오토포커스 단계, 및 상기 신호 처리 회로의 처리신호를 다수 검출해서 평균화하고, 이 평균치에 상기 신호 처리 회로의 처리 신호가 일치하도록 상기 대물렌즈를 구동하여 초점 위치를 갱신하는 등의 일련의 동작을 상기 피검물을 이동하면서 다수 반복한 후, 초점 위치를 고정하는 포커스락 단계를 포함한다.

상기 평균화에서 신호 검출 회수는 평균화 개시 직후보다도 평균화 종료 직전이 보다 많게, 초점 위치의 갱신 주기는 평균화 개시 직후보다는 평균화 종료 직전이 보다 길게 하여, 초점 검출 시간을 줄이고 초점 검출 정밀도를 개선하는 것이 바람직하다.

상기 포커스락 단계는 상기 오토포커스 단계의 종료 후에, 소정의 명령에 의해 실시할 수도 있고 자동적으로 이행할 수도 있다.

전술한 포커싱 방법을 실시하는 초점 검출 장치는 바람직하게 대물렌즈와, 초점 검출용 광속을 상기 대물렌즈의 광축과 일치하지 않는 위치로부터 피검물에 적어도 상기 대물렌즈를 통해 입사시키는 수단과, 상기 피검물에 반사되어 다시 상기 대물렌즈를 통과한 광속을 두 방향으로 나누는 빔스플리터와, 상기 빔스플리터에서 나누어진 한 방향의 광속을 집광하는 제 1 의 집광렌즈와, 상기 빔스플리터에서 나누어진 다른 한 방향의 광속을 집광하는 제 2 의 집광렌즈와, 상기 피검물상의 표면에 상기 대물렌즈의 초점위치가 맞추어진 경우에 상기 빔스플리터에 의한 한 방향의 광속이 상기 제 1 의 집광렌즈에서 집광되는 위치의 앞에 설치된 제 1 의 2-분할센서와, 상기 피검물상의 표면에 상기 대물렌즈의 초점위치가 맞추어진 경우에 있어서 상기 빔스플리터에 의한 다른 한 방향의 광속이 상기 제 2 의 집광렌즈에서 집광된 위치의 뒤에 상기 제 1 의 2-분할센서와 광학적으로 동일한 기울기로 배치된 제 2 의 2-분할센서와 상기 각 2-분할센서로부터의 신호를 연산 처리하는 신호 처리 회로를 포함한다.

이런 장치에 있어서, 상기 신호 처리 회로와 상기 제 1 의 2-분할센서를 이루는 2 개의 수광부로부터의 출력 신호치를 각각 a1, a2 로 하고, 상기 제 2 의 2-분할센서를 이루는 2 개의 수광부의 상기 출력 신호 a1 을 출력하는 수광부와 광학적으로 등가의 위치에 있는 수광부로부터의 출력 신호치를 b1, 상기 출력 신호 a2를 출력하는 수광부와 광학적으로 등가의 위치에 있는 수광부로부터의 출력 신호치를 b2 로 하는 경우, F = (a1 - a2) - (b2 - b1) 의 신호를 출력하는 것이 바람직하다.

이상과 같이 본 발명의 포커싱 방법에 따르면, 반사율이 위치에 따라 크게 다른 피검물 표면에 대해서 정확하게 초점 검출을 할 수 있는 데, 예를 들어 일본특허 공개공보 제 306554/1999 호의 초점 검출 장치에 있어서, 포커싱 동작 후에, 초점 신호를 다수회 검출하고, 검출 신호치를 평균화하고, 이 평균치를 대물렌즈를 구동하는 데 이용하고, 초점 위치를 갱신한다. 이 일련의 동작을 피검물을 이동시키면서 수회에 걸쳐서 반복한다. 평균화의 단계에 있어서, 평균화 개시 직후의 초점 신호 검출 회수보다도 평균화 종료 직전의 초점 신호 검출 회수가 더 많다. 즉, 얻어지는 초점 위치에 대해서 처음에는 대략적 검사가 이루어지지만, 단계적으로 세밀한 검사가 이루어진다.

이런 방법으로, 많은 위치에서의 검출 초점의 평균화에 의해 초점 위치를 설정함으로써, 피검물의 패턴, 먼지, 광학 시스템의 수차 등에 의한 초점 에러를 줄여 초점 검출 정밀도를 개선시키는 것이 가능하다.

본 발명의 이러한 목적과 다른 목적, 특징 및 장점은 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해 질 것이다.

도 1 은 일본특허 공개공보 제 306554/1999 호에 개시된 종래의 초점검출 장치를 나타내는 다이어그램,

도 2 는 도 1 에 나타난 2-분할센서로부터의 출력신호를 연산 처리하는 오토포커스 신호 처리 회로의 구성을 나타내는 다이어그램,

도 3a 내지 도 3c 는 도 2 에 나타난 2-분할센서로부터의 초점 신호들을 나타내는 그래프,

도 4 는 본 발명의 일 실시예인 도 1 의 초점검출 장치를 작동시키기 위한 타이밍을 나타내는 다이어그램,

도 5 는 도 4 에 있는 포커스락 작동 개시부터 종료까지의 동작을 행할 때의 대물렌즈 위치의 갱신 주기의 예를 나타내는 다이어그램, 및

도 6 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 초점검출 동작의 타이밍 챠트.

도 1 에 나타난 일본특허 공개공보 제 306554/1999 호의 초점검출 장치에 있어서, 초점 검출 개시의 명령에 의하여 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 는 정지한 피검물 (21) 에 대해서 대물렌즈 (12) 를 구동하면서 도 3c 에 나타난 초점 신호 (F) 를 검출하고, 초점 신호치 (F) 가 0 이 되는 위치에서 대물 렌즈 (12) 를 정지하고, 이 위치를 초점 위치로 설정한다. 하지만, 이미 설명한 것처럼 도 1 의 장치의 광학 시스템에 있어서 광학조정이 불량하고 수차가 존재하는 경우, 정지시킨 대물렌즈 (12) 의 초점은 최적의 초점 위치에서 어긋날 수 있다. 포커싱에서 이러한 에러를 줄이기 위해서, 상술한 포커싱 동작으로 초점 위치를 검출한 후 (즉, 오토포커스 동작 후), 본 발명의 일 실시예인 다음과 같은 방법을 사용한다.

오토포커스 동작의 완료 후에, 도 1 의 장치인 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 는 도 4 에 나타낸 것처럼 후술하는 평균화 처리로 얻은 초점 위치에 대물렌즈 (12) 의 초점을 추종시키는 (follow) 동작 (이하, 자동 초점 추종 (automatic focus following) 이라고 부른다) 으로 이행된다. 이런 자동 초점 추종 중에는 스테이지 구동 제어 회로 (16) 에 의해서 피검물 (21) 을 올린 스테이지 (14) 를 평면 내에서 소정의 궤적으로 이동한다. 이런 이동 궤적은 직선이나 원 등의 임의의 모양이 될 수 있다.

자동 초점 추종으로 이행하면, 무브 엔드 (MOVE END) 신호가 OFF 에서 ON 으로 바뀌고, 이 신호 변화를 기초로 해서 평균화 처리가 개시된다. 이 평균화 처리에 있어서, 이동하고 있는 피검물 (21) 상의 임의의 점에서 다음의 점까지의 사이에 초점 신호 (F) 를 소정의 샘플링 횟수로 검출해서, 이 검출 신호들을 평균하고, 이 평균치가 오토포커스 신호 처리 회로 (15) 의 처리 신호인 초점 신호치 (F) 와 일치하도록 렌즈 구동 장치 (13) 을 제어하여 대물렌즈 (12) 의 위치를 갱신한다. 이러한 대물렌즈 위치의 갱신을 피검물 (21) 의 이동 중에 소정의 주기로 다수회 반복한다.

그 후, 외부 장치로부터의 포커스락 동작 개시 명령에 의하여 후술하는 포커스락 동작을 일정 시간 실시한다. 그 다음, ON으로 스위칭된 오토포커스 신호 처리 회로(15)로부터의 일시 정지 신호에 응답하여 자동 초점 추종을 정지하고, 초점 위치 (대물렌즈 (12) 의 초점 위치) 를 고정한다.

이러한 동작 중의 상황은 도 4 에서의 포커스락 동작 개시부터 종료까지의 동작을 설명하는 도 5 를 이용해서 더욱더 상세히 설명한다. 도 5 에 의하면, 초점 위치의 설정 시간을 줄이고, 초점 검출의 정밀도를 개선시키기 위해서 대물렌즈 위치의 갱신 주기를 3 단계로 나누어 대물렌즈를 구동하고 있는 것은 명백하다.

특히, 도 5 에 나타난 것처럼, 포커스락 동작 개시 명령은 무브 엔드 신호를 ON 에서 OFF 로 바꾼다. 이런 신호 변화는 상기의 평균화 처리에 이르는 샘플링 회수와 대물렌즈 위치의 갱신 주기를 변경한다. 이런 변경에 있어서, 대물렌즈 위치의 갱신 주기는 포커스락 동작 개시 전보다 짧게되고, 1 회 갱신의 샘플링 회수는 줄어든다. 어느 정도 경과하면, 대물렌즈 위치의 갱신 주기는 길게 되고 샘플링 횟수는 증가한다. 그 후, 포커스락 동작 개시 전과 같은 상태의 갱신 주기 및 샘플링 회수로 돌아와서, 어떤 시점 (일시 정지 신호가 ON 으로 바뀌는 시간) 에서 갱신을 정지하고, 초점 위치를 고정한다. 이러한 상태에서, 예를 들어 피검물의 가공과 검사를 실시하는 것이 바람직하다.

다음으로, 다른 실시예를 설명한다.

도 4 의 타이밍 챠트에는, 자동 초점 추종 동안에 초점의 어긋남이 있을 경우, 단지 포커스락 동작 개시 명령 후에만 포커스락 동작을 행하는 방법을 나타낸다. 그러나, 오토포커스 동작 바로 후에 포커스락 동작을 이행할 수도 있다. 특히, 오토포커스 동작으로 초점 위치 검출을 이행한 후, 자동적으로 포커스락 동작이 수행될 수도 있다. 도 6 은 전술한 실시예와는 다른 별도의 실시예를 나타낸다.

상세하게는, 도 1 의 장치를 이용해서, 도 6 에 나타낸 것처럼 오토포커스 동작 종료 후, 자동적으로 포커스락 동작으로 이행한다. 이러한 이행으로, 무브 엔드 신호가 OFF 에서 ON 으로 바뀌고, 스테이지 (14) 에 의한 피검물 (21) 이 이동되고, 평균화 처리를 수반하는 자동 초점 추종이 개시된다. 평균화 처리에서는, 다수회 샘플링을 통해 초점 신호 (F) 의 평균을 구하고, 이 평균치를 기초로 대물렌즈 구동장치 (13) 을 제어해서 대물렌즈 (12) 의 위치를 갱신하는 것을 반복해서 다수회에 걸쳐서 실시한다. 평균화 처리에 있어서, 도 5 를 참고로 하여 설명된 전술한 실시예와 유사하게, 평균화 처리 개시 직후보다도 평균화 처리 종료 직전에 초점 신호 검출 회수가 많고, 대물렌즈 위치의 갱신 주기가 길다. 따라서, 초점 위치의 설정 시간을 짧게 하고 초점 검출 정밀도를 개선시키는 것이 가능하다.

이와 같이 포커스락 동작을 일정 시간 실시한 후, ON으로 스위칭된 오토포커스 신호 처리 회로(15)로부터의 일시 정지 신호에 응답하여 자동 초점 추종을 정지하고 초점 위치 (대물렌즈 (12)의 위치) 를 고정한다.

이상 설명한 본 실시예에 따르면, 포커싱 동작 후, 초점 검출을 다수회 실시해서 그 검출된 값을 평균화하고, 그 평균치로 대물렌즈를 구동하고, 피검물을 이동하면서 이러한 일련의 동작을 다수회 반복한 후, 초점 위치를 고정한다. 이러한 방법으로, 피검물의 패턴, 먼지, 돌출물 등의 존재로 인한 포커싱 에러가 평균화되기 때문에 초점 위치를 정확히 검출할 수 있다. 특히, 본 발명의 방법을 일본특허 공개공보 제 306554/1999 호의 초점검출 장치에 이용하면, 피검물 상에 형성된 패턴, 칩의 존재, 돌출, 이물질 등으로 인해 반사율이 위치에 따라 크게 다른 피검물에서, 광학 시스템에서 수차가 존재하는 경우에도, 초점 검출 정밀도는 개선된다. 예를 들어, ±0.2 μm 이내의 정밀도로 포커싱이 가능하다.

본 발명의 바람직한 실시예가 특정 의미를 사용하여 설명되었지만, 이러한 설명은 단지 예시적 목적일 뿐이고, 다음의 청구범위의 본질과 범위를 벗어나지 않는 한 다양한 변경과 변형이 있을 수 있다고 이해되어야 한다.

본 발명인 포커싱 방법은 피검물 상의 초점검출 부분의 상태 또는 광학 시스템의 수차, 광축 조정 불량 등에 의한 포커싱 에러를 작게 할 수 있다.

Claims (11)

1. 대물렌즈,

   상기 대물렌즈의 광축과 일치하지 않는 위치로부터 적어도 상기 대물렌즈를 통해 피검물에 초점 검출용 광속 (luminous flux)을 입사하는 수단,

   상기 피검물에 반사되어 다시 상기 대물렌즈를 통과하는 광속을 집광하는 집광렌즈,

   상기 대물렌즈의 초점이 상기 피검물 표면에 맞추어진 경우에, 상기 반사된 광속이 상기 집광렌즈에 의해 집광되는 위치의 앞과 뒤에서 각각 광학적으로 등가의 기울기로 배치된 2 개의 2-분할센서, 및

   상기 2 개의 2-분할센서로부터의 신호를 연산 처리하는 신호 처리 회로

   를 포함하는 초점 검출 장치에 사용하는 포커싱 방법에 있어서,

   정지한 상기 피검물에 대해서 상기 대물렌즈를 구동하고, 상기 신호 처리 회로의 처리 신호가 초점 위치를 나타내는 값이 되는 위치에서 상기 대물렌즈를 정지하는 오토포커스 단계, 및

   상기 신호 처리 회로의 처리 신호를 다수회에 걸쳐 검출하고, 이 검출 신호들을 평균화하고, 이 평균치가 상기 신호 처리 회로의 처리 신호와 일치하도록 상기 대물렌즈를 구동하여 초점 위치를 갱신하는 일련의 동작을, 상기 피검물을 이동하면서 다수 반복한 후, 초점 위치를 고정하는 포커스락 단계를 포함하는 포커싱 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 평균화에서 신호 검출 회수는 상기 평균화 개시 직후보다 상기 평균화 종료 직전이 더 많은 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 초점 위치의 갱신 주기는 상기 평균화 개시 직후보다 상기 평균화 직전이 더 긴 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 포커스락 단계는 상기 오토포커스 단계의 종료 후, 소정의 명령에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 포커스락 단계는 상기 오토포커스 단계의 종료 후, 자동적으로 시작되는 것을 특징으로 하는 포커싱 방법
6. 대물렌즈,

   상기 대물렌즈의 광축과 일치하지 않는 위치로부터 적어도 상기 대물렌즈를 통해 피검물에 초점 검출용 광속을 입사하는 수단,

   상기 피검물에 반사되어 다시 상기 대물렌즈를 통과하는 광속을 두 방향으로 나누는 빔스플리터,

   상기 빔스플리터에서 나누어진 한 방향의 광속을 집광하는 제 1 의 집광렌즈,

   상기 빔스플리터에서 나누어진 다른 방향의 광속을 집광하는 제 2 의 집광렌즈,

   상기 대물렌즈의 초점 위치가 상기 피검물 표면에 맞추어진 경우에, 상기 빔스플리터에 의해 나누어진 한 방향의 광속이 상기 제 1 의 집광렌즈에서 집광되는 위치의 앞에 배치된 제 1 의 2-분할센서,

   상기 대물렌즈의 초점 위치가 상기 피검물 표면에 맞추어진 경우에, 상기 빔스플리터에 의해 나누어진 다른 방향의 광속이 상기 제 2 의 집광렌즈에서 집광되는 위치의 뒤에 상기 제 1 의 2-분할센서와 광학적으로 등가의 기울기로 배치된 제 2 의 2-분할센서, 및

   상기 각 2-분할센서로부터의 신호를 연산 처리하는 신호 처리 회로

   를 포함하는 초점 검출 장치에 이용하는 포커싱 방법에 있어서,

   정지한 상기 피검물에 대해서 상기 대물렌즈를 구동하고, 상기 신호 처리 회로의 처리 신호가 초점 위치를 나타내는 값이 되는 위치에서 상기 대물렌즈를 정지하는 오토포커스 단계, 및

   상기 신호 처리 회로의 처리 신호를 다수회 검출해서 평균화하고, 이 평균치에 상기 신호 처리 회로의 처리신호가 일치하도록 상기 대물렌즈를 구동하여 초점 위치를 갱신하는 일련의 동작을, 상기 피검물을 이동하면서 다수회 반복한 후, 초점 위치를 고정하는 포커스락 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 신호 처리 회로는

   상기 제 1 의 2-분할센서를 이루는 2 개의 수광부로부터의 출력신호 값을 각각 a1, a2 로 하고,

   상기 제 2 의 2-분할센서를 이루는 2 개의 수광부중 상기 출력신호 a1 을 출력하는 수광부와 광학적으로 등가의 위치에 있는 수광부로부터의 출력신호의 값을 b1, 상기 출력신호 값 a2 를 출력하는 수광부와 광학적으로 등가의 위치에 있는 수광부로부터의 출력신호 값을 b2 로 하는 경우에,

   F = (a1 - a2) - (b2 - b1) 의 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 평균화에서 신호 검출 회수는 상기 평균화 개시 직후보다 상기 평균화 종료 직전이 더 많은 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 초점 위치의 갱신 주기는 상기 평균화 개시 직후보다 상기 평균화 종료 직전이 더 긴 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 포커스락 단계는 상기 오토포커스 단계의 종료 후, 소정의 명령에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 포커스락 단계는 상기 오토포커스 단계의 종료 후, 자동적으로 시작되는 것을 특징으로 하는 포커싱 방법.