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JP4307598B2 - Focusing device - Google Patents

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JP4307598B2
JP4307598B2 JP26662398A JP26662398A JP4307598B2 JP 4307598 B2 JP4307598 B2 JP 4307598B2 JP 26662398 A JP26662398 A JP 26662398A JP 26662398 A JP26662398 A JP 26662398A JP 4307598 B2 JP4307598 B2 JP 4307598B2
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JP
Japan
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focus
objective lens
focus search
search range
focusing
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Japanese (ja)
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哲也 城田
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Original Assignee
Olympus Corp
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Publication date
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  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Microscoopes, Condenser (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡や光学測定器などに用いられる合焦装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、合焦装置として、例えば、特開昭59−177510号公報に開示されるように被検体面に対物レンズを通して測定光を照射するとともに、その反射光に基づいて被検体面に対する合焦を行なうようにしたものが知られている。
【0003】
図6は、かかる合焦装置の概略構成を示すもので、半導体レーザ1から出射されたレーザビームを偏向ビームスプリッタ2で反射させ、結像レンズ3で平行光束に変換し、1 /4波長板4を透過させた後、対物レンズ5を介してステージ601上の被検体6表面に集光させる。そして、この被検体6表面で反射された光を、再度対物レンズ5、1 /4波長板4、結像レンズ3を介して偏向ビームスプリッタ2に入射し、今度は、偏向ビームスプリッタ2を透過させてビームスプリッタ7で2方向に振り分け、その一方の光線を結像レンズ3の集光点Pより距離Lだけ前方に位置された第1の絞り8を介して第1の受光素子9に受光させ、また、他方の光線を結像レンズ3の集光点Pより距離Lだけ後方に配置された第2の絞り10を介して第2の受光素子11に受光させる。そして、さらに、これら第1の受光素子9および第2の受光素子11からの被検体6表面の反射光量に対応する電気信号を信号処理系12に入力し、これら入力された各電気信号に対して所定の演算を行ない、被検体6表面の変位に応じた誤差信号を出力するようにしている。
【0004】
この場合、信号処理系12は、第1の受光素子9および第2の受光素子11からの入力として、図7(a)に示すような特性を有する電気信号A,Bが与えられたとすると、被検体6表面の変位を検知する信号として(A−B)/(A+B)の演算が行なわれて、同図(b)に示すような合焦点Fにおいて0になる誤差信号が求められ、この誤差信号が0になる位置に被検体6表面が位置するように駆動器13(13’)により対物レンズ5と被検体6との間を光軸方向(Z方向)に相対的に移動させ、合焦位置を得るようにしている。
【0005】
また、対物レンズ5と被検体6の相対的移動は、メカ的制限や、対物レンズ5と被検体6が衝突するのを防止するため、例えば、リミット検出器14を設けて、リミット位置の監視を行ない、合焦検索範囲の制限を行なっている。
【0006】
これにより、例えば、図8に示すように、対物レンズ5と被検体6の距離が最大となる制限位置を合焦検索上限位置(上限U)、対物レンズ5と被検体6の距離が最小となる合焦検索下限位置(下限D)とすると、これら上限Uと下限Dとの範囲において、合焦位置の検索が行なわれることになる。
なお、図面中15は観察用の照明電源、16は観察光学系である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、被検体6が、半導体ウェハのような場合、例えば、ステージ601への支持の際の撓みなどにより、同一のウェハ上であっても検索位置が異なるだけで図8に示すように検索位置Aの場合と検索位置Bの場合とで、ウェハ表面の高さが異なることがある。このような場合、検索位置Aに必要な合焦検索範囲はA’であるのに対し、検索位置Bに必要な合焦検索範囲はB’となって、これら必要とする合焦検索範囲A’とB’が異なる。
【0008】
このため、仮に、合焦検索範囲A’で検索位置Aに対する合焦を行なった状態から、検索位置をBに移動すると、この検索位置Bに対して合焦検索範囲A’では、合焦が得られず、装置は、対物レンズ5と被検体6の距離を、一旦合焦検索上限位置(上限U)まで広げて、この位置から合焦検索下限位置(下限D)方向に距離を縮めながら合焦検索範囲すべてについて合焦検索を行なうようになり、合焦動作時間が大幅にかかってしまい、被検体観察などの作業能率が大幅に低下するという問題があった。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被検体ごとに必要とする合焦検索範囲を設定でき、合焦検索動作に要する時間を大幅に短縮できる合焦装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の発明は、被検体面に対物レンズを通して測定光を照射するとともに、その反射光に基づいて前記被検体と対物レンズの距離を光軸方向に相対的に移動させて前記被検体面に対する合焦を検索する合焦装置において、前記被検体上に設定される測定ラインに沿った複数の測定点にて合焦動作を行なうとともに、これら各測定点での前記被検体または対物レンズの前記光軸方向の位置を検出する位置検出手段と、この位置検出手段で検出された前記被検体または対物レンズの前記光軸方向の位置の最大値と最小値に予め定められた値を加えることで合焦検索範囲を設定する合焦検索範囲設定手段と を具備し、この合焦検索範囲設定手段により設定された前記合焦検索範囲に基づいて前記被検体面に対する合焦動作を実行することを特徴としている。
【0011】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記被検体上に設定される測定ラインは、少なくとも前記被検体の中心を通る直線または曲線状のラインからなることを特徴としている。
【0012】
請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、さらに各対物レンズごとの同焦補正値を格納した同焦補正テーブルを有し、前記対物レンズに対応する同焦補正テーブルの同焦補正値に基づいて前記合焦検索範囲設定手段により設定された合焦検索範囲を補正することを特徴としている。
【0013】
この結果、請求項1記載の発明によれば、合焦位置の検索を行なうのに、被検体に必要な合焦検索範囲に絞り込むことができるので、合焦検索動作に要する時間を大幅に短縮できる。
【0014】
請求項2記載の発明によれば、被検体の中心部を含む広い範囲にわたる測定点での測定値に基づいて合焦検索範囲を設定できるので、精度の高い合焦検索範囲を設定できる。
請求項3記載の発明によれば、各対物レンズ間に同焦補正量が存在していても、同焦補正量を考慮した被検体に応じた適切な合焦検索範囲の設定ができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本発明が適用される合焦装置の概略構成を示すもので、図6と同一部分には、同符号を付している。
【0016】
この場合、ステージ601上には、被検体として半導体ウェハ6’が載置されるものとする。この半導体ウェハ6’は、その中心部をステージ601上のエアチャック601aにより吸着保持される。
【0017】
また、駆動器13には、カウンタ17を接続している。このカウンタ17は、対物レンズ5と半導体ウェハ6’の距離を検出するもので、ここでは、駆動器13より対物レンズ5と半導体ウェハ6’との間の光軸方向(Z方向)の情報を受け取り、対物レンズ5のZ方向の座標位置を検出するものである。
【0018】
カウンタ17には、合焦検索範囲設定手段18を接続している。この合焦検索範囲設定手段18は、メモリ181と比較器182を有している。ここで、メモリ181は、カウンタ17の内容を記憶するものである。この場合、メモリ181に格納するデータは2つあり、一つは、合焦検索範囲の上限データ(MAX値)、もう一つは、合焦検索範囲の下限データ(MIN値)となっている。また、比較器182は、カウンタ17とメモリ181の内容の比較を行なうもので、ここでの比較結果によってメモリ181内のMAX値およびMIN値を更新するようにしている。
【0019】
合焦検索範囲設定手段18には、合焦制御器19、XY駆動器20およびオフセット部21を接続している。合焦制御器19は、駆動器13の前段に挿入されるもので、メモリ181および比較器182出力により合焦検索範囲の制御を行なうものである。XY駆動器20は、半導体ウェハ6’を光軸方向(Z方向)と直交する方向に移動させるようにステージ601をXY方向に駆動するためのものである。また、オフセット部21は、合焦検索範囲設定手段18により設定された合焦検索範囲を補正するためのものである。
【0020】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
まず、最初に基本サンプルとして任意に抽出した半導体ウェハ6’をステージ601上にセットし、合焦検索範囲の設定を行なう。
【0021】
この場合も、半導体ウェハ6’は、その中心部をステージ601上のエアチャック601aにより吸着保持される。また、対物レンズ5としては、最も低倍のものを用いる。これは、低倍の方が合焦の追従性がよいためで、必ずしもこれに限ったことではない。
【0022】
次に、図2に示すように半導体ウェハ6’上で合焦検索範囲設定のための測定ラインSPを決定する。この場合の測定ラインSPは、測定開始点Sとして半導体ウェハ6’上の周縁部を指定し、この測定開始点Sから半導体ウェハ6’の中心を通り、対角方向の周縁部に向かう直線状ラインからなっている。
【0023】
この状態から、まず、XY駆動器20によりステージ601を駆動し、測定開始点Sに対物レンズ5の光軸を一致させて合焦動作を行ない、カウンタ17により、対物レンズ5と半導体ウェハ6’との間の光軸方向(Z方向)の情報から対物レンズ5のZ方向の座標位置を検出する。この測定開始点Sの合焦座標位置は、初期値としてメモリ181内のMAX値およびMIN値に書き込まれる。
【0024】
次に、XY駆動器20によりステージ601を移動し、対物レンズ5の光軸を測定ラインSPに沿って移動して合焦動作を行ない、カウンタ17により、この時の対物レンズ5のZ方向の座標位置を検出する。以下、同様にして対物レンズ5の光軸を測定ラインSPに沿って移動させながら各測定点について合焦動作を行ない、対物レンズ5のZ方向の座標位置を検出していく。
【0025】
この場合、対物レンズ5のZ方向の座標位置は、上述したようにステージ601上に半導体ウェハ6’の中心部が支持され、その中央部が膨らむ方向に湾曲しているので、この湾曲に沿った図3に示すような軌跡として得られる。
【0026】
また、この場合のそれぞれの対物座標位置は、比較器182によりメモリ181に書き込まれた値との比較が行なわれ、この比較で、座標位置がMAX値に書き込まれた値より大きい場合は、その値でMAX値の更新を行ない、また、MIN値に書き込まれた値より小さい場合は、その値でMIN値の更新を行なう。これにより、測定ラインSPに沿った合焦動作が終了した時点でのメモリ181のMAX値とMIN値としては、測定ラインSP上における合焦時の対物レンズ5のZ方向の座標位置の最大値AF_U’と最小値AF_D’がそれぞれ書き込まれる。
【0027】
この場合、こうして測定された合焦検索範囲を、そのまま、その後の合焦動作の合焦検索範囲として設定すると、測定ラインSP上以外で合焦動作が行なわれた際に、合焦検索範囲を超えて、従来例で述べたように、対物レンズ5を合焦検索上限位置まで引き上げ、この位置から合焦検索下限位置の方向に距離を縮めながら合焦検索範囲すべてについて合焦検索を行なうことがある。
【0028】
そこで、ここでは、測定終了の後、図3に示すように求められた合焦検索範囲を以下の要領で手直しする。
この場合、オフセット部21よりオフセット量Fをメモリ181のMAX値には加算、MIN値には減算をそれぞれ行ない、これら新たな値の合焦検索上限位置AF_U、合焦検索下限位置AF_Dを、MAX値およびMIN値としてメモリ181に書き込み、これらMAX値からMIN値までの範囲を合焦検索範囲として設定する。ここで、オフセット部21のオフセット量Fは、例えば、図3に示すように、合焦検索範囲の最大値AF_U’から合焦検索上限位置(上限U)までの距離をR、最小値AF_D’から合焦検索下限位置(下限D)までの距離をR’としたとき、(R+R’)/4を最大の値として、この範囲から決定され、この決定されたオフセット量Fにより、新たな値を合焦検索上限位置AF_Uと合焦検索下限位置AF_Dが設定される。
【0029】
その後、このように設定された合焦検索範囲に基づいて、半導体ウェハ6’上での任意の観察点での合焦動作が行なわれる。この場合の合焦動作は、メモリ181のMAX値に書き込まれた合焦検索上限位置AF_Uと、MIN値に書き込まれた合焦検索下限位置AF_Dの範囲において対物レンズ5を移動させることにより、合焦点の検索が行なわれる。つまり、合焦位置の検索動作を行なうには、合焦制御器19により対物レンズ5を、一旦合焦検索上限位置AF_Uに示される位置まで移動させ、その後、合焦検索下限位置AF_Dに示される位置に向かって対物レンズ5を移動させながら、合焦検索を行なうようになる。
【0030】
従って、このような構成によれば、合焦位置の検索を行なうのに、従来では、対物レンズ5を、一旦合焦検索上限位置(上限U)まで広げて、この位置から合焦検索下限位置(下限D)方向に距離を縮めながら合焦検索範囲すべてについて合焦検索を行なっていたものを、半導体ウェハ6’に必要な合焦検索範囲、つまり合焦検索上限位置AF_Uから合焦検索下限位置AF_Dの間に絞り込んで行なうようにできるようになるので、合焦検索動作に要する時間を大幅に短縮することができ、これにより、特に、同種類の半導体ウェハ6’の欠陥検査などを数多く行なうような場合には、合焦検索動作にともなう時間的ロスを最小限にでき、作業能率を飛躍的に高めることができる。
【0031】
なお、上述した第1の実施の形態では、基本サンプルとなる半導体ウェハ6’の中心部をステージ601上のエアチャック601aにより吸着保持するものについて述べたが、半導体ウェハ6’の周縁部を吸着保持するものについても適用できる。この場合は、半導体ウェハ6’の中央部が凹む方向に湾曲した状態での合焦検索範囲の設定が行なわれる。
【0032】
また、カウンタ17は、対物レンズ5のZ方向の座標位置を検出する場合を述べたが、ステージ601のZ方向の座標位置を検出するようにしてもよい。
さらに、合焦検索範囲設定時における基本サンプルとなる半導体ウェハ6’上での測定ラインSPの決定は、その後の合焦時における対物レンズ5のZ軸座標の最大値、最小値を取り込むという観点で各種の応用が可能である。例えば、半導体ウェハ6’の中心で交わるような複数本の測定ラインSPを採用すれば、さらに精度よく合焦検索範囲の設定を行なうことができるし、また、サンプル表面をある程度網羅するような渦巻きなどの曲線であってもよいなど、オフセット量と組み合わせて各種の設定が可能である。また、測定ラインSPは、水平方向の移動だけでなく、半導体ウェハ6’の回転の動きに組み合わせたり、傾きや撓みを考慮したものでも有効である。
【0033】
さらにまた、オフセット部21で設定されるオフセット量は、一定とは限らず、例えば、対物レンズ5の倍率や焦点深度に基づいて可変としてもよいし、また温度による対物レンズ5の特性を考慮した値でもよい。
【0034】
また、合焦検索範囲設定動作である半導体ウェハ6’のステージ601上へのセット、対物レンズ5の交換、測定ラインSP上の対物位置の最大値、最小値の取り込み、同取り込み値からの合焦検索範囲の設定といった一連の流れを、電動ステージ、電動レボなどと組み合わせて自動的に行なうようにしてもよく、こうすれば、さらに時間的効率化が得られる。勿論、ステージ移動など一部の動作を手動に置き換えることもできる。
(第2の実施の形態)
図4は、本発明の第2の実施の形態の概略構成をを示すもので、図1と同一部分には、同符号を付している。
【0035】
この場合、5’は、対物レンズ5に代わる他の対物レンズを示している。また、合焦検索範囲設定手段18は、さらに同焦補正テーブル183と加算器184を有している。同焦補正テーブル183は、各対物レンズ5、5’ごとの同焦補正値を記憶したもので、ここでは、対物情報をもとに、基準となる対物に対する現在の対物位置のZ軸方向の補正量を出力するものである。これにより、対物レンズ5を対物レンズ5’に変更した場合、変更後の対物レンズ5’に対して同焦補正テーブル183で示される補正量だけ加算器184を介してメモリ181からの値に加算し、対物レンズ5’の位置をZ方向に移動することで、対物交換時の同焦補正を行なうようにしている。
【0036】
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
この場合、対物レンズ5を他の対物レンズ5’に変更したものとする。この場合も合焦検索範囲の設定が行なわれるが、この合焦検索範囲の設定中は、同焦補正テーブル183より補正量の出力を行なわないようになっている。このため、加算器184は、メモリ181からの値をそのまま出力するようになり、第1の実施の形態で述べたと同様な設定動作が行なわれる。
【0037】
ここで、かかる合焦検索範囲の設定動作により、図5に示すように合焦検索範囲aとして上限AF_U、下限AF_Dがそれぞれ設定されたとする。
この状態から、合焦動作が実行されると、同焦補正テーブル183は、変更後の対物レンズ5’の対物情報からZ軸方向の補正量を出力する。仮に、変更後の対物レンズ5’の同焦補正量がブラス値であるZ_OFF_1とすると、図5に示す合焦検索範囲aの上限AF_Uと下限AF_Dは、加算器184によって
AF_U+Z_OFF_1
AF_D+Z_OFF_1
となり、合焦検索範囲aは、補正量Z_OFF_1だけシフトされた合焦検索範囲bに補正されることになる。
【0038】
同様にして、変更後の対物レンズ5’の同焦補正量がマイナスの値であるZ_OFF_2である場合も、図5に示す合焦検索範囲aの上限AF_Uと下限AF_Dは、加算器184によって
AF_U+Z_OFF_2
AF_D+Z_OFF_2
となり、合焦検索範囲aは、補正量Z_OFF_2だけシフトされた合焦検索範囲cに補正されることになる。
【0039】
この場合、どちらの合焦検索範囲bまたはcは、限界値の範囲である上限Uと下限Dの範囲を優先することは勿論である。
従って、このような構成によれば、各対物レンズ5、5’間に同焦補正量が存在していても、これら同焦補正量を考慮した半導体ウェハ6’に応じた適切な合焦検索範囲の設定をできるので、さらに安定した合焦動作を迅速に行なうことができる。
【0040】
なお、上述した第1および第2の実施の形態では、光電変換を行なう受光素子が2個の場合を述べたが、その数量は、これに限ったものでない。また、上述では、駆動器13により対物レンズ5を光軸方向(Z方向)に駆動する場合を述べたが、駆動器13’を用いて、ステージ601を光軸方向(Z方向)に駆動するようにしてもよい。また、合焦検出手段としては、上述した方式に限らず、瞳分割法など周知の他の方式を採用することもできる。
【0041】
【発明の効果】
以上のべたように、本発明によれば、被検体ごとに必要とする合焦検索範囲を設定できるようになるので、合焦検索に要する時間を短縮でき、最小限の時間で合焦を行なうことができる。
【0042】
また、各対物レンズ間に同焦補正量が存在していても、これら同焦補正量を考慮した被検体に応じた適切な合焦検索範囲の設定ができ、さらに安定した合焦動作を迅速に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の概略構成を示す図。
【図2】第1の実施の形態の動作を説明するための図。
【図3】第1の実施の形態の動作を説明するための図。
【図4】本発明の第2の実施の形態の概略構成を示す図。
【図5】第2の実施の形態の動作を説明するための図。
【図6】従来の合焦装置の概略構成を示す図。
【図7】従来の合焦装置の合焦動作を説明するための図。
【図8】従来の合焦装置の合焦動作を説明するための図。
【符号の説明】
1…半導体レーザ
2…偏向ビームスプリッタ
3…結像レンズ
4…波長板
5.5’…対物レンズ
6…被検体
6’…半導体ウェハ
601…ステージ
601a…エアチャック
7…ビームスプリッタ
8.10…絞り
9…第1の受光素子
11…第2の受光素子
12…信号処理系
13…駆動器
14…リミット検出器
15…照明光源
16…観察光学系
17…カウンタ
18…合焦検索範囲設定手段
181…メモリ
182…比較器
183…同焦補正テーブル
184…加算器
19…合焦制御器
20…XY駆動器
21…オフセット部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a focusing device used for a microscope, an optical measuring instrument, and the like.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a focusing device, for example, as disclosed in JP-A-59-177510, measurement light is irradiated onto a subject surface through an objective lens, and focusing on the subject surface is performed based on the reflected light. What you have done is known.
[0003]
FIG. 6 shows a schematic configuration of such a focusing device, in which a laser beam emitted from a semiconductor laser 1 is reflected by a deflecting beam splitter 2, converted into a parallel beam by an imaging lens 3, and a ¼ wavelength plate. 4 is transmitted, and then condensed on the surface of the subject 6 on the stage 601 through the objective lens 5. Then, the light reflected from the surface of the subject 6 enters the deflecting beam splitter 2 again through the objective lens 5, the quarter-wave plate 4, and the imaging lens 3, and this time passes through the deflecting beam splitter 2. Then, the beam is split in two directions by the beam splitter 7, and one light beam is received by the first light receiving element 9 through the first diaphragm 8 positioned in front of the focusing point P of the imaging lens 3 by the distance L. In addition, the other light beam is received by the second light receiving element 11 through the second diaphragm 10 disposed behind the focusing point P of the imaging lens 3 by a distance L. Further, an electric signal corresponding to the amount of reflected light on the surface of the subject 6 from the first light receiving element 9 and the second light receiving element 11 is input to the signal processing system 12, and for each of the input electric signals Then, a predetermined calculation is performed, and an error signal corresponding to the displacement of the surface of the subject 6 is output.
[0004]
In this case, if the signal processing system 12 is supplied with electrical signals A and B having the characteristics shown in FIG. 7A as inputs from the first light receiving element 9 and the second light receiving element 11, As a signal for detecting the displacement of the surface of the subject 6, (A−B) / (A + B) is calculated, and an error signal that becomes 0 at the focal point F as shown in FIG. The driver 13 (13 ′) moves the objective lens 5 and the subject 6 relatively in the optical axis direction (Z direction) so that the surface of the subject 6 is located at a position where the error signal becomes 0, The focus position is obtained.
[0005]
In addition, relative movement between the objective lens 5 and the subject 6 is limited by monitoring the limit position by providing, for example, a limit detector 14 in order to prevent mechanical limitations and collision between the objective lens 5 and the subject 6. The focus search range is limited.
[0006]
Thus, for example, as shown in FIG. 8, the limiting position where the distance between the objective lens 5 and the subject 6 is the maximum is the focusing search upper limit position (upper limit U), and the distance between the objective lens 5 and the subject 6 is the minimum. Assuming that the in-focus search lower limit position (lower limit D), the in-focus position search is performed in the range between the upper limit U and the lower limit D.
In the drawing, 15 is an illumination power source for observation, and 16 is an observation optical system.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the subject 6 is a semiconductor wafer, the search position is different as shown in FIG. 8 only by the search position being different even on the same wafer due to, for example, bending when supporting the stage 601. The height of the wafer surface may differ between A and the search position B. In such a case, the in-focus search range required for the search position A is A ′, whereas the in-focus search range required for the search position B is B ′, and these required in-focus search ranges A 'And B' are different.
[0008]
For this reason, if the search position is moved to B from the state in which the search position A is focused in the focus search range A ′, the focus search range A ′ is focused on the search position B. Without being obtained, the apparatus once increases the distance between the objective lens 5 and the subject 6 to the in-focus search upper limit position (upper limit U) and reduces the distance from this position in the in-focus search lower limit position (lower limit D) direction. There is a problem in that the focus search is performed for the entire focus search range, the focus operation time is significantly increased, and the work efficiency of subject observation and the like is significantly reduced.
[0009]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a focusing apparatus that can set a focus search range required for each subject and can significantly reduce the time required for the focus search operation. And
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the subject surface is irradiated with the measurement light through the objective lens, and the subject and the objective lens are moved relative to each other in the optical axis direction based on the reflected light. in focusing device to find the focus to the surface, the performs a focusing operation Te into a plurality of measurement points along the measurement lines set on the subject, said subject or an objective lens in each of these measurement points Position detecting means for detecting the position in the optical axis direction, and adding a predetermined value to the maximum value and the minimum value of the position in the optical axis direction of the subject or objective lens detected by the position detecting means ; and a focusing search range setting means for setting a focus search range by, performing a focusing operation for the subject surface on the basis of the focus search range set by the focus search range setting means That It is a feature.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the measurement line set on the subject includes at least a straight line or a curved line passing through the center of the subject.
[0012]
The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1, further comprising a confocal correction table storing a confocal correction value for each objective lens, and the confocality of the confocal correction table corresponding to the objective lens. The focus search range set by the focus search range setting means is corrected based on the correction value.
[0013]
As a result, according to the first aspect of the present invention, it is possible to narrow down the focus search range necessary for the subject in order to search for the focus position, thereby greatly reducing the time required for the focus search operation. it can.
[0014]
According to the second aspect of the present invention, since the focus search range can be set based on the measurement values at the measurement points over a wide range including the central portion of the subject, a highly accurate focus search range can be set.
According to the third aspect of the present invention, even when a confocal correction amount exists between the objective lenses, it is possible to set an appropriate in-focus search range according to the subject in consideration of the confocal correction amount.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a focusing apparatus to which the present invention is applied, and the same parts as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals.
[0016]
In this case, it is assumed that the semiconductor wafer 6 ′ is placed on the stage 601 as a subject. The central portion of the semiconductor wafer 6 ′ is sucked and held by an air chuck 601 a on the stage 601.
[0017]
A counter 17 is connected to the driver 13. The counter 17 detects the distance between the objective lens 5 and the semiconductor wafer 6 ′. Here, information on the optical axis direction (Z direction) between the objective lens 5 and the semiconductor wafer 6 ′ is obtained from the driver 13. It receives and detects the coordinate position of the objective lens 5 in the Z direction.
[0018]
Focus counter range setting means 18 is connected to the counter 17. The focus search range setting means 18 includes a memory 181 and a comparator 182. Here, the memory 181 stores the contents of the counter 17. In this case, there are two data stored in the memory 181, one is the upper limit data (MAX value) of the focus search range, and the other is the lower limit data (MIN value) of the focus search range. . The comparator 182 compares the contents of the counter 17 and the memory 181 and updates the MAX value and the MIN value in the memory 181 based on the comparison result.
[0019]
A focus controller 19, an XY driver 20 and an offset unit 21 are connected to the focus search range setting means 18. The focus controller 19 is inserted in front of the driver 13 and controls the focus search range based on outputs from the memory 181 and the comparator 182. The XY driver 20 is for driving the stage 601 in the XY direction so as to move the semiconductor wafer 6 ′ in a direction orthogonal to the optical axis direction (Z direction). The offset unit 21 is for correcting the focus search range set by the focus search range setting means 18.
[0020]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
First, a semiconductor wafer 6 ′ arbitrarily extracted as a basic sample first is set on the stage 601, and a focus search range is set.
[0021]
Also in this case, the central portion of the semiconductor wafer 6 ′ is sucked and held by the air chuck 601 a on the stage 601. Further, the objective lens 5 having the lowest magnification is used. This is because the lower magnification provides better followability of focusing, and is not necessarily limited to this.
[0022]
Next, as shown in FIG. 2, a measurement line SP for setting a focus search range is determined on the semiconductor wafer 6 ′. In this case, the measurement line SP designates the peripheral edge on the semiconductor wafer 6 ′ as the measurement start point S, and extends straight from the measurement start point S to the diagonal peripheral edge through the center of the semiconductor wafer 6 ′. It consists of lines.
[0023]
From this state, first, the stage 601 is driven by the XY driver 20, the optical axis of the objective lens 5 is made to coincide with the measurement start point S, the focusing operation is performed, and the objective lens 5 and the semiconductor wafer 6 'are taken by the counter 17. The coordinate position in the Z direction of the objective lens 5 is detected from the information in the optical axis direction (Z direction) between the two. The in-focus coordinate position of the measurement start point S is written in the MAX value and the MIN value in the memory 181 as initial values.
[0024]
Next, the stage 601 is moved by the XY driver 20, the optical axis of the objective lens 5 is moved along the measurement line SP, and the focusing operation is performed, and the counter 17 in the Z direction of the objective lens 5 at this time is moved. Detect the coordinate position. Thereafter, in the same manner, the focusing operation is performed for each measurement point while moving the optical axis of the objective lens 5 along the measurement line SP, and the coordinate position of the objective lens 5 in the Z direction is detected.
[0025]
In this case, the coordinate position in the Z direction of the objective lens 5 is curved in the direction in which the central portion of the semiconductor wafer 6 'is supported on the stage 601 and the central portion is expanded as described above. It is obtained as a locus as shown in FIG.
[0026]
Each objective coordinate position in this case is compared with the value written in the memory 181 by the comparator 182. If the comparison shows that the coordinate position is larger than the value written in the MAX value, The MAX value is updated with the value. If the value is smaller than the value written in the MIN value, the MIN value is updated with the value. Thereby, as the MAX value and the MIN value of the memory 181 at the time when the focusing operation along the measurement line SP is completed, the maximum value of the coordinate position in the Z direction of the objective lens 5 at the time of focusing on the measurement line SP. AF_U ′ and minimum value AF_D ′ are written respectively.
[0027]
In this case, if the in-focus search range thus measured is set as the in-focus search range for the subsequent in-focus operation, the in-focus search range is set when the in-focus operation is performed outside the measurement line SP. Beyond that, as described in the conventional example, the objective lens 5 is lifted to the focus search upper limit position, and the focus search is performed for the entire focus search range while reducing the distance from this position toward the focus search lower limit position. There is.
[0028]
Therefore, here, after the measurement is completed, the in-focus search range obtained as shown in FIG. 3 is revised as follows.
In this case, the offset amount F is added to the MAX value of the memory 181 and subtracted from the MIN value by the offset unit 21, and the focus search upper limit position AF_U and the focus search lower limit position AF_D of these new values are set to MAX. Value and MIN value are written in the memory 181 and the range from the MAX value to the MIN value is set as the focus search range. Here, the offset amount F of the offset unit 21 is, for example, as shown in FIG. 3, R is the distance from the maximum value AF_U ′ of the focus search range to the focus search upper limit position (upper limit U), and the minimum value AF_D ′. When the distance from the focus search lower limit position (lower limit D) is R ′, (R + R ′) / 4 is set as the maximum value and is determined from this range, and a new value is determined by the determined offset amount F. The focus search upper limit position AF_U and the focus search lower limit position AF_D are set.
[0029]
Thereafter, a focusing operation at an arbitrary observation point on the semiconductor wafer 6 ′ is performed based on the focus search range set in this way. The focusing operation in this case is performed by moving the objective lens 5 within the range of the focus search upper limit position AF_U written in the MAX value of the memory 181 and the focus search lower limit position AF_D written in the MIN value. A focus search is performed. In other words, in order to perform the focus position search operation, the focus controller 19 moves the objective lens 5 to the position indicated by the focus search upper limit position AF_U, and then the focus search lower limit position AF_D. The focus search is performed while moving the objective lens 5 toward the position.
[0030]
Therefore, according to such a configuration, in order to search for the in-focus position, conventionally, the objective lens 5 is once extended to the in-focus search upper limit position (upper limit U), and the in-focus search lower limit position from this position. A focus search lower limit from the focus search range necessary for the semiconductor wafer 6 ′, that is, the focus search upper limit position AF_U, is obtained by performing the focus search for all the focus search ranges while reducing the distance in the (lower limit D) direction. Since it is possible to narrow down the position between the positions AF_D, the time required for the focus search operation can be greatly shortened, and in particular, many defect inspections of the same type of semiconductor wafer 6 ′ can be performed. In such a case, the time loss associated with the focus search operation can be minimized, and the work efficiency can be dramatically increased.
[0031]
In the first embodiment described above, the center portion of the semiconductor wafer 6 ′ as a basic sample is sucked and held by the air chuck 601a on the stage 601, but the peripheral portion of the semiconductor wafer 6 ′ is sucked. It can also be applied to what is held. In this case, the in-focus search range is set in a state where the central portion of the semiconductor wafer 6 ′ is curved in the concave direction.
[0032]
Further, although the counter 17 detects the coordinate position of the objective lens 5 in the Z direction, the counter 17 may detect the coordinate position of the stage 601 in the Z direction.
Further, the determination of the measurement line SP on the semiconductor wafer 6 ′, which is a basic sample when setting the focus search range, takes into account the maximum and minimum values of the Z-axis coordinates of the objective lens 5 during the subsequent focus. Various applications are possible. For example, if a plurality of measurement lines SP that intersect at the center of the semiconductor wafer 6 ′ are employed, the focus search range can be set with higher accuracy, and a spiral that covers the sample surface to some extent. Various settings can be made in combination with the offset amount. Further, the measurement line SP is effective not only in the horizontal direction but also in combination with the rotational movement of the semiconductor wafer 6 ′, or in consideration of the inclination and the deflection.
[0033]
Furthermore, the offset amount set by the offset unit 21 is not necessarily constant, and may be variable based on, for example, the magnification and the depth of focus of the objective lens 5, and the characteristics of the objective lens 5 due to temperature are taken into consideration. It may be a value.
[0034]
In addition, the focus search range setting operation is performed by setting the semiconductor wafer 6 ′ on the stage 601, exchanging the objective lens 5, taking in the maximum and minimum values of the objective position on the measurement line SP, and matching from the acquired value. A series of steps such as setting a focus search range may be automatically performed in combination with an electric stage, an electric revo, etc. In this way, further time efficiency can be obtained. Of course, some operations such as stage movement can be replaced with manual operation.
(Second Embodiment)
FIG. 4 shows a schematic configuration of the second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG.
[0035]
In this case, reference numeral 5 ′ denotes another objective lens that replaces the objective lens 5. Further, the focus search range setting means 18 further includes a focus correction table 183 and an adder 184. The in-focus correction table 183 stores in-focus correction values for the respective objective lenses 5 and 5 ′. Here, based on the object information, the current object position with respect to the reference object in the Z-axis direction is stored. The correction amount is output. Thereby, when the objective lens 5 is changed to the objective lens 5 ′, the correction amount indicated by the in-focus correction table 183 is added to the value from the memory 181 via the adder 184 with respect to the changed objective lens 5 ′. Then, by moving the position of the objective lens 5 ′ in the Z direction, the in-focus correction at the time of objective replacement is performed.
[0036]
Next, the operation of the embodiment configured as described above will be described.
In this case, it is assumed that the objective lens 5 is changed to another objective lens 5 ′. In this case as well, the in-focus search range is set. However, during the in-focus search range setting, the correction amount is not output from the in-focus correction table 183. For this reason, the adder 184 outputs the value from the memory 181 as it is, and the same setting operation as described in the first embodiment is performed.
[0037]
Here, it is assumed that the upper limit AF_U and the lower limit AF_D are respectively set as the focus search range a as shown in FIG. 5 by the operation of setting the focus search range.
When the focusing operation is executed from this state, the in-focus correction table 183 outputs the correction amount in the Z-axis direction from the objective information of the objective lens 5 ′ after the change. Assuming that the in-focus correction amount of the objective lens 5 ′ after the change is a brass value Z_OFF_1, the upper limit AF_U and the lower limit AF_D of the focus search range a shown in FIG.
AF_D + Z_OFF_1
Thus, the focus search range a is corrected to the focus search range b shifted by the correction amount Z_OFF_1.
[0038]
Similarly, even when the in-focus correction amount of the objective lens 5 ′ after the change is a negative value Z_OFF_2, the upper limit AF_U and the lower limit AF_D of the focus search range a shown in FIG.
AF_D + Z_OFF_2
Thus, the in-focus search range a is corrected to the in-focus search range c shifted by the correction amount Z_OFF_2.
[0039]
In this case, of course, which focus search range b or c gives priority to the range of the upper limit U and the lower limit D, which is the limit value range.
Therefore, according to such a configuration, even when there is an in-focus correction amount between the objective lenses 5 and 5 ′, an appropriate in-focus search according to the semiconductor wafer 6 ′ in consideration of the in-focus correction amount. Since the range can be set, a more stable focusing operation can be performed quickly.
[0040]
In the first and second embodiments described above, the case where there are two light receiving elements that perform photoelectric conversion has been described, but the number is not limited to this. In the above description, the case where the objective lens 5 is driven in the optical axis direction (Z direction) by the driver 13 has been described. However, the stage 601 is driven in the optical axis direction (Z direction) using the driver 13 ′. You may do it. Further, the focus detection means is not limited to the above-described method, and other well-known methods such as a pupil division method may be employed.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since a focus search range required for each subject can be set, the time required for the focus search can be shortened, and focusing is performed in a minimum time. be able to.
[0042]
In addition, even if there is an in-focus correction amount between each objective lens, an appropriate in-focus search range can be set according to the subject in consideration of the in-focus correction amount, and a more stable in-focus operation can be performed quickly. Can be done.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment;
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment;
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the second embodiment;
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional focusing device.
FIG. 7 is a view for explaining a focusing operation of a conventional focusing device.
FIG. 8 is a diagram for explaining a focusing operation of a conventional focusing device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor laser 2 ... Deflection beam splitter 3 ... Imaging lens 4 ... Wavelength plate 5.5 '... Objective lens 6 ... Test object 6' ... Semiconductor wafer 601 ... Stage 601a ... Air chuck 7 ... Beam splitter 8.10 ... Diaphragm DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... 1st light receiving element 11 ... 2nd light receiving element 12 ... Signal processing system 13 ... Driver 14 ... Limit detector 15 ... Illumination light source 16 ... Observation optical system 17 ... Counter 18 ... Focus search range setting means 181 ... Memory 182 ... Comparator 183 ... Focus correction table 184 ... Adder 19 ... Focus controller 20 ... XY driver 21 ... Offset unit

Claims (3)

被検体面に対物レンズを通して測定光を照射するとともに、その反射光に基づいて前記被検体と対物レンズの距離を光軸方向に相対的に移動させて前記被検体面に対する合焦を検索する合焦装置において、
前記被検体上に設定される測定ラインに沿った複数の測定点にて合焦動作を行なうとともに、これら各測定点での前記被検体または対物レンズの前記光軸方向の位置を検出する位置検出手段と、
この位置検出手段で検出された前記被検体または対物レンズの前記光軸方向の位置の最大値と最小値に予め定められた値を加えることで合焦検索範囲を設定する合焦検索範囲設定手段と
を具備し、
この合焦検索範囲設定手段により設定された前記合焦検索範囲に基づいて前記被検体面に対する合焦動作を実行することを特徴とする合焦装置。
The object surface is irradiated with the measurement light through the objective lens, and the distance between the object and the objective lens is relatively moved in the optical axis direction based on the reflected light to search for the focus on the object surface. In the focusing device,
Wherein performs a focusing operation Te into a plurality of measurement points along the measurement lines set on the object, the position detection for detecting the position along the optical axis of the object or objective lens in each of these measurement points Means,
Focus search range setting means for setting a focus search range by adding a predetermined value to the maximum value and minimum value of the position of the subject or objective lens in the optical axis direction detected by the position detection means And
Focusing apparatus characterized by performing a focusing operation for the subject surface on the basis of the focus search range set by the focus search range setting means.
前記被検体上に設定される測定ラインは、少なくとも前記被検体の中心を通る直線または曲線状のラインからなることを特徴とする請求項1記載の合焦装置。  The focusing apparatus according to claim 1, wherein the measurement line set on the subject includes at least a straight line or a curved line passing through the center of the subject. さらに各対物レンズごとの同焦補正値を格納した同焦補正テーブルを有し、
前記対物レンズに対応する前記同焦補正テーブルの同焦補正値に基づいて前記合焦検索範囲設定手段により設定された合焦検索範囲を補正することを特徴とする請求項1記載の合焦装置。
Furthermore, it has a focusing correction table that stores the focusing correction value for each objective lens,
2. The focusing device according to claim 1, wherein the focus search range set by the focus search range setting means is corrected based on a focus correction value of the focus correction table corresponding to the objective lens. .
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