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JPS6342762B2 - - Google Patents
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JPS6342762B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6342762B2
JPS6342762B2 JP55140610A JP14061080A JPS6342762B2 JP S6342762 B2 JPS6342762 B2 JP S6342762B2 JP 55140610 A JP55140610 A JP 55140610A JP 14061080 A JP14061080 A JP 14061080A JP S6342762 B2 JPS6342762 B2 JP S6342762B2
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JP
Japan
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sample
pinhole
photoelectric element
objective lens
laser light
Prior art date
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Expired
Application number
JP55140610A
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Japanese (ja)
Other versions
JPS5764712A (en
Inventor
Nobuyuki Akyama
Yoshimasa Ooshima
Mitsuyoshi Koizumi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Priority to US06/310,240 priority patent/US4433235A/en
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    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00Microscopes
    • G02B21/24Base structure
    • G02B21/241Devices for focusing
    • G02B21/245Devices for focusing using auxiliary sources, detectors

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は顕微鏡に係り、とくに自動焦点を行う
ために必要な焦点位置検出装置を備えた顕微鏡に
関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a microscope, and more particularly to a microscope equipped with a focus position detection device necessary for automatic focusing.

高集積LSI、バルブメモリ、撮像管面板は、2
〜3μmの微細パターンを有するため、これらの
部品の外観検査には、高位率の顕微鏡が一般に使
用されている。高倍率の顕微鏡の焦点深度は1μ
m以下であり、精密な自動焦点合せ機構が要求さ
れている。特に、自動検査装置では、高速で常に
自動焦点合せを行う機構が必要である。
Highly integrated LSI, valve memory, and image pickup tube face plate are 2
Because of their fine patterns of ~3 μm, high-power microscopes are commonly used for visual inspection of these parts. The depth of focus of a high magnification microscope is 1μ
m or less, and a precise automatic focusing mechanism is required. In particular, automatic inspection equipment requires a mechanism that constantly performs automatic focusing at high speed.

このような自動焦点合せに関する従来技術の1
つを第1図を参照して説明する。
One of the conventional techniques related to such automatic focusing
One will be explained with reference to FIG.

レーザ光1は実線で示す如く凹レンズ2で拡が
り、半透鏡3で反射し、対物レンズ6で集光して
合焦点時の試料4の上に微小スポツト11を形成
する。この面からの反射光は再び対物レンズ6を
通り、点14に集光する。然るに試料が4から5
の位置にずれると、試料面5からの反射光は破線
で示す如く、対物レンズ6を通過した後、点15
に集光する。このように試料面が4から5に移動
すると、集光点の位置は14から15に移動する
ので、集光点の位置が14になるように試料面を
上下させれば、試料面を4の位置に保持すること
が出来る。
The laser beam 1 is spread by a concave lens 2 as shown by a solid line, reflected by a semi-transparent mirror 3, and condensed by an objective lens 6 to form a minute spot 11 on the sample 4 at a focused point. The reflected light from this surface passes through the objective lens 6 again and is focused on a point 14. However, the number of samples is 4 to 5.
, the reflected light from the sample surface 5 passes through the objective lens 6 and reaches the point 15, as shown by the broken line.
The light is focused on. When the sample surface moves from 4 to 5 in this way, the position of the focal point moves from 14 to 15, so if you move the specimen surface up and down so that the focal point is at position 14, you can move the specimen surface to 4. It can be held in position.

次に集光点14の位置を検出する従来法を述べ
る。
Next, a conventional method for detecting the position of the focal point 14 will be described.

ピンホール9を有するピンホール板8を上下方
向に移動させる。一方、ピンホール板8の上に
は、光電素子10が搭載されており、ピンホール
通過した反射光を検出している。
A pinhole plate 8 having pinholes 9 is moved in the vertical direction. On the other hand, a photoelectric element 10 is mounted on the pinhole plate 8, and detects the reflected light that has passed through the pinhole.

第2図で、横軸xはピンホール板8の移動量を
示し、縦軸Vは光電素子10の出力を示してい
る。
In FIG. 2, the horizontal axis x indicates the amount of movement of the pinhole plate 8, and the vertical axis V indicates the output of the photoelectric element 10.

曲線16,17はいずれもピンホール板8をx
方向に移動した時の光電素子出力Vの関係を示し
たものである。第1図で試料が4の位置にある時
にはこれに対応する集光点14の位置18で光電素
子出力Vが最大になる。一方試料が5の位置にあ
る時にはこれに対応する集光点15の位置19で光
電素子出力Vが最大になる。このように光電素子
出力Vが最大になる点を求めれば第1図に於ける
集光点の位置(14又は15)を求めることが出
来る。
Curves 16 and 17 both have pinhole plate 8 x
It shows the relationship of the photoelectric element output V when moving in the direction. When the sample is at position 4 in FIG. 1, the photoelectric element output V becomes maximum at position 18 of the focal point 14 corresponding to this. On the other hand, when the sample is at position 5, the photoelectric element output V becomes maximum at position 19 of the condensing point 15 corresponding to this. By finding the point where the photoelectric element output V becomes maximum in this way, the position (14 or 15) of the condensing point in FIG. 1 can be found.

しかしながら上記した従来技術には次の如き問
題点がある。
However, the above-mentioned conventional technology has the following problems.

試料面上に反射率の高いパターンが存在し、こ
れが第1図の20の方向に高速で移動している場
合を想定する。ピンホール板8が移動している最
中に反射率の高いパターンが通過するので、この
時の移動量xと光電素子出力Vの関係は第3図の
ようになり、反射率の高いパターン21が通過し
た時に出力22が発生する。この場合には22
が、合焦点位置18に於ける出力23より大になる
ため、21を合焦点位置であると判定してしま
う。
Assume that a pattern with high reflectance exists on the sample surface and is moving at high speed in the direction 20 in FIG. Since a pattern with high reflectance passes while the pinhole plate 8 is moving, the relationship between the amount of movement x and the output V of the photoelectric element at this time is as shown in FIG. 3, and the pattern 21 with high reflectance Output 22 is generated when . In this case 22
is larger than the output 23 at the in-focus position 18, so 21 is determined to be the in-focus position.

このように従来は試料面上に反射率の高いパタ
ーンが存在する場合には正確に合焦点位置を検出
できなかつたので、自動焦点合せが出来なかつ
た。以上は試料面上に反射率の高いパターンが存
在する場合を説明したが、反射率の低いパターン
及び段差のあるパターンが存在する場合も同様に
して光電素子出力が最大になる点をもつて合焦点
位置であるとは言えなくなるので、自動焦点合せ
が出来なかつた。そのため、従来は、空気マイク
ロメータを用いて試料上面の高さを検出して、自
動焦点合せを行うのが一般的であつた。しかしな
がら、試料面上に空気を吹き付けると、微細なゴ
ミも同時に吹きつけていた。従来は、微細なゴミ
の付着は問題にならなかつたが、半導体などの産
業分野においては、最初のパターンの微細化に伴
つて、このような微細なゴミが付着してもパター
ン欠陥が発生するケースが生じて来ており、空気
マイクロメータは次第に使用出来なくなつて来て
いる。
As described above, in the past, when a pattern with high reflectance existed on the sample surface, the in-focus position could not be detected accurately, and automatic focusing was not possible. The above explanation deals with the case where there is a pattern with a high reflectance on the sample surface, but when there is a pattern with a low reflectance or a pattern with steps, the point where the photoelectric element output is maximum is similarly determined. Automatic focusing was not possible because it could no longer be said to be in focus position. Therefore, conventionally, it has been common to use an air micrometer to detect the height of the top surface of the sample and perform automatic focusing. However, when air was blown onto the sample surface, fine dust was also blown at the same time. In the past, the adhesion of fine dust did not pose a problem, but in industrial fields such as semiconductors, as the initial pattern becomes finer, pattern defects can occur even if such fine dust adheres. Air micrometers are becoming increasingly unusable.

本発明の目的は上記した従来技術の欠点をなく
し、試料面上に反射率の高いパターン、反射率の
低いパターン及び段差のあるパターン等が存在す
る場合でも自動焦点合せを可能とする焦点位置検
出装置を備えた顕微鏡を提供することにある。
The purpose of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and to detect a focus position that enables automatic focusing even when there are patterns with high reflectance, patterns with low reflectance, patterns with steps, etc. on the sample surface. An object of the present invention is to provide a microscope equipped with a device.

本発明の主たる特徴は、試料面4及び5からの
反射光を第2の光電素子で検出し、この検出値を
常に一定に保つべくレーザ光1の強度を変化させ
るようにしていることである。即ち反射率の高い
パターンによつて検出値が大になつた時には、レ
ーザ光1の強度を低減し、第3図に示す22の如
き出力の発生を防止するようにしていることであ
る。
The main feature of the present invention is that the reflected light from the sample surfaces 4 and 5 is detected by a second photoelectric element, and the intensity of the laser beam 1 is varied in order to keep this detected value constant. . That is, when the detected value becomes large due to a pattern with a high reflectance, the intensity of the laser beam 1 is reduced to prevent the generation of an output such as 22 shown in FIG. 3.

本発明の1つの特徴は、レーザー光源として、
極めて高速に応答する半導体レーザー発振器を使
用し、第2の光電素子の出力によつて、半導体レ
ーザー発振器の印加電圧を制御するようにしてい
ることである。
One feature of the present invention is that as a laser light source,
A semiconductor laser oscillator that responds extremely quickly is used, and the voltage applied to the semiconductor laser oscillator is controlled by the output of the second photoelectric element.

本発明の今1つの特徴は、第2の光電素子の前
面に、ピンホールを設け、試料の裏面反射光等を
検出しないようにしていることである。
Another feature of the present invention is that a pinhole is provided on the front surface of the second photoelectric element to prevent light reflected from the back surface of the sample from being detected.

以下図面を用いて本発明の一実施例を説明す
る。第4図は本発明の一実施例の正面図である。
半導体レーザ発振器24から出たレーザ光は実線
で示す如く凸レンズ25で集光し、凹レンズ26
で拡大し、偏光ビームスプリツタ27、4分の1
波長板28を通り、半透鏡29で反射して対物レ
ンズ30に入り、試料31の上にレーザスポツト
32を形成する。試料面での反射光は再度対物レ
ンズ30により集められて29で反射し28を通
過した後27で反射する。なお33は観察光学系
である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 4 is a front view of one embodiment of the present invention.
The laser beam emitted from the semiconductor laser oscillator 24 is condensed by a convex lens 25 as shown by the solid line, and then condensed by a concave lens 26.
Magnify with polarizing beam splitter 27, 1/4
The light passes through the wavelength plate 28, is reflected by the semi-transparent mirror 29, enters the objective lens 30, and forms a laser spot 32 on the sample 31. The reflected light from the sample surface is again collected by the objective lens 30, reflected at 29, passed through 28, and then reflected at 27. Note that 33 is an observation optical system.

第5図は本発明の一実施例の平面図である。2
7で反射した光は凹レンズ34で拡がり、ビーム
スプリツタ35で分岐し、反射光強度測定光学系
36と焦点位置検出光学系37に達する。36は
試料表面の反射光の強度を測定するもので、集光
レンズ38、ピンホール板39、および光電素子
40から構成されている。ここで39は試料裏面
からの反射光を検出せず、試料表面からの反射光
のみを検出するために設けたものである。これに
より試料表面にのみ焦点合せが可能となる。一方
37は試料面の焦点位置を検出するもので、集光
レンズ41、スリツト板42、バイモルフ振動子
43、および光電素子44から構成されている。
ここでスリツト板42を振動させるためにバイモ
ルフ振動子43を片持梁状態で使用している。そ
のため42が振動する時に左右方向に42が変位
するので、ここでは従来のピンホールの代りにス
リツトを使用している。
FIG. 5 is a plan view of an embodiment of the present invention. 2
The light reflected at 7 is spread by a concave lens 34, split by a beam splitter 35, and reaches a reflected light intensity measuring optical system 36 and a focal position detecting optical system 37. Reference numeral 36 measures the intensity of reflected light from the sample surface, and is comprised of a condenser lens 38, a pinhole plate 39, and a photoelectric element 40. Here, reference numeral 39 is provided to detect only the reflected light from the front surface of the sample without detecting the reflected light from the back surface of the sample. This allows focusing only on the sample surface. On the other hand, numeral 37 detects the focal position of the sample surface, and is composed of a condenser lens 41, a slit plate 42, a bimorph oscillator 43, and a photoelectric element 44.
Here, in order to vibrate the slit plate 42, a bimorph vibrator 43 is used in a cantilevered state. Therefore, when 42 vibrates, 42 is displaced in the left-right direction, so here a slit is used instead of the conventional pinhole.

第6図に光電素子40の出力が常に一定になる
ように半導体レーザ発振器24の印加電圧を制御
する制御回路の一実施例を示している。
FIG. 6 shows an embodiment of a control circuit that controls the voltage applied to the semiconductor laser oscillator 24 so that the output of the photoelectric element 40 is always constant.

第6図で、光電素子40の出力が常にV1にな
るように制御するのが目的である。V1は定電圧
電源45とポテンシヨメータ46により作られ
る。一方光電素子40の出力は増幅器47で増幅
され、その電圧をV2とする。V1とV2を差動増幅
器48で増幅し、その出力を半導体レーザ発振器
24に印加すれば、24からは常にV2がV1に等
しくなるようにレーザ光が発生する。
In FIG. 6, the purpose is to control the output of the photoelectric element 40 to always be V1 . V 1 is generated by a constant voltage power supply 45 and a potentiometer 46 . On the other hand, the output of the photoelectric element 40 is amplified by an amplifier 47, and its voltage is set to V2 . If V 1 and V 2 are amplified by the differential amplifier 48 and the output thereof is applied to the semiconductor laser oscillator 24, laser light is generated from the semiconductor laser oscillator 24 so that V 2 is always equal to V 1 .

以上の制御回路を用いれば、第3図で述べたよ
うに、スリツトが移動中に反射率の高いパターン
が通過し、22の如く高い出力が検出された場合
でも、上記した制御回路により半導体レーザ発振
器24のレーザ光が弱くなり、第7図の如く22
が49のように低下する。
If the above control circuit is used, as described in FIG. The laser beam from the oscillator 24 becomes weaker, and as shown in FIG.
decreases to 49.

以上は試料上に反射率の高いパターンが存在す
る場合を述べたが、反射率の低いパターン及び段
差のあるパターンが存在する場合も同様にして半
導体レーザ発振器24が制御され、自動焦点位置
検出が可能となる。
The above describes the case where a pattern with high reflectance exists on the sample, but the semiconductor laser oscillator 24 is controlled in the same way when a pattern with low reflectance or a pattern with steps exists, and automatic focus position detection is performed. It becomes possible.

このように本発明によれば、空気マイクロメー
タに代る汎用性の高い自動焦点合せ装置が提供さ
れるので、微細パターン形成工程における欠陥発
生率が大幅に低減する。
As described above, according to the present invention, a highly versatile automatic focusing device that can replace an air micrometer is provided, so that the defect occurrence rate in the fine pattern forming process is significantly reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の自動焦点位置検出装置の概略構
成図、第2図は第1図に示す自動焦点位置検出装
置における検出法の説明図、第3図は従来の検出
法の問題点を説明する図、第4図は本発明による
自動焦点位置検出装置の一実施例を示す正面図、
第5図は第4図の平面図、第6図は半導体レーザ
発振器の出力を制御する一実施例回路図、第7図
は第6図の制御回路を用いた時の検出信号の図で
ある。 24……半導体レーザ発振器、30……対物レ
ンズ、31……試料、32……レーザースポツ
ト、36……反射光強度測定光学系、37……焦
点位置検出光学系、39……ピンホール板、40
……光電素子、42……スリツト板、44……光
電素子。
Figure 1 is a schematic configuration diagram of a conventional automatic focus position detection device, Figure 2 is an explanatory diagram of the detection method in the automatic focus position detection device shown in Figure 1, and Figure 3 explains problems with the conventional detection method. FIG. 4 is a front view showing an embodiment of the automatic focus position detection device according to the present invention.
5 is a plan view of FIG. 4, FIG. 6 is a circuit diagram of an embodiment for controlling the output of a semiconductor laser oscillator, and FIG. 7 is a diagram of a detection signal when the control circuit of FIG. 6 is used. . 24... Semiconductor laser oscillator, 30... Objective lens, 31... Sample, 32... Laser spot, 36... Reflected light intensity measurement optical system, 37... Focus position detection optical system, 39... Pinhole plate, 40
...Photoelectric element, 42...Slit plate, 44...Photoelectric element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 微細パターンを有する試料を、対物レンズの
光軸と直角な面方向に移動させて対物レンズから
得られる試料上の微細パターンを観察する顕微鏡
において、レーザ光源と、該レーザ光源から照射
されたレーザ光を上記対物レンズを通して上記移
動する試料上に集光照明する照明光学系と、該照
明光学系で照明された試料面からの反射光像を上
記対物レンズで通過後、分岐する分岐光学系と、
該分岐光学系で分岐された一方の光像について試
料の表面からの反射光像のみを通過させるべく上
記光軸上に設置されたピンホールを有し、光軸方
向に振動するスリツト振動板と、該スリツト振動
板のピンホールを通過した光像を検出する第1の
光電素子と、上記分岐光学系で分岐された他方の
光像について試料の表面からの反射光像のみを通
過させるべく上記光軸上に設置されたピンホール
を有するピンホール板と、該ピンホール板のピン
ホールを通過した光像を検出する第2の光電素子
と、該第2の光電素子から得られる検出信号に基
いて上記レーザ光源に印加する電圧を制御する制
御手段と、該制御手段によつて制御されたレーザ
光源から照射されたレーザ光に基いて上記第1の
光電素子から出力される映像信号の最大を示す位
置に試料を位置付けする合焦点制御手段とを備え
たことを特徴とする顕微鏡。
1 In a microscope that moves a sample having a fine pattern in a plane direction perpendicular to the optical axis of the objective lens and observes the fine pattern on the sample obtained from the objective lens, a laser light source and a laser irradiated from the laser light source are used. an illumination optical system that condenses and illuminates the moving sample through the objective lens; and a branching optical system that branches the reflected light image from the sample surface illuminated by the illumination optical system after passing through the objective lens. ,
a slit diaphragm having a pinhole installed on the optical axis and vibrating in the optical axis direction so as to pass only the reflected optical image from the surface of the sample for one optical image branched by the branching optical system; , a first photoelectric element for detecting a light image that has passed through the pinhole of the slit diaphragm, and a first photoelectric element that detects the light image that has passed through the pinhole of the slit diaphragm; A pinhole plate having a pinhole installed on the optical axis, a second photoelectric element that detects an optical image passing through the pinhole of the pinhole plate, and a detection signal obtained from the second photoelectric element. a control means for controlling the voltage applied to the laser light source based on the control means; and a maximum of the video signal output from the first photoelectric element based on the laser light emitted from the laser light source controlled by the control means. A microscope characterized in that it is equipped with a focusing point control means for positioning a sample at a position showing.
JP14061080A 1980-10-09 1980-10-09 Detector for focusing position Granted JPS5764712A (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP14061080A JPS5764712A (en) 1980-10-09 1980-10-09 Detector for focusing position
US06/310,240 US4433235A (en) 1980-10-09 1981-10-09 Focusing position detecting device in optical magnifying and observing apparatus

Applications Claiming Priority (1)

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JPS5764712A JPS5764712A (en) 1982-04-20
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Families Citing this family (2)

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