JP2000056236A - Focusing device, focusing method, optical constant measuring instrument and microscope - Google Patents
Focusing device, focusing method, optical constant measuring instrument and microscopeInfo
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Landscapes
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光源からの光を収
束して物体面上に焦点を合わせるために用いる焦点合わ
せ装置および方法、並びに、試料からの反射光の測定に
より試料の光学定数や試料表面に形成された薄膜の光学
定数を求めるための光学定数測定装置、およびこれらを
用いた顕微鏡に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a focusing device and a focusing method used for focusing light from a light source to focus on an object surface, and an optical constant of a sample by measuring reflected light from the sample. The present invention relates to an optical constant measuring device for determining an optical constant of a thin film formed on a sample surface, and a microscope using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】光源からの光、たとえばレーザ光等のコ
ヒーレント光を用いる装置においては、それを収束する
際に、焦点を正確に所望の位置に合わせることを要求さ
れる場合が多い。たとえば、レーザ光等の光ビームを収
束して試料表面に照射し、試料表面に設けられた単層あ
るいは多層の薄膜の厚さを測定する技術が知られている
(特開平3−17505号公報、以下、BPR法(Beam
Profile Reflectometry)と呼ぶこともある。)。この
BPR法は、上記薄膜に収束光ビームまたは発散光ビー
ムを照射することにより様々な角度θから光を照射し、
該薄膜からの反射光(薄膜表面、裏面からの反射光およ
び薄膜中を散乱した後表面から出射した光)の光ビーム
内光強度分布(反射率分布)を上記入射角θに関する分
布として検出し、検出された分布に基づいて薄膜や基板
の膜厚や屈折率、減衰係数といった光学特性値を求める
方法で、たとえば検出された分布を、特定の膜における
予め求められている各膜厚における理論上の分布と照合
し、どの膜厚における分布と一致するかをみることによ
って、測定対象である上記薄膜の膜厚等の光学特性値を
算出するようにしたものである。2. Description of the Related Art In an apparatus using light from a light source, for example, coherent light such as laser light, it is often required to accurately focus on a desired position when converging the light. For example, there is known a technique in which a light beam such as a laser beam is converged and irradiated on a sample surface to measure the thickness of a single-layer or multi-layer thin film provided on the sample surface (Japanese Patent Laid-Open No. 17505/1991). Hereinafter, the BPR method (Beam
Profile Reflectometry). ). This BPR method irradiates light from various angles θ by irradiating the thin film with a convergent light beam or a divergent light beam,
The light intensity distribution (reflectance distribution) in the light beam of the reflected light from the thin film (reflected light from the front and back surfaces of the thin film and light emitted from the front surface after being scattered in the thin film) is detected as a distribution related to the incident angle θ. In a method of obtaining optical characteristic values such as a film thickness, a refractive index, and an attenuation coefficient of a thin film or a substrate based on a detected distribution, for example, the detected distribution is calculated based on a theoretical value at a predetermined film thickness of a specific film. The optical characteristics such as the film thickness of the thin film to be measured are calculated by comparing the above distribution with the distribution at which film thickness is matched.
【0003】このような測定技術においては、焦点の位
置が正確に所望の位置に調整されている程、測定精度が
高まり、薄膜の膜厚等が精度良く測定できるようにな
る。したがって、まず、合焦位置が正確に所望の位置に
調整されることが要求される。In such a measurement technique, the more accurately the focal position is adjusted to a desired position, the higher the measurement accuracy is, and the more accurately the film thickness of the thin film can be measured. Therefore, first, it is required that the in-focus position is accurately adjusted to a desired position.
【0004】また、上記のような薄膜の膜厚測定技術に
限らず、合焦が要求される測定技術においては、容易に
かつ迅速に、しかも正確に焦点位置を所望の位置に調整
できれば、種々の分野において有用な技術となる。In addition to the thin film thickness measuring technique as described above, in a measuring technique that requires focusing, if the focus position can be easily, quickly and accurately adjusted to a desired position, various methods can be used. This is a useful technique in the field of
【0005】さらに、対物レンズを使用する測定技術、
とくに測定対象に応じて複数の対物レンズの中から特定
の対物レンズ使用して測定する技術においては、現在ど
のレンズが使用されているかを、光学的にかつ自動的に
検知できると、極めて便利な場合が多い。Further, a measurement technique using an objective lens,
In particular, in a technique of measuring using a specific objective lens from among a plurality of objective lenses according to a measurement target, it is extremely convenient to be able to automatically and automatically detect which lens is currently used. Often.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光の
合焦を正確にかつ容易にしかも迅速に行うことができる
ようにすることにあり、焦点を精度よく所望の位置に調
整することによって、各種測定装置の精度をより高め
る、あるいはコヒーレント光を使用する各種装置に所望
の性能を発揮させる、ないしは性能をより高めることに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to make it possible to accurately, easily and quickly focus light, and to precisely adjust a focus to a desired position. Accordingly, it is an object of the present invention to further improve the accuracy of various measuring devices, to allow various devices using coherent light to exhibit desired performance, or to further enhance performance.
【0007】また、本発明の課題は、上記の合焦動作を
効率よく自動的に行うことができるようにすることにあ
る。Another object of the present invention is to enable the above-mentioned focusing operation to be performed efficiently and automatically.
【0008】さらに、本発明の課題は、本発明による手
法を利用して、対物レンズを使用する測定装置におい
て、使用している対物レンズの種類を光学的に、正確か
つ自動的に把握できるようにすることにある。Another object of the present invention is to make it possible to accurately and automatically grasp the type of an objective lens used in a measuring apparatus using the objective lens by utilizing the method according to the present invention. It is to make.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の焦点合わせ装置は、光源と、該光源からの
光を物体の面に導くとともに該物体面からの反射光の少
なくとも一部を光検出手段に導く第1の光学系と、前記
物体を前記第1の光学系に対し相対変位させたときの前
記光検出手段における前記反射光の光検出領域の広がり
に基づく合焦信号を出力する第1の合焦信号出力手段を
有することを特徴とするものからなる。In order to solve the above-mentioned problems, a focusing apparatus according to the present invention comprises a light source, and a light source for guiding light from the light source to a surface of an object and at least one of reflected light from the object surface. A first optical system that guides a portion to light detection means, and a focus signal based on the spread of a light detection area of the reflected light in the light detection means when the object is relatively displaced with respect to the first optical system. And a first focus signal output unit for outputting the first focus signal.
【0010】この焦点合わせ装置においては、たとえ
ば、前記光源をコヒーレント光を出力するものとし、該
光源からのコヒーレント光を物体の面に導くとともに該
物体面からの反射光の少なくとも一部を前記光源に入射
する第2の光学系と、前記光源のコヒーレント光の発光
量を検出する光量検出手段と、前記物体を前記第2の光
学系に対し相対変位させたときの前記光量検出手段によ
る検出光量に基づく合焦信号を出力する第2の合焦信号
出力手段を有するものに構成できる。In this focusing apparatus, for example, the light source outputs coherent light, the coherent light from the light source is guided to the surface of an object, and at least a part of light reflected from the object surface is converted to the light source. A second optical system that is incident on the light source, a light amount detecting unit that detects an amount of emitted coherent light from the light source, and a light amount that is detected by the light amount detecting unit when the object is relatively displaced with respect to the second optical system. And a second focus signal output unit that outputs a focus signal based on the second focus signal.
【0011】また、上記焦点合わせ装置は、前記物体を
少なくとも前記第1の光学系に対し相対変位させるアク
チュエータを有し、該アクチュエータの作動が前記第1
の合焦信号出力手段の出力に連動されていることが好ま
しい。このようなアクチュエータを有することにより、
合焦動作を容易に自動化できる。Further, the focusing device has an actuator for relatively displacing the object with respect to at least the first optical system, and the operation of the actuator is performed by the first optical system.
It is preferable to be linked with the output of the focusing signal output means. By having such an actuator,
Focusing operation can be easily automated.
【0012】上記アクチュエータは、前記物体と前記第
1の光学系との距離が合焦状態よりも十分に大きいとき
に前記距離を短縮する方向に第1の作動速度で作動さ
れ、前記第1の合焦信号出力手段の出力の変化に基づい
て作動速度を前記第1の作動速度よりも遅い第2の作動
速度に切り替え作動されるものであることが好ましい。
このような作動速度の制御を行うことにより、合焦点の
ごく近傍位置までは第1の作動速度で迅速に作動されて
合焦のための作動時間が短縮され、そこからより遅い第
2の作動速度で作動されて精度良く合焦位置に調整され
る。すなわち、効率の良い合焦動作と、精度の良い合焦
位置への調整の両方が達成される。When the distance between the object and the first optical system is sufficiently larger than the in-focus state, the actuator is operated at a first operating speed in a direction to reduce the distance, and It is preferable that the operating speed is switched to a second operating speed lower than the first operating speed based on a change in the output of the focusing signal output means.
By performing such control of the operation speed, the operation is quickly performed at the first operation speed to a position very close to the focal point, the operation time for focusing is reduced, and the second operation is performed at a slower speed. It is operated at the speed and adjusted to the in-focus position with high accuracy. That is, both efficient focusing operation and accurate adjustment to the focused position are achieved.
【0013】また、本発明に係る焦点合わせ方法は、第
1の光学系により、光源からの光を物体の面に導くとと
もに該物体面からの反射光の少なくとも一部を光検出手
段に導き、前記物体を前記第1の光学系に対し相対変位
させたときの前記光検出手段における前記反射光の光検
出領域の広がりに基づいて合焦位置を判定することを特
徴とする方法からなる。Further, in the focusing method according to the present invention, the first optical system guides light from the light source to the surface of the object and guides at least a part of the light reflected from the object surface to the light detecting means. A focus position is determined based on a spread of a light detection area of the reflected light in the light detection means when the object is relatively displaced with respect to the first optical system.
【0014】さらに、本発明に係る光学定数測定装置
は、試料表面に収束光または発散光を照射する照射光学
系、前記収束光または発散光の前記試料からの反射光を
導く受光光学系および該受光光学系により導かれた反射
光の光ビーム内光強度分布を検出する光強度分布センサ
を備えた測定ヘッドと、前記試料を前記測定ヘッドに対
し相対変位させたときの前記光強度分布センサにおける
前記反射光の光検出領域の広がりに基づく合焦信号を出
力する第1の合焦信号出力手段と、前記光強度分布セン
サにより検出された光ビーム内光強度分布に基づいて前
記試料の光学定数または前記試料表面に形成された薄膜
の光学定数を算出する光学定数算出装置とを備えたこと
を特徴とするものからなる。Further, the optical constant measuring apparatus according to the present invention comprises an irradiation optical system for irradiating convergent light or divergent light to the surface of the sample, a light receiving optical system for guiding the convergent light or divergent light reflected from the sample, and a light receiving optical system. A measuring head having a light intensity distribution sensor for detecting a light intensity distribution in a light beam of the reflected light guided by the light receiving optical system, and the light intensity distribution sensor when the sample is displaced relative to the measuring head. First focus signal output means for outputting a focus signal based on the spread of the light detection area of the reflected light; and an optical constant of the sample based on the light intensity distribution in the light beam detected by the light intensity distribution sensor. Alternatively, an optical constant calculating device for calculating an optical constant of the thin film formed on the surface of the sample is provided.
【0015】そして本発明に係る顕微鏡は、上記のよう
な焦点合わせ装置、あるいは光学定数測定装置を有する
ものからなる。The microscope according to the present invention comprises a focusing device or an optical constant measuring device as described above.
【0016】さらに、本発明に係る対物レンズを備えた
光学装置は、光源と、該光源からの光を対物レンズを介
して物体の面に導くとともに該物体面からの反射光の少
なくとも一部を前記対物レンズを介して光検出手段に導
く光学系と、該光検出手段上における前記対物レンズの
出射瞳からの前記反射光の広がりに基づいて該対物レン
ズの種類を判定する対物レンズ判定手段を有することを
特徴とするものからなる。Further, the optical device provided with the objective lens according to the present invention provides a light source, and guides light from the light source to a surface of an object via the objective lens and transmits at least a part of reflected light from the object surface. An optical system for guiding the light to the light detecting means via the objective lens; and an objective lens determining means for determining the type of the objective lens based on the spread of the reflected light from the exit pupil of the objective lens on the light detecting means. It is characterized by having.
【0017】[0017]
【発明の実施の形態】以下に、本発明について、望まし
い実施の形態とともに詳細に説明する。図1は、本発明
の一実施態様に係る焦点合わせ装置を組み込んだ光学装
置の基本装置構成を示しており、図2は、その光学系の
要部の構成を示している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with preferred embodiments. FIG. 1 shows a basic device configuration of an optical device incorporating a focusing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a configuration of a main part of the optical system.
【0018】図1、図2において、1は顕微鏡等の光学
装置全体を示しており、ステージ(試料台)2上に置か
れた物体としての試料3の表面に焦点を合わせるように
なっている。ステージ2は、アクチュエータとしてのモ
ータ4により上下動され、モータ4の駆動はモータドラ
イバ5を介してモータコントローラ6により制御され
る。つまり、アクチュエータとしてのモータ4は、試料
3を次に述べる光学系に対して相対的に変位させる。1 and 2, reference numeral 1 denotes an entire optical device such as a microscope, which focuses on a surface of a sample 3 as an object placed on a stage (sample stage) 2. . The stage 2 is moved up and down by a motor 4 as an actuator, and the driving of the motor 4 is controlled by a motor controller 6 via a motor driver 5. That is, the motor 4 as an actuator displaces the sample 3 relatively to the optical system described below.
【0019】光学系(第1の光学系)7は、光源8(た
とえば、コヒーレント光としてのレーザ光を出力するレ
ーザ光源)を有し、光源8からの光の一部は、ハーフミ
ラー9、対物レンズ10を介して収束光として試料3の
表面に導かれ、試料3の表面からの反射光の一部は、ハ
ーフミラー9を透過してハーフミラー11でその一部が
反射され、コンデンサレンズ12を介してビームスプリ
ッタ13に導かれ、そこからアレイセンサからなるAセ
ンサ14とBセンサ15に導かれる。Aセンサ14およ
びBセンサ15は、それぞれ光検出手段を構成し、各々
は1次元センサであるが、各センサを互いに異なる方
向、好ましくは実質的に直交する方向に配置することに
よって、2つの方向における光量の分布を測定できるよ
うに構成している。The optical system (first optical system) 7 has a light source 8 (for example, a laser light source that outputs a laser beam as coherent light). A part of the light reflected from the surface of the sample 3 is guided through the half mirror 9 and partly reflected by the half mirror 11, and is condensed by the condenser lens. The light is guided to a beam splitter 13 via the reference numeral 12, and then guided to an A sensor 14 and an B sensor 15, which are array sensors. The A sensor 14 and the B sensor 15 each constitute light detecting means, each of which is a one-dimensional sensor. By arranging the sensors in directions different from each other, preferably in directions substantially orthogonal to each other, two directions are provided. Is configured to be able to measure the distribution of the amount of light at.
【0020】本実施態様では、さらに、ハーフミラー9
の光源8とは反対側に、光源8からのコヒーレント光の
総発光量に比例する光量を検出する光量検出手段として
のセンサ16(以下、Iセンサとも言う。)が設けられ
ている。このIセンサ16により検出される光源8から
のコヒーレント光の光量は、後述する原理により、合焦
位置あるいはそのごく近傍の位置で大きく変化する。し
たがって、この変化を把握することにより、合焦位置を
正確に検出することが可能である。ただし、この変化
は、合焦位置あるいはそのごく近傍の位置でしか発生し
ない。モータ4の制御は、これらABセンサ14、15
およびIセンサ16からの信号に基づいてコンピュータ
17を用いて行われる。In this embodiment, the half mirror 9
On the opposite side of the light source 8, a sensor 16 (hereinafter, also referred to as an I sensor) is provided as a light amount detecting means for detecting a light amount proportional to the total light emission amount of the coherent light from the light source 8. The light amount of the coherent light from the light source 8 detected by the I sensor 16 greatly changes at the in-focus position or a position very close to the in-focus position according to a principle described later. Therefore, by grasping this change, the in-focus position can be accurately detected. However, this change occurs only at the in-focus position or a position very close to the in-focus position. The motor 4 is controlled by the AB sensors 14 and 15
And using the computer 17 based on the signal from the I-sensor 16.
【0021】さて、本発明に係る焦点合わせ装置および
方法は、上記のような装置を用いて、以下に説明する原
理を利用する。すなわち、試料3の表面で反射した光
は、再び対物レンズ10、ハーフミラー11、コンデン
サレンズ12、ビームスプリッタ13を通って2つのア
レイセンサ(Aセンサ14とBセンサ15)に当たる。
このような光学系において、試料3と対物レンズ10間
の距離が変化すると、Aセンサ14面上とBセンサ15
面上に当たるレーザ反射光の広がり(大きさ)が変化す
る。この変化は、アレイセンサ上のどの受光素子に光が
当たっているかをセンサからの出力信号を調べることに
より知ることができる。各受光素子は、光が当たってい
れば出力信号があり、当たっていなければ出力信号がな
い。実際には、適切なしきい値を予め設定しておき、そ
の値よりも出力信号値が大きいときは信号あり、そうで
なければ信号なしとすることが多い。Now, the focusing apparatus and method according to the present invention use the above-described apparatus and utilize the principle described below. That is, the light reflected by the surface of the sample 3 again passes through the objective lens 10, the half mirror 11, the condenser lens 12, and the beam splitter 13 and strikes the two array sensors (A sensor 14 and B sensor 15).
In such an optical system, when the distance between the sample 3 and the objective lens 10 changes, the A sensor 14 surface and the B sensor 15
The spread (magnitude) of the laser reflected light hitting the surface changes. This change can be known by examining the output signal from the sensor which light receiving element on the array sensor is being irradiated with light. Each light receiving element has an output signal when light is applied, and has no output signal when light is not applied. In practice, an appropriate threshold value is set in advance, and when the output signal value is larger than that value, there is often a signal, otherwise, there is no signal.
【0022】このようなアレイセンサにおける変化を、
Z軸(試料3と対物レンズ10間を接近、離反する方向
の軸)の位置に関して、アレイセンサが受光する光検出
領域の大きさ(広がり)(幅で表示)の変化として測定
した結果を図3に示す。図3に示すように、全てのサン
プルに対して、センサが捉えている反射光の大きさD
(広がり)は、サンプルの焦点位置からのずれ量Δに対
して、概ね図示した曲線上にのっている。The change in such an array sensor is
With respect to the position of the Z-axis (the axis in the direction in which the sample 3 and the objective lens 10 approach and separate from each other), the measurement result is shown as a change in the size (expansion) (indicated by the width) of the light detection area received by the array sensor. 3 is shown. As shown in FIG. 3, for all samples, the magnitude D of the reflected light captured by the sensor
The (spread) is substantially on the curve shown with respect to the shift amount Δ from the focal position of the sample.
【0023】このような変化をモニタすることで、少な
くとも合焦点近傍まで試料3と対物レンズ10間の距離
を近づけることができる。そして、合焦点近傍まで調整
できたら、その後、後述する、レーザ光出力の変化量を
モニタすることで合焦点を検出できる。By monitoring such a change, the distance between the sample 3 and the objective lens 10 can be reduced to at least the vicinity of the focal point. Then, when the focus can be adjusted to the vicinity of the focal point, the focal point can be detected by monitoring the change amount of the laser light output, which will be described later.
【0024】このような本発明に係る合焦点検出の基本
原理を、図4にまとめて模式的に示す。図4に示すよう
に、対物レンズ10の位置が合焦点の位置から遠方(た
とえば1mm以上)にある場合には、アレイセンサの信
号出力はほとんどなく(図のAの状態)、この部分では
レンズの位置変化に対してIセンサ16の信号変化はな
い(図のaの状態)。The basic principle of focus detection according to the present invention is schematically shown in FIG. As shown in FIG. 4, when the position of the objective lens 10 is far (for example, 1 mm or more) from the position of the focal point, there is almost no signal output from the array sensor (state A in FIG. 4). There is no signal change of the I sensor 16 with respect to the position change (state a in FIG. 3).
【0025】対物レンズ10が合焦点の位置に近づくと
(たとえば1mm〜約20μm)、レンズの位置変化に
対して信号出力が徐々に出始めて、該レンズの位置変化
に対して信号出力が変化する(図のBの状態)。アレイ
センサの各受光素子で検出される反射光による信号出力
の広がり(大きさ)は、最初のうち(対物レンズ10が
合焦点の位置から比較的離れているうち)は、小さく現
れるが、レンズの位置が変化し、レンズが合焦点の位置
に近づくにつれ、この信号出力の広がりは大きくなる
(図のCの状態)。本発明では、このアレイセンサにお
ける光検出領域の広がりの大きさ(変化)を検出する。
ただし、このときにも、まだ合焦点の位置には達してお
らず、合焦点の位置に対し小さな距離分離れているの
で、Iセンサ16の信号変化はない(図のbの状態)。When the objective lens 10 approaches the position of the focal point (for example, 1 mm to about 20 μm), a signal output gradually starts to change with a change in the position of the lens, and the signal output changes with a change in the position of the lens. (State B in the figure). The spread (magnitude) of the signal output due to the reflected light detected by each light receiving element of the array sensor initially appears small (while the objective lens 10 is relatively far from the focal point), As the position changes and the lens approaches the focal point, the spread of this signal output increases (state C in the figure). In the present invention, the extent (change) of the spread of the light detection area in this array sensor is detected.
However, also at this time, the signal has not yet reached the focal point and is separated by a small distance from the focal point, so that there is no change in the signal of the I sensor 16 (the state of b in the figure).
【0026】上記のAの状態から、Bの状態、さらには
Cの状態へと移行していくとき、アレイセンサにおける
光検出領域の広がりの大きさ(変化)はたとえば次のよ
うに検出される。図5に示すように、アレイセンサにお
けるピクセルの配列を1、2、・・・i、・・・j番目
とすると、第1ピクセルからセンサの出力信号を調べて
いく。このとき、ノイズレベルまたは、所定のしきい値
レベルを初めて越えるピクセルの位置をi番目、最後の
ピクセルの位置をj番目とし、i番目のピクセルの位置
とj番目のピクセルの位置との間の距離(大きさ)Xを
求めることにより、アレイセンサにおける光検出領域の
広がりの大きさを検出することができる。When shifting from the state A to the state B and further to the state C, the magnitude (change) of the spread of the light detection area in the array sensor is detected as follows. . As shown in FIG. 5, assuming that the arrangement of pixels in the array sensor is 1, 2,... I,... J, the output signal of the sensor from the first pixel is examined. At this time, the position of the pixel which first exceeds the noise level or the predetermined threshold level is the i-th position, the position of the last pixel is the j-th position, and the position between the i-th pixel position and the j-th pixel position is By calculating the distance (size) X, the extent of the spread of the light detection area in the array sensor can be detected.
【0027】この例では、アレイセンサを用いてノイズ
レベルを越える出力を有するピクセルの数により光検出
領域の広がりの大きさを求めたが、単一のピクセルを有
するセンサによりこの大きさを求めることができる場合
もある。たとえば図5でアレイセンサのピクセル総数が
256個で、128番目のピクセル(光軸上に位置する
ピクセル)を中心に100番目から156番目のピクセ
ルでノイズレベル以上の出力が出る場合に所要の合焦状
態が得られ、98番目から158番目のピクセルで上記
出力が得られる場合に最高の合焦状態が得られるものと
すると、100番目か156番目のピクセルの位置に単
一のセンサを設けておき、このセンサがノイズレベル以
上の出力が得られれば所要の合焦状態が得られたことが
検出できるし、98番目から158番目のピクセルの位
置に単一のピクセルのセンサを設けておけば同様に最高
の合焦状態が得られたか否かを検出できる。このよう
に、光検出領域の広がりの大きさは、光軸上から離れた
所定の位置での光量が所定の値を越えたか否かを検出で
きる1個以上のセンサを用いることによっても達成しう
る。In this example, the size of the spread of the light detection area is determined by the number of pixels having an output exceeding the noise level using the array sensor, but this size is determined by the sensor having a single pixel. Sometimes you can. For example, in FIG. 5, when the total number of pixels of the array sensor is 256 and the output of the 100th to 156th pixels around the 128th pixel (the pixel located on the optical axis) is higher than the noise level, the required value is obtained. Assuming that the best focus state is obtained when the focus state is obtained and the above output is obtained at the 98th to 158th pixels, a single sensor is provided at the position of the 100th or 156th pixel. If the output of this sensor is higher than the noise level, it can be detected that the required in-focus state has been obtained. If a sensor of a single pixel is provided at the positions of the 98th to 158th pixels, Similarly, it can be detected whether or not the best focus state has been obtained. In this manner, the extent of the spread of the light detection area can be achieved by using one or more sensors capable of detecting whether or not the amount of light at a predetermined position away from the optical axis has exceeded a predetermined value. sell.
【0028】上記状態では、正確に合焦点の位置には達
していないものの、合焦点のごく近傍の位置まで達して
いる。この位置までは、上記アレイセンサにおける光検
出領域の広がりに基づいて、対物レンズ10を極めて迅
速に合焦点の位置に近づけることができる。In the above state, although the position of the focal point has not been accurately reached, it has reached a position very close to the focal point. Up to this position, the objective lens 10 can be brought very close to the focal point based on the spread of the light detection area in the array sensor.
【0029】そして、上記状態から、合焦点の位置に正
確に合わせるための微調整を行う。つまり、合焦点のご
く近傍においては(たとえば合焦点を中心とする約20
μmの範囲内)、レンズの位置変化に対してアレイセン
サの信号出力が大きく変化する(たとえば図4のCの状
態からDの状態に変化する)。このとき、レンズの位置
変化に対してIセンサ16の出力信号も大きく変化し、
その変化が極大値あるいは極小値を呈するときに合焦点
に達したと判定できる(図4のcの状態)。このIセン
サ16の出力信号の変化に基づく合焦点位置への微調整
については後述する。Then, from the above state, fine adjustment is performed to accurately adjust the position of the focal point. That is, in the immediate vicinity of the focal point (for example, about 20
When the position of the lens changes, the signal output of the array sensor greatly changes (for example, the state changes from C in FIG. 4 to D in FIG. 4). At this time, the output signal of the I sensor 16 greatly changes with respect to the change in the position of the lens.
When the change shows a maximum value or a minimum value, it can be determined that the focal point has been reached (state of c in FIG. 4). The fine adjustment to the in-focus position based on the change of the output signal of the I sensor 16 will be described later.
【0030】上記のような各センサの出力信号の変化を
利用して、合焦動作をたとえば次のように行うことがで
き、これによって、容易に自動化することができる。ま
た、以下に述べるように、図4のCの状態に至るまでの
アクチュエータ(モータ)の作動速度(第1の作動速
度)を比較的速く設定しておき、Cの状態から合焦位置
に至るまでのアクチュエータ(モータ)の作動速度を第
1の作動速度よりも遅い作動速度(第2の作動速度)に
設定しておくことにより、略合焦位置に至るまでの調整
を極めて迅速かつ容易に行うことができ、その後に合焦
位置へと正確に調整できるようになる。つまり、調整動
作全体として、迅速性と容易性を確保しつつ、正確な合
焦位置への調整が可能になる。The focusing operation can be performed, for example, as described below by utilizing the change of the output signal of each sensor as described above, whereby the automation can be easily performed. Further, as described below, the operation speed (first operation speed) of the actuator (motor) up to the state of C in FIG. 4 is set relatively high, and the actuator (motor) is moved from the state of C to the in-focus position. By setting the operation speed of the actuator (motor) up to the operation speed (second operation speed) lower than the first operation speed, the adjustment up to the substantially in-focus position can be performed very quickly and easily. And then can be accurately adjusted to the in-focus position. That is, as a whole, the adjustment operation can be accurately performed to the in-focus position while ensuring quickness and easiness.
【0031】このような一連の動作を例示するに、ま
ず、試料をセットし、合焦動作の開始ボタンを押す。動
作開始指令を受けて、前記A、B両アレイセンサの信号
をモニタしながらZ軸方向にモータによりステージを一
定速度(たとえば、0.5〜1mm/sec)で動かし
始め、試料の位置を連続的に上げていく。アレイセンサ
中央付近の信号が急激に増加し始める状態(合焦点から
約0.5〜1mm手前)になれば、速度を減速し(たと
えば、0.2〜0.3mm/sec)、アレイセンサが
捉える反射光の広がり幅を計測し、前記図3を参考に幅
の変化から、あとどのくらい移動すれば合焦位置に達す
るかを求め、合焦位置の少し手前の位置(約20μmの
位置)まで移動させる。そして、Iセンサの出力信号が
変化していなければ、変化するまで試料の位置を上げて
いく。合焦位置の近傍では、Iセンサの出力信号が、た
とえば極大値を呈するように低速(たとえば、0.02
〜0.03mm/sec)で位置調整し、その位置を合
焦位置と判定する。合焦位置に達すればモータをホール
ドし、動作完了信号を送る。このような一連の動作の制
御により、正確かつ迅速に、効率よく合焦位置に調整で
きる。To exemplify such a series of operations, first, a sample is set, and a start button of a focusing operation is pressed. In response to the operation start command, the stage of the sample is started to move at a constant speed (for example, 0.5 to 1 mm / sec) by the motor in the Z-axis direction while monitoring the signals of the A and B array sensors, and the position of the sample is continuously changed. I will raise it. When the signal near the center of the array sensor starts to increase rapidly (about 0.5 to 1 mm before the focal point), the speed is reduced (for example, 0.2 to 0.3 mm / sec), and the array sensor Measure the spread width of the reflected light to be captured, and refer to Fig. 3 to determine how far to move to reach the in-focus position from the change in width, and to a position slightly before the in-focus position (about 20 µm). Move. If the output signal of the I sensor has not changed, the position of the sample is raised until the signal changes. In the vicinity of the in-focus position, the output signal of the I sensor has a low speed (for example, 0.02
(0.03 mm / sec), and that position is determined as the in-focus position. When the in-focus position is reached, the motor is held and an operation completion signal is sent. By controlling such a series of operations, the focus position can be adjusted accurately, quickly, and efficiently.
【0032】上記において、合焦位置近傍における、I
センサの出力信号の変化を利用した合焦動作について、
とくにその基本原理について図6〜図10を用いて説明
する。In the above, I near the in-focus position
About the focusing operation using the change of the output signal of the sensor,
In particular, the basic principle will be described with reference to FIGS.
【0033】図6は、コヒーレント光源としてレーザ光
源21(レーザユニット)を用い、該光源21からのコ
ヒーレント光としてのレーザ光22をハーフミラー23
を介し、対物レンズ24で集光(収束)して、測定対象
物体としての試料25の表面に照射するとともに、ハー
フミラー23を透過した一部のレーザ光の光量をIセン
サ26で検出することによりレーザ光源21の出力を検
出し、さらに、リレーレンズ27を介して撮像カメラ2
8で撮映できるようにした、顕微鏡をモデルにとったフ
ォーカスインジケータの構成を示している。FIG. 6 shows a case where a laser light source 21 (laser unit) is used as a coherent light source, and a laser light 22 as a coherent light from the light source 21 is reflected by a half mirror 23.
Is condensed (converged) by the objective lens 24, irradiates the surface of the sample 25 as an object to be measured, and detects the amount of partial laser light transmitted through the half mirror 23 by the I sensor 26. The output of the laser light source 21 is detected by the
8 shows a configuration of a focus indicator modeled on a microscope, which can be photographed at 8.
【0034】図6に示すように、コリメートされたレー
ザ光22がハーフミラー23を介して汎用顕微鏡の光学
系に入射し、対物レンズ24を通して試料表面にレーザ
光が照射されるとともに、Iセンサ26によりレーザ光
の出射光量をモニタできるようになっている。As shown in FIG. 6, the collimated laser beam 22 enters the optical system of the general-purpose microscope via the half mirror 23, irradiates the sample surface with the laser beam through the objective lens 24, and the I sensor 26 Thus, the amount of emitted laser light can be monitored.
【0035】このとき、レーザユニット21から出たレ
ーザ光22は、対物レンズ24を通ってレーザユニット
21の出射部に戻ってくる(図7参照)。ここで試料表
面にレーザ光が最も集光するように試料の高さが調整さ
れたとき、つまり、試料表面に焦点が調整されたとき、
試料表面からの反射光は入射光と同じ経路をたどる。At this time, the laser light 22 emitted from the laser unit 21 returns to the emission part of the laser unit 21 through the objective lens 24 (see FIG. 7). Here, when the height of the sample is adjusted so that the laser light is most focused on the sample surface, that is, when the focus is adjusted on the sample surface,
Light reflected from the sample surface follows the same path as incident light.
【0036】その結果、レーザ光出射部に試料表面から
の戻り光が入ってくると、レーザ共振器内の特性に大き
な変化が生じて、レーザ光の出力が変化する。As a result, when return light from the surface of the sample enters the laser light emitting portion, a large change occurs in the characteristics within the laser resonator, and the output of the laser light changes.
【0037】また、試料25がレーザ光が最も集光する
高さ以外の高さになっているときは、試料表面からの反
射光は入射光とは異なった経路をたどるため、レーザ光
出射部には試料表面からの戻り光はほとんどなく、レー
ザ光の出力はほとんど変化しない。When the sample 25 is at a height other than the height at which the laser beam is most concentrated, the reflected light from the sample surface follows a different path from the incident light. Has almost no return light from the sample surface, and the output of the laser light hardly changes.
【0038】したがって、検出されるレーザ光の出力
(センサ26の受光量)と、試料25の位置(試料25
の高さ)との間には、図8に示すように、合焦位置にお
いて極大値または極小値を呈する特性の関係がある。こ
の場合、レーザ共振器内の特性(発振モード、キャリア
密度、モード利得など)の変化の生じ方によって、極大
値を呈する特性29または極小値を呈する特性30のい
ずれかになる。Accordingly, the output of the detected laser beam (the amount of light received by the sensor 26) and the position of the sample 25 (the sample 25)
As shown in FIG. 8, there is a characteristic relationship that exhibits a maximum value or a minimum value at the in-focus position. In this case, depending on how the characteristics (e.g., oscillation mode, carrier density, mode gain, etc.) in the laser resonator change, either the characteristic 29 having the maximum value or the characteristic 30 having the minimum value is obtained.
【0039】このような性質を利用することで、合焦点
の位置を検出できる。すなわち、試料表面にレーザ光を
対物レンズ24を通して当てたとき、センサ26が受け
取るレーザ光量が最も大きく変化する位置(高さ)に試
料25の高さを調整したとき、試料表面にレーザ光を正
確に集光させることができる。すなわち合焦状態にあ
る。By utilizing such properties, the position of the focal point can be detected. That is, when the laser light is applied to the sample surface through the objective lens 24 and the height of the sample 25 is adjusted to a position (height) where the laser light amount received by the sensor 26 changes most, the laser light is accurately applied to the sample surface. Can be collected. That is, it is in focus.
【0040】図8に示したような特性は、本発明におけ
る光量特性出力手段により、試料25がない場合のセン
サ26の出力Aと試料25がある場合のセンサ26の出
力Bとの差または該差の累乗を算出し、出力することに
より得られる。とくに、試料25が対物レンズ24の下
にない(試料高さが十分遠くにある)場合のセンサ出力
Aと試料25が対物レンズ24の下にある場合のセンサ
出力Bの差の絶対値、または差の2乗、4乗・・・の値
Cを計算することによって、図9に示すような極大値を
呈する特性曲線を得ることができる。 C=|A−B| または C=(A−B)n 、n=2、4、6、・・・The characteristic as shown in FIG. 8 indicates the difference between the output A of the sensor 26 in the absence of the sample 25 and the output B of the sensor 26 in the presence of the sample 25 by the light amount characteristic output means of the present invention. It is obtained by calculating and outputting the power of the difference. In particular, the absolute value of the difference between the sensor output A when the sample 25 is not under the objective lens 24 (the sample height is sufficiently far) and the sensor output B when the sample 25 is below the objective lens 24, or By calculating the value C of the square of the difference, the fourth power,..., A characteristic curve exhibiting a local maximum value as shown in FIG. 9 can be obtained. C = | AB | or C = (AB) n , n = 2, 4, 6,...
【0041】図9において、ポイントXのように、試料
25の高さをわずかに変化させたとき、値Cが大きくな
れば合焦位置は移動方向の先にあることになる。またポ
イントYのように、試料25の高さをわずかに変化させ
たとき、値Cが小さくなれば合焦位置は移動方向とは逆
の方向にあることになる。したがって、合焦位置が存在
する領域の方向は容易に把握でき、容易に合焦位置に調
整できる。In FIG. 9, when the height of the sample 25 is slightly changed, as indicated by a point X, if the value C increases, the in-focus position is located ahead of the moving direction. Further, when the height of the sample 25 is slightly changed, as in the case of the point Y, if the value C becomes smaller, the in-focus position is in the direction opposite to the moving direction. Therefore, the direction of the region where the focus position exists can be easily grasped, and the focus position can be easily adjusted.
【0042】さらに上記のようなn乗計算をすることに
より、信号の変化率を拡大することができ高感度に焦点
を検出できる。このように、焦点を検出するための移動
方向を容易に見いだせるとともに、計算値Cの極大値の
ポイントを合焦点として容易にかつ精度良く検出するこ
とができる。Further, by performing the n-th power calculation as described above, the rate of change of the signal can be expanded, and the focus can be detected with high sensitivity. As described above, the moving direction for detecting the focal point can be easily found, and the point of the maximum value of the calculated value C can be easily and accurately detected as the focal point.
【0043】上述のような検出原理を用いた本発明に係
るIセンサ26を用いた合焦位置検出装置の信号処理回
路は、たとえば図10に示すように構成できる。A signal processing circuit of a focusing position detecting device using the I sensor 26 according to the present invention using the above-described detection principle can be configured as shown in FIG. 10, for example.
【0044】図10において、フォーカスインジケータ
ユニット31およびその周りの構成は、図6に示した構
成と基本的に同じであるので、図6と同じ符号を付すこ
とにより説明を省略する。コヒーレント光源からのコヒ
ーレント光の光量を検出する検出手段としての光量検出
センサ26(Iセンサ)からの信号が、A/D(アナロ
グ/ディジタル)変換器32に入力され、ディジタル信
号に変換された検出信号が、演算処理機33に入力され
る。In FIG. 10, the configuration of the focus indicator unit 31 and its surroundings is basically the same as the configuration shown in FIG. 6, so that the description is omitted by attaching the same reference numerals as in FIG. A signal from a light amount detection sensor 26 (I sensor) as a detecting means for detecting the light amount of coherent light from a coherent light source is input to an A / D (analog / digital) converter 32 and converted into a digital signal. The signal is input to the arithmetic processing unit 33.
【0045】演算処理機33では、前述の図9に示した
ような検出光量の変化特性が演算される。演算(計算)
された出力Cが、ディスプレイやプリンタ等の出力装置
34から出力される。この出力装置34からの、図9に
示したような出力特性から、合焦位置が極めて容易にか
つ正確に把握され、試料(物体)の表面は精度良く合焦
位置に調整される。The arithmetic processor 33 calculates the change characteristic of the detected light amount as shown in FIG. Operation (calculation)
The output C is output from an output device 34 such as a display or a printer. From the output characteristics of the output device 34 as shown in FIG. 9, the in-focus position is very easily and accurately grasped, and the surface of the sample (object) is adjusted to the in-focus position with high accuracy.
【0046】このように光量検出手段としてのIセンサ
を用いた合焦位置検出構成は、前述の図2に示した如
く、第1の合焦信号出力手段としてのA、Bアレイセン
サを用いた光学系(第1の光学系)と併せて組み込まれ
ることにより、前述の如き迅速かつ正確な、効率のよい
合焦動作が可能になる。なお、図2に示した構成は、こ
の第1の光学系と、Iセンサを用いた第2の光学系が、
実質的に同時に構成されたものである。As described above, the focus position detecting structure using the I sensor as the light amount detecting means uses the A and B array sensors as the first focus signal output means as shown in FIG. By being incorporated together with the optical system (first optical system), a quick, accurate, and efficient focusing operation as described above can be performed. In the configuration shown in FIG. 2, the first optical system and the second optical system using the I sensor
They are configured substantially simultaneously.
【0047】本発明においては、前記のような第1の合
焦信号出力手段としてのA、Bアレイセンサを用いた構
成を有する、試料の光学定数または試料表面に形成され
た薄膜の光学定数を求める光学定数測定装置を構成する
こともできる。第1の合焦信号出力手段を用いた合焦装
置の構成、動作については既に説明したので、光学定数
測定装置の残りの部分について図面を参照して説明す
る。In the present invention, the optical constant of the sample or the optical constant of the thin film formed on the sample surface having the configuration using the A and B array sensors as the first focusing signal output means as described above is used. An optical constant measuring device to be obtained can also be configured. Since the configuration and operation of the focusing device using the first focusing signal output means have already been described, the remaining part of the optical constant measuring device will be described with reference to the drawings.
【0048】図11は、本発明の一実施態様に係る光学
定数測定装置の部分概略構成を示している。図におい
て、41は光学定数測定装置全体を示しており、該光学
定数測定装置41は、測定ヘッド42と光学定数算出装
置43とを備えている。なお、Iセンサを有する構成と
の組み合わせ構成については、後述の図20の態様に示
してある。FIG. 11 shows a partial schematic configuration of an optical constant measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 41 denotes the entire optical constant measuring device, and the optical constant measuring device 41 includes a measuring head 42 and an optical constant calculating device 43. The combination configuration with the configuration having the I sensor is shown in an embodiment of FIG. 20 described later.
【0049】測定ヘッド42は、試料44の表面に光4
5を照射する照射光学系46、光45の試料44からの
反射光47を導く受光光学系48および該受光光学系4
8により導かれた反射光47の光ビーム内光強度分布を
検出する光強度分布センサ49を備えている。The measuring head 42 applies the light 4 to the surface of the sample 44.
5, a light receiving optical system 48 for guiding reflected light 47 of the light 45 from the sample 44, and the light receiving optical system 4.
A light intensity distribution sensor 49 for detecting the light intensity distribution in the light beam of the reflected light 47 guided by 8 is provided.
【0050】図11においては、測定対象としての試料
44として、基板44a上に薄膜44bを形成したもの
を示しているが、複数の薄膜からなる多層膜が形成され
ていてもよいし、基板44aのみからなる試料であって
もよい。本発明における光学定数とは、測定対象が基板
の場合は、屈折率または消衰係数を指し、薄膜の場合は
屈折率、消衰係数または膜厚を指す。FIG. 11 shows a sample 44 to be measured, in which a thin film 44b is formed on a substrate 44a. However, a multilayer film composed of a plurality of thin films may be formed. It may be a sample consisting of only the sample. The optical constant in the present invention refers to the refractive index or extinction coefficient when the object to be measured is a substrate, and refers to the refractive index, extinction coefficient or film thickness when the object is a thin film.
【0051】試料44の表面に向けて、照射光学系46
の光45が照射される。本実施態様では、レーザ光源4
0(たとえば半導体レーザ光源)からのレーザ光がハー
フミラー51で反射された後、凸レンズ(集光レンズ)
52で集光されて試料44に照射されている。The irradiation optical system 46 is directed toward the surface of the sample 44.
Is irradiated. In this embodiment, the laser light source 4
0 (for example, a semiconductor laser light source) is reflected by the half mirror 51, and then a convex lens (condensing lens)
The light is condensed at 52 and irradiated on the sample 44.
【0052】図11においては、照射される光45は、
丁度試料44の表面に焦点が合わされた収束光として描
かれているが、図12に示すように、焦点に至る前に試
料44の表面に照射される収束光45aの形態であって
もよい。また、図13に示すように、一旦焦点を経た
後、実質的に発散光45bの形態として試料44の表面
に照射するようにしてもよい。要は、平行光でなく、試
料44の表面に対して様々な角度θ(図11に図示)で
入射する光であればよい。ただし、合焦位置からのずれ
が正確に把握されている方が測定精度が高いので、本発
明の焦点合わせ装置を用いるのが好ましい。In FIG. 11, the irradiated light 45 is
Although the focus light is drawn just on the surface of the sample 44, as shown in FIG. 12, the light may be in the form of a convergent light 45a irradiated on the surface of the sample 44 before reaching the focus. Further, as shown in FIG. 13, after passing through the focal point, the surface of the sample 44 may be irradiated substantially in the form of divergent light 45b. In short, it is sufficient that the light is not parallel light but light that enters the surface of the sample 44 at various angles θ (shown in FIG. 11). However, it is preferable to use the focusing apparatus according to the present invention because the measurement accuracy is higher when the deviation from the in-focus position is accurately grasped.
【0053】試料44に照射された光45は、試料44
から反射される。この試料44からの反射光とは、試料
表面、試料裏面における反射光および試料内部での散乱
後の反射光を含むものである。たとえば、基板44a上
に形成された薄膜44bの光学定数が測定対象となる場
合、照射された光45の反射は、図14に示すように、
多重反射の形態で行われる。The light 45 applied to the sample 44 is
Reflected from The reflected light from the sample 44 includes reflected light on the front surface and the back surface of the sample and reflected light after scattering inside the sample. For example, when the optical constant of the thin film 44b formed on the substrate 44a is a measurement target, the reflection of the irradiated light 45 becomes as shown in FIG.
It is performed in the form of multiple reflections.
【0054】図14において、tは薄膜44bの膜厚、
n0 、n1 、n2 はそれぞれ空気、薄膜44b、基板4
4aの屈折率であり、r1 、r2 は空気と薄膜、薄膜と
基板の境界での光の反射率である。この光の反射率はP
偏光とS偏光とでは異なりそれぞれ次の(1)〜(4)
式で表される。In FIG. 14, t is the thickness of the thin film 44b,
n 0 , n 1 and n 2 are air, thin film 44b, substrate 4
4a is the refractive index, and r 1 and r 2 are the reflectances of light at the boundary between air and the thin film and at the boundary between the thin film and the substrate. The reflectance of this light is P
The following (1) to (4) are different between polarized light and s-polarized light.
It is expressed by an equation.
【0055】 r1S=(n1 cos θ1 −n0 cos θ0)/(n1 cos θ1 +n0 cos θ0) (1) r1P=(n1 cos θ0 −n0 cos θ1)/(n1 cos θ0 +n0 cos θ1) (2) r2S=(n2 cos θ2 −n1 cos θ1)/(n2 cos θ2 +n1 cos θ1) (3) r2P=(n2 cos θ1 −n1 cos θ2)/(n2 cos θ1 +n1 cos θ2) (4) ここでSおよびPの添字はそれぞれS偏光およびP偏光
であることを意味する。またθ0 、θ1 、θ2 はそれぞ
れ光が各媒質を通過するときの試料面の法線に対する角
度である。R 1S = (n 1 cos θ 1 −n 0 cos θ 0 ) / (n 1 cos θ 1 + n 0 cos θ 0 ) (1) r 1P = (n 1 cos θ 0 −n 0 cos θ 1 ) / (N 1 cos θ 0 + n 0 cos θ 1 ) (2) r 2S = (n 2 cos θ 2 −n 1 cos θ 1 ) / (n 2 cos θ 2 + n 1 cos θ 1 ) (3) r 2P = (n 2 cos θ 1 −n 1 cos θ 2 ) / (n 2 cos θ 1 + n 1 cos θ 2 ) (4) where the subscripts of S and P mean S-polarized light and P-polarized light, respectively. I do. Θ 0 , θ 1 , and θ 2 are angles with respect to the normal line of the sample surface when light passes through each medium.
【0056】さて、r1 、r2 は一般的に0でないの
で、図14に示したように光の多重反射が起きる。レー
ザ光のようなコヒーレント光では、この多重反射した各
光線a、b、c・・・の間で干渉を考慮した総合的な反
射率Rは、次の(5)式のようになる。 R=(r1 +r2 eid)/(1+r1 r2 eid) (5) ここでdは d=(2π/λ)n1 tcosθ1 (6) であり、tは薄膜の膜厚、λは光の波長である。(5)
式の入射角θ0 に対する反射率の変化をプロットする
と、たとえば図15、図16に示すようなプロファイル
(理論反射率分布)が得られる。この入射角θ0 に対す
る反射率の分布は、膜厚tが変われば変化する。Since r 1 and r 2 are not generally 0, multiple reflection of light occurs as shown in FIG. In the case of coherent light such as laser light, the total reflectance R in consideration of interference among the multiple reflected light beams a, b, c,... Is expressed by the following equation (5). R = (r 1 + r 2 e id ) / (1 + r 1 r 2 e id ) (5) where d is d = (2π / λ) n 1 t cos θ 1 (6), t is the thickness of the thin film, λ is the wavelength of light. (5)
When the change of the reflectance with respect to the incident angle θ 0 in the equation is plotted, for example, profiles (theoretical reflectance distribution) as shown in FIGS. 15 and 16 are obtained. The distribution of the reflectance with respect to the incident angle θ 0 changes as the film thickness t changes.
【0057】さて、再び図11を参照するに、試料44
からの反射光47は、受光光学系48により光強度分布
センサ49へと導かれる。本実施態様においては、受光
光学系48は、レンズ52、ハーフミラー51と、照射
光学系46と共通の要素、光道を有しているが、照射光
学系46とは異なる光道で構成してもよい。Now, referring again to FIG.
Is reflected by the light receiving optical system 48 to the light intensity distribution sensor 49. In the present embodiment, the light receiving optical system 48 has a lens 52, a half mirror 51, and components and light paths common to the irradiation optical system 46, but is configured by a light path different from the irradiation optical system 46. You may.
【0058】光強度分布センサ49は、受光光学系48
を導かれてきた反射光47の光ビーム内強度分布を検出
する。つまり、光ビームの断面方向に、一次元または二
次元のCCDなどのアレイセンサまたはイメージインテ
ンシファイアなど、少なくとも一次元的な光強度の分布
を測定できる光のセンサを指す。小さな単一の受光部位
が少なくとも一次元的に配列されたものの他、該小さな
単一の受光部位が時間的にビーム内を移動するものを含
む。The light intensity distribution sensor 49 includes a light receiving optical system 48
Is detected in the light beam of the reflected light 47 that has been guided. That is, it refers to an optical sensor that can measure at least one-dimensional distribution of light intensity, such as an array sensor such as a one-dimensional or two-dimensional CCD or an image intensifier in the cross-sectional direction of the light beam. In addition to the one in which the small single light receiving portion is arranged at least one-dimensionally, the one in which the small single light receiving portion moves in the beam with time is included.
【0059】前述したように、試料44に照射される光
45は様々な角度θで入射されるから、光強度分布セン
サ49では、この入射角θに対する光ビーム内光強度の
分布、ひいては反射率の分布として検出される。As described above, since the light 45 irradiated on the sample 44 is incident at various angles θ, the light intensity distribution sensor 49 determines the distribution of the light intensity in the light beam with respect to the incident angle θ, and hence the reflectance. Is detected as a distribution.
【0060】上記検出された光ビーム内光強度分布(た
とえば反射率分布)に基づいて、より具体的には検出さ
れた光強度分布(反射率分布)と前述の理論反射率分布
とが照合され、対象となる試料の光学定数が算出され
る。この算出が、光学定数算出装置43によって行われ
る。光学定数算出装置43は、たとえばマイクロコンピ
ュータからなる。Based on the detected light intensity distribution in the light beam (for example, reflectance distribution), more specifically, the detected light intensity distribution (reflectance distribution) is compared with the theoretical reflectance distribution described above. Then, the optical constant of the target sample is calculated. This calculation is performed by the optical constant calculation device 43. The optical constant calculation device 43 is composed of, for example, a microcomputer.
【0061】光学定数算出装置43においては、図17
にその処理を概念的に示すように、たとえば基板44a
上に形成された薄膜44bについて、前述の如く予め薄
膜44bの物理的なモデル60から理論的に入射角θに
対する反射率Rを、各膜厚tについて算出しておく。こ
の理論式により、たとえばモデル61に示すように、膜
厚tをパラメータとして各種反射率特性(特性カーブ)
が求まる。そして、センサ49による実測値として、モ
デル62に示すような入射角θに対する反射率Rの実測
特性が検出されるから、この実際に測定された反射率分
布情報を上記理論カーブに対して、たとえば非線形最小
2乗法でフィッティング(カーブフィッティング63)
を行うことにより、膜厚等の各パラメータを算出(推定
64)することが可能となる。この方法によれば、薄膜
が多層膜であっても、その物理モデルと理論カーブが得
られれば測定することができる。In the optical constant calculator 43, FIG.
As shown conceptually in FIG.
For the thin film 44b formed above, the reflectance R with respect to the incident angle θ is theoretically calculated for each film thickness t in advance from the physical model 60 of the thin film 44b as described above. According to this theoretical formula, for example, as shown in a model 61, various reflectance characteristics (characteristic curves) are used with the film thickness t as a parameter.
Is found. Then, as an actual measurement value of the sensor 49, an actual measurement characteristic of the reflectance R with respect to the incident angle θ as shown in the model 62 is detected. Fitting with nonlinear least squares method (curve fitting 63)
, It is possible to calculate (estimate 64) each parameter such as the film thickness. According to this method, even if the thin film is a multilayer film, it can be measured if a physical model and a theoretical curve are obtained.
【0062】本発明は、上述のような測定ヘッド42お
よび光学定数算出装置43を備えた光学定数測定装置4
1を、一つのまとまった装置として構成したものであ
る。上記カーブフィッティングによる算出から、前述の
(5)、(6)式に基づいて、測定対象が基板の場合に
はその屈折率、消衰係数を求めることが可能となり、測
定対象が薄膜の場合には、その屈折率、消衰係数または
膜厚を求めることが可能となる。The present invention relates to an optical constant measuring device 4 having a measuring head 42 and an optical constant calculating device 43 as described above.
1 is configured as one integrated device. From the calculation by the curve fitting, it is possible to obtain the refractive index and the extinction coefficient when the measurement target is a substrate based on the above-described equations (5) and (6). Can determine its refractive index, extinction coefficient or film thickness.
【0063】上述のような測定原理に基づいて、上記の
ような測定ヘッドを顕微鏡に組み込むことができる。す
なわち、図18に本発明に係る顕微鏡の一実施態様の基
本構成を示すように、該顕微鏡71は、試料台72と、
該試料台72に装着された試料73の表面に前述のよう
な収束光または発散光を照射する照射光学系、上記収束
光または発散光の試料73からの反射光を導く受光光学
系および該受光光学系により導かれた反射光の光ビーム
内光強度分布を検出する光強度分布センサを備えた測定
ヘッド74と、該測定ヘッド74を装着する顕微鏡本体
75とを備えている。上記測定ヘッド74は、顕微鏡本
体75に着脱可能に構成されている。Based on the above-described measurement principle, the above-described measurement head can be incorporated in a microscope. That is, as shown in FIG. 18, the microscope 71 includes a sample stage 72 and
An irradiation optical system for irradiating the surface of the sample 73 mounted on the sample table 72 with the above convergent light or divergent light, a light receiving optical system for guiding the convergent light or divergent light reflected from the sample 73, and the light receiving device The measuring head 74 includes a light intensity distribution sensor that detects a light intensity distribution in the light beam of the reflected light guided by the optical system, and a microscope main body 75 to which the measuring head 74 is attached. The measuring head 74 is configured to be detachable from the microscope main body 75.
【0064】また、測定ヘッド74以外の部分は、基本
的には市販の顕微鏡と同等の構成を有しており、本実施
態様においては、対物レンズ76、照明光源77(たと
えば白色光源)、CCDカメラ等からなる撮像カメラ7
8、接眼鏡79を備えている。Parts other than the measuring head 74 have basically the same configuration as a commercially available microscope. In this embodiment, the objective lens 76, the illumination light source 77 (for example, a white light source), the CCD Imaging camera 7 including a camera and the like
8. An eyepiece 79 is provided.
【0065】より具体的な構造は、たとえば図19に示
すように実現できる。図19においては、図18に示し
たと同等の機能を有する部位に、図18に付したのと同
じ符号を付してある。A more specific structure can be realized, for example, as shown in FIG. In FIG. 19, parts having the same functions as those shown in FIG. 18 are denoted by the same reference numerals as in FIG.
【0066】この顕微鏡71の内部は、たとえば図20
に示すような構成を有している。図20において、測定
ヘッド74は、試料73に向けて照射される光としての
レーザ光を出射するレーザ光源80を備えており、レー
ザ光源80からのレーザ光81がハーフミラー82で反
射された後、対物レンズ76で集光されて試料73の表
面に照射される。また、ハーフミラー82のレーザ光源
80とは反対側の位置には、前述したIセンサ100が
設けられている。The inside of the microscope 71 is, for example, shown in FIG.
It has a configuration as shown in FIG. In FIG. 20, the measuring head 74 includes a laser light source 80 that emits laser light as light emitted toward the sample 73. After the laser light 81 from the laser light source 80 is reflected by the half mirror 82, Then, the light is condensed by the objective lens 76 and irradiated on the surface of the sample 73. The I sensor 100 described above is provided at a position of the half mirror 82 opposite to the laser light source 80.
【0067】試料73からの反射光が、本実施態様では
照射光学系と一部同じ光道を有する受光光学系を通り、
ハーフミラー82を透過した後ハーフミラー83で反射
され、コンデンサレンズ84で集光され、ピンホール8
5を通した後ビームスプリッタ86を介して、アレイセ
ンサ87、88にて、光ビーム内光強度分布がP偏光成
分、S偏光成分として検出される。In this embodiment, the reflected light from the sample 73 passes through a light receiving optical system having a partly the same optical path as the irradiation optical system.
After passing through the half mirror 82, it is reflected by the half mirror 83, condensed by the condenser lens 84,
After passing through 5, the light intensity distribution in the light beam is detected as a P-polarized component and an S-polarized component by the array sensors 87 and 88 via the beam splitter 86.
【0068】そして本実施態様では、検出された光ビー
ム内光強度分布の信号が光学定数算出装置89に送ら
れ、該光学定数算出装置89にて、検出された光ビーム
内光強度分布に基づいて、前述の測定原理により試料7
3の光学定数が算出される。In the present embodiment, the detected signal of the light intensity distribution in the light beam is sent to the optical constant calculating device 89, and the optical constant calculating device 89 calculates the signal based on the detected light intensity distribution in the light beam. Therefore, the sample 7
An optical constant of 3 is calculated.
【0069】上記光学定数算出装置89は、顕微鏡71
と一体的な、あるいは1セットの装置として構成されて
いる。したがって、光学定数算出装置89を含む顕微鏡
装置として、前述の測定原理に基づいて試料73の光学
定数を測定することが可能となる。The optical constant calculation device 89 includes a microscope 71
, Or as a set of devices. Therefore, as a microscope device including the optical constant calculation device 89, the optical constant of the sample 73 can be measured based on the above-described measurement principle.
【0070】また、予め光学定数が判っている標準試料
を各種準備し、その標準試料でキャリブレーションして
測定対象となる試料73の光学定数を求めることもでき
る。It is also possible to prepare various standard samples whose optical constants are known in advance, and to calibrate with the standard samples to determine the optical constants of the sample 73 to be measured.
【0071】また、上記測定ヘッド74は、顕微鏡本体
75に着脱可能なコンパクトな構成を有するから、市販
の顕微鏡に簡単な改造を加えるだけで本測定ヘッド74
を組み込むことが可能となっている。Since the measuring head 74 has a compact structure detachable from the microscope main body 75, the measuring head 74 can be easily modified by simply modifying a commercially available microscope.
It is possible to incorporate.
【0072】なお、図11に示した態様では、従来から
知られている顕微鏡と同様、照明光源として白色光源9
0、集光レンズ91、ハーフミラー92、撮像カメラと
してCCDカメラ93、リレーレンズ94を組み込んで
ある。In the embodiment shown in FIG. 11, a white light source 9 is used as an illumination light source, similarly to a conventionally known microscope.
0, a condenser lens 91, a half mirror 92, a CCD camera 93 as an imaging camera, and a relay lens 94 are incorporated.
【0073】また、前述の接眼鏡79で肉眼にて観る場
合には、レーザ光が接眼鏡内にまで到達してくることは
好ましくないので、該到達レーザ光を弱くするか、レー
ザ光のみ選択的にカットすることが好ましい。レーザ光
のみを選択的にカットする手段として、たとえばレーザ
光に含まれる波長域の光のみ反射または吸収するノッチ
フィルタ(図示略)があり、これをたとえばハーフミラ
ー83とハーフミラー92の間に挿入して、該ノッチフ
ィルタでレーザ光のみをカットした状態で接眼鏡を通し
て観るようにすればよい。Further, when viewed with the naked eye with the eyepiece 79, it is not preferable for the laser light to reach the inside of the eyepiece. Therefore, it is preferable to weaken the reaching laser light or to select only the laser light. It is preferable to cut it. As means for selectively cutting only laser light, for example, there is a notch filter (not shown) that reflects or absorbs only light in a wavelength range included in the laser light, and is inserted between the half mirror 83 and the half mirror 92, for example. Then, only the laser beam may be cut by the notch filter so as to be viewed through the eyepiece.
【0074】このように、本発明に係る顕微鏡において
は、上述のような機能を備えた小型の測定ヘッド74を
組み込むことにより、つまり、汎用顕微鏡における光学
系の途中に上記の小型測定ヘッド74を挿入すること
で、極めて便利に試料73の光学定数を測定することが
可能になる。As described above, in the microscope according to the present invention, the small measuring head 74 having the above-described functions is incorporated, that is, the small measuring head 74 is provided in the middle of the optical system of the general-purpose microscope. By inserting, the optical constant of the sample 73 can be measured very conveniently.
【0075】また、前述の如く、アレイセンサ87、8
8を第1の合焦信号出力手段として用い、Iセンサ10
0を第2の合焦信号出力手段として用いることにより、
迅速かつ正確に合焦信号を出力することができる。As described above, the array sensors 87, 8
8 as the first focus signal output means, and the I sensor 10
By using 0 as the second focus signal output means,
A focus signal can be output quickly and accurately.
【0076】上記のような光学装置、たとえば顕微鏡に
おいては、たとえば試料の膜厚を測定するに際し、所定
の対物レンズにより捉えた反射光強度分布パターンをア
レイセンサが検出する。このとき、対物レンズが異なっ
ていると、誤った測定結果となる。そこで、アレイセン
サが反射光強度分布パターンを検出する際、所定の対物
レンズからのものであることをチェックする必要があ
る。これを実現するためには、顕微鏡に取り付けられる
所定の対物レンズにマーク(銀紙など)を付けて、これ
を(フォトセンサなどで)検出し所定の対物レンズであ
ることを確認する方法などが容易に考えられる。しかし
ながら、このような方法では、新たに検出機構が付加さ
れコストアップにつながるとともに、マークの付け違い
や長期使用に伴う汚れや剥がれなどによる誤動作を招く
おそれがある。In an optical device such as the one described above, for example, a microscope, when measuring the thickness of a sample, for example, an array sensor detects a reflected light intensity distribution pattern captured by a predetermined objective lens. At this time, if the objective lens is different, an erroneous measurement result will result. Therefore, when the array sensor detects the reflected light intensity distribution pattern, it is necessary to check that the pattern is from a predetermined objective lens. In order to realize this, it is easy to attach a mark (silver paper, etc.) to a predetermined objective lens attached to the microscope, detect it (with a photo sensor, etc.) and confirm that it is the predetermined objective lens. Can be considered. However, in such a method, a new detection mechanism is added, leading to an increase in cost, and a malfunction may be caused due to a misplacement of a mark or dirt or peeling due to long-term use.
【0077】本発明では、このような問題点にも着目
し、対物レンズの光学的な違いを利用して、所定の対物
レンズであることを容易に確実に検出できる光学装置も
提供される。すなわち、光源と、該光源からの光を対物
レンズを介して物体の面に導くとともに該物体面からの
反射光の少なくとも一部を前記対物レンズを介して光検
出手段に導く光学系と、該光検出手段上における前記対
物レンズの出射瞳からの前記反射光の広がりに基づいて
該対物レンズの種類を判定する対物レンズ判定手段を有
することを特徴とする光学装置である。The present invention also focuses on such a problem and provides an optical device that can easily and reliably detect a predetermined objective lens by utilizing an optical difference between objective lenses. That is, a light source, and an optical system that guides light from the light source to an object surface via an objective lens and guides at least a portion of reflected light from the object surface to light detection means via the objective lens. An optical apparatus comprising: an objective lens determination unit configured to determine a type of the objective lens based on a spread of the reflected light from an exit pupil of the objective lens on a light detection unit.
【0078】具体的には、対物レンズにコリメートされ
た光を入射させ試料表面に集光させたとき、つまり、合
焦させたとき、試料表面からの反射光は再び対物レンズ
に戻り、平行光となって対物レンズの出射瞳から出てい
く。このとき市販の対物レンズの瞳径は倍率によって異
なるという事実を利用して、この瞳像の大きさ(広が
り)を調べることにより対物レンズの識別を行うように
したものである。Specifically, when the collimated light is incident on the objective lens and focused on the sample surface, that is, when focused, the reflected light from the sample surface returns to the objective lens again, and And exits from the exit pupil of the objective lens. At this time, utilizing the fact that the pupil diameter of a commercially available objective lens varies depending on the magnification, the objective lens is identified by examining the size (spread) of the pupil image.
【0079】前述したようなアレイセンサを備えた光学
装置では、対物レンズの出射瞳の像をレンズを用いてア
レイセンサ面上に投影し、アレイセンサが検出する反射
光強度分布パターンから瞳像の大きさ(広がり)を調べ
ることができる。In an optical device having an array sensor as described above, the image of the exit pupil of the objective lens is projected onto the array sensor surface using a lens, and the pupil image is projected from the reflected light intensity distribution pattern detected by the array sensor. The size (spread) can be checked.
【0080】たとえば図21および図22に、倍率Aの
対物レンズ111と倍率Bの対物レンズ121をセット
した光学系の構成を示すが、光源112(たとえばレー
ザユニット)からの光がハーフミラー113を介して対
物レンズ111または対物レンズ121で集光されて合
焦状態で試料114の表面に照射され、反射光が再び対
物レンズ111または対物レンズ121を通してハーフ
ミラー115、レンズ116を介してアレイセンサ11
7の面上に投影され、アレイセンサ117が検出する反
射光強度分布パターンから瞳像の大きさ(広がり)を調
べることができる。For example, FIGS. 21 and 22 show the configuration of an optical system in which an objective lens 111 having a magnification A and an objective lens 121 having a magnification B are set. Light from a light source 112 (for example, a laser unit) Is focused by the objective lens 111 or the objective lens 121 via the objective lens 111 and is irradiated to the surface of the sample 114 in a focused state, and the reflected light is again passed through the objective lens 111 or the objective lens 121 via the half mirror 115 and the lens 116 to the array sensor 11.
7, the size (spread) of the pupil image can be checked from the reflected light intensity distribution pattern detected by the array sensor 117.
【0081】このとき、アレイセンサ117が検出する
瞳像の大きさ(広がり)は、たとえば、倍率Aの対物レ
ンズ111および倍率Bの対物レンズ121に対して、
それぞれ図23および図24に示すようになる。すなわ
ち、倍率の異なる対物レンズ111、対物レンズ121
に対応して、それぞれ異なる大きさの瞳像として検出さ
れ、この検出結果から、対物レンズの種類が容易にかつ
正確に判定される。At this time, the size (spread) of the pupil image detected by the array sensor 117 depends on, for example, the objective lens 111 of magnification A and the objective lens 121 of magnification B.
23 and 24 respectively. That is, the objective lenses 111 and 121 having different magnifications
Are detected as pupil images having different sizes, and the type of the objective lens is easily and accurately determined from the detection results.
【0082】この対物レンズの種類の判定に用いる、瞳
像の大きさを検出するためのアレイセンサ117には、
前述の第1の合焦信号出力手段を構成するアレイセンサ
をそのまま用いることができる。アレイセンサにおける
瞳像の大きさ(広がり)の調べ方は、図5に示した方法
と同様の方法による。An array sensor 117 for detecting the size of the pupil image used for determining the type of the objective lens includes:
The array sensor constituting the first focusing signal output means can be used as it is. The method of checking the size (spread) of the pupil image in the array sensor is the same as the method shown in FIG.
【0083】[0083]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の焦点合わ
せ装置および方法によれば、光検出手段における反射光
の光検出領域の広がりに基づく合焦信号を出力する第1
の合焦信号出力手段を有することにより、光の合焦を正
確にかつ容易にしかも迅速に行うことができる。これ
に、第2の光学系、光源のコヒーレント光の発光量を検
出する光量検出手段、該光量検出手段による検出光量に
基づく合焦信号を出力する第2の合焦信号出力手段を設
けることにより、効率のよい合焦動作に、さらに正確さ
を付与できる。また、このような合焦動作を容易に自動
化することもできる。As described above, according to the focusing apparatus and method of the present invention, the first focusing signal based on the spread of the light detection area of the reflected light in the light detecting means is output.
By having the focusing signal output means, it is possible to accurately, easily and quickly focus light. By providing a second optical system, a light amount detecting means for detecting the light emission amount of the coherent light of the light source, and a second focusing signal output means for outputting a focusing signal based on the light amount detected by the light amount detecting means. Further, accuracy can be given to an efficient focusing operation. Further, such a focusing operation can be easily automated.
【0084】また、本発明に係る光学定数測定装置によ
れば、試料の光学定数または試料表面に形成された薄膜
の光学定数を求めるに際し、焦点の位置を正確かつ迅速
に所望の位置に設定でき、測定の能率を向上できるとと
もに測定の精度を向上できる。Further, according to the optical constant measuring apparatus according to the present invention, the position of the focal point can be accurately and quickly set to a desired position when obtaining the optical constant of the sample or the optical constant of the thin film formed on the sample surface. In addition, the efficiency of measurement can be improved and the accuracy of measurement can be improved.
【0085】さらに、本発明に係る光学装置によれば、
対物レンズの種類を光学的に的確に確認でき、測定上の
誤動作を防止して測定の信頼性、精度を向上できる。Further, according to the optical device of the present invention,
The type of the objective lens can be accurately confirmed optically, and a malfunction in the measurement can be prevented to improve the reliability and accuracy of the measurement.
【0086】このような本発明に係る装置を用いた顕微
鏡は、操作性が良く、測定を迅速に行うことができ、測
定の精度、信頼性も高い。A microscope using such an apparatus according to the present invention has good operability, can perform measurement quickly, and has high measurement accuracy and reliability.
【図1】本発明の一実施態様に係る焦点合わせ装置の概
略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a focusing device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の装置の光学系の部分構成図である。FIG. 2 is a partial configuration diagram of an optical system of the apparatus of FIG.
【図3】図2の光学系におけるA、Bアレイセンサの試
験結果を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing test results of A and B array sensors in the optical system of FIG. 2;
【図4】アレイセンサの出力信号の変化およびIセンサ
の出力信号の変化の様子を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a change in an output signal of an array sensor and a change in an output signal of an I sensor.
【図5】アレイセンサにおける光検出領域の広がりを検
出する方法の一例を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a method for detecting the spread of a light detection area in an array sensor.
【図6】フォーカスインジケータの構成を示す概略構成
図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a focus indicator.
【図7】図6の装置におけるレーザ光の経路を示す概略
構成図である。FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a path of a laser beam in the apparatus of FIG.
【図8】図6の装置における試料高さとセンサ受光量と
の関係図である。8 is a diagram showing the relationship between the sample height and the amount of light received by a sensor in the apparatus shown in FIG. 6;
【図9】試料高さと計算値Cとの関係図である。FIG. 9 is a relationship diagram between a sample height and a calculated value C.
【図10】本発明の一実施態様に係る焦点合わせ装置の
概略構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a focusing device according to an embodiment of the present invention.
【図11】本発明の一実施態様に係る光学定数測定装置
の概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an optical constant measurement device according to an embodiment of the present invention.
【図12】試料に照射される収束光の一例を示す概略構
成図である。FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating an example of convergent light applied to a sample.
【図13】試料に照射される発散光の一例を示す概略構
成図である。FIG. 13 is a schematic configuration diagram illustrating an example of divergent light applied to a sample.
【図14】試料における多重反射の様子を示す説明図で
ある。FIG. 14 is an explanatory diagram showing a state of multiple reflection on a sample.
【図15】S偏光反射率の一例を示す、入射角に対する
特性図である。FIG. 15 is a characteristic diagram showing an example of S-polarized light reflectance with respect to an incident angle.
【図16】P偏光反射率の一例を示す、入射角に対する
特性図である。FIG. 16 is a characteristic diagram illustrating an example of P-polarized light reflectance with respect to an incident angle.
【図17】光学定数算出装置における処理例を示す説明
図である。FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating a processing example in the optical constant calculation device.
【図18】本発明の一実施態様に係る顕微鏡の概略構成
図である。FIG. 18 is a schematic configuration diagram of a microscope according to an embodiment of the present invention.
【図19】本発明の一実施態様に係る顕微鏡のより具体
的な外観構成を示す構成図である。FIG. 19 is a configuration diagram showing a more specific external configuration of a microscope according to an embodiment of the present invention.
【図20】本発明の顕微鏡の内部構成例を示す概略構成
図である。FIG. 20 is a schematic configuration diagram showing an example of the internal configuration of the microscope of the present invention.
【図21】本発明の一実施態様に係る光学装置における
倍率Aの対物レンズを付けた場合の光学系の部分構成図
である。FIG. 21 is a partial configuration diagram of an optical system when an objective lens having a magnification A is attached in the optical device according to an embodiment of the present invention.
【図22】図21の光学装置における倍率Bの対物レン
ズを付けた場合の光学系の部分構成図である。22 is a partial configuration diagram of an optical system in a case where an objective lens having a magnification B is attached to the optical device in FIG. 21;
【図23】図21の場合のアレイセンサにおける瞳像の
特性図である。FIG. 23 is a characteristic diagram of a pupil image in the array sensor in the case of FIG. 21;
【図24】図22の場合のアレイセンサにおける瞳像の
特性図である。24 is a characteristic diagram of a pupil image in the array sensor in the case of FIG.
1 光学装置 2 ステージ(試料台) 3 試料 4 アクチュエータとしてのモータ 5 モータドライバ 6 モータコントローラ 7 第1の光学系 8 光源 9、11 ハーフミラー 10 対物レンズ 12 コンデンサレンズ 13 ビームスプリッタ 14 アレイセンサ(Aセンサ) 15 アレイセンサ(Bセンサ) 16 光量検出手段としてのIセンサ 17 コンピュータ 21 コヒーレント光源としてのレーザユニット(レー
ザ光源) 22 コヒーレント光としてのレーザ光 23 ハーフミラー 24 対物レンズ 25 試料(対象物体) 26 センサ(光量検出手段) 27 リレーレンズ 28 撮像カメラ 29 極大値をもつ特性 30 極小値をもつ特性 31 フォーカスインジケータユニット 32 A/D変換器 33 演算処理機 34 出力装置 41 光学定数測定装置 42 測定ヘッド 43 光学定数算出装置 44 試料 44a 基板 44b 薄膜 45 照射される光 45a 収束光 45b 発散光 46 照射光学系 47 反射光 48 受光光学系 49 光強度分布センサ 50 レーザ光源 51 ハーフミラー 52 対物レンズ 71 顕微鏡 72 試料台 73 試料 74 測定ヘッド 75 顕微鏡本体 76 対物レンズ 77 照明光源 78 撮像カメラ 79 接眼鏡 80 レーザ光源 81 レーザ光 82、83、92 ハーフミラー 84 コンデンサレンズ 85 ピンホール 86 ビームスプリッタ 87、88 アレイセンサ 89 光学定数算出装置 90 白色光源 91 集光レンズ 93 CCDカメラ 94 リレーレンズ 100 Iセンサ 111 倍率Aの対物レンズ 112 光源 113、115 ハーフミラー 114 試料 116 レンズ 117 アレイセンサ 121 倍率Bの対物レンズReference Signs List 1 optical device 2 stage (sample stage) 3 sample 4 motor as actuator 5 motor driver 6 motor controller 7 first optical system 8 light source 9, 11 half mirror 10 objective lens 12 condenser lens 13 beam splitter 14 array sensor (A sensor) 15) Array sensor (B sensor) 16 I sensor as light amount detecting means 17 Computer 21 Laser unit (laser light source) as coherent light source 22 Laser light as coherent light 23 Half mirror 24 Objective lens 25 Sample (target object) 26 Sensor (Light Amount Detecting Means) 27 Relay Lens 28 Imaging Camera 29 Characteristics with Local Maximum 30 Characteristics with Local Minimum 31 Focus Indicator Unit 32 A / D Converter 33 Arithmetic Processor 34 Output Device 41 Optical Constant Measurement Constant device 42 measuring head 43 optical constant calculating device 44 sample 44a substrate 44b thin film 45 irradiated light 45a convergent light 45b divergent light 46 irradiation optical system 47 reflected light 48 light receiving optical system 49 light intensity distribution sensor 50 laser light source 51 half mirror 52 Objective lens 71 Microscope 72 Sample table 73 Sample 74 Measurement head 75 Microscope main body 76 Objective lens 77 Illumination light source 78 Imaging camera 79 Eyepiece 80 Laser light source 81 Laser light 82, 83, 92 Half mirror 84 Condenser lens 85 Pinhole 86 Beam splitter 87 , 88 Array sensor 89 Optical constant calculation device 90 White light source 91 Condensing lens 93 CCD camera 94 Relay lens 100 I sensor 111 Objective lens of magnification A 112 Light source 113, 115 Half mirror 114 Sample 1 6 lens 117 array sensor 121 magnification B objective lens
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA06 AA61 BB22 CC22 DD06 FF04 FF41 GG04 HH04 JJ02 JJ03 JJ05 JJ25 LL04 QQ29 QQ31 2F112 AB07 AB10 CA07 DA09 DA25 DA32 2H051 AA11 AA15 BA52 BA57 CA06 CB02 CB07 CB11 CC02 DB00 DC15 2H052 AB10 AB21 AC18 AC27 AC34 AD05 AD09 AD16 AD34 AD37 AF02 AF14 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 2F065 AA06 AA61 BB22 CC22 DD06 FF04 FF41 GG04 HH04 JJ02 JJ03 JJ05 JJ25 LL04 QQ29 QQ31 2F112 AB07 AB10 CA07 DA09 DA25 DA32 2H051 AA11 AA15 BA52 BA57 CA06 DC02 CB02 AB21 AC18 AC27 AC34 AD05 AD09 AD16 AD34 AD37 AF02 AF14
Claims (10)
くとともに該物体面からの反射光の少なくとも一部を光
検出手段に導く第1の光学系と、前記物体を前記第1の
光学系に対し相対変位させたときの前記光検出手段にお
ける前記反射光の光検出領域の広がりに基づく合焦信号
を出力する第1の合焦信号出力手段を有することを特徴
とする焦点合わせ装置。A light source; a first optical system that guides light from the light source to a surface of an object and guides at least a part of light reflected from the object surface to light detection means; Focusing means for outputting a focus signal based on the expansion of the light detection area of the reflected light in the light detection means when the light detection means is displaced relative to the optical system. apparatus.
のであり、該光源からのコヒーレント光を物体の面に導
くとともに該物体面からの反射光の少なくとも一部を前
記光源に入射する第2の光学系と、前記光源のコヒーレ
ント光の発光量を検出する光量検出手段と、前記物体を
前記第2の光学系に対し相対変位させたときの前記光量
検出手段による検出光量に基づく合焦信号を出力する第
2の合焦信号出力手段を有する、請求項1の焦点合わせ
装置。2. A light source for outputting coherent light, wherein the second light source guides the coherent light from the light source to a surface of an object and causes at least a part of light reflected from the object surface to enter the light source. An optical system, a light amount detecting means for detecting the light emission amount of the coherent light of the light source, and a focusing signal based on the light amount detected by the light amount detecting means when the object is displaced relative to the second optical system. 2. The focusing device according to claim 1, further comprising a second focus signal output unit for outputting.
に対し相対変位させるアクチュエータを有し、該アクチ
ュエータの作動が前記第1の合焦信号出力手段の出力に
連動されている、請求項1または2の焦点合わせ装置。3. An apparatus according to claim 1, further comprising an actuator for relatively displacing said object with respect to at least said first optical system, wherein an operation of said actuator is interlocked with an output of said first focusing signal output means. Or 2 focusing devices.
第1の光学系との距離が合焦状態よりも十分に大きいと
きに前記距離を短縮する方向に第1の作動速度で作動さ
れ、前記第1の合焦信号出力手段の出力の変化に基づい
て作動速度を前記第1の作動速度よりも遅い第2の作動
速度に切り替え作動されるものである、請求項3の焦点
合わせ装置。4. The actuator according to claim 1, wherein the actuator is operated at a first operating speed in a direction to reduce the distance when a distance between the object and the first optical system is sufficiently larger than a focused state. 4. The focusing device according to claim 3, wherein the operating speed is switched to a second operating speed lower than the first operating speed based on a change in the output of the first focusing signal output means.
レイセンサからなる、請求項1ないし4のいずれかに記
載の焦点合わせ装置。5. A focusing device according to claim 1, wherein said light detecting means comprises a one-dimensional or two-dimensional array sensor.
体の面に導くとともに該物体面からの反射光の少なくと
も一部を光検出手段に導き、前記物体を前記第1の光学
系に対し相対変位させたときの前記光検出手段における
前記反射光の光検出領域の広がりに基づいて合焦位置を
判定することを特徴とする焦点合わせ方法。6. A first optical system that guides light from a light source to a surface of an object and guides at least a portion of light reflected from the object surface to light detection means, and converts the object to the first optical system. A focus position is determined based on a spread of a light detection area of the reflected light in the light detection unit when the light detection unit is displaced relative to the focusing light.
る照射光学系、前記収束光または発散光の前記試料から
の反射光を導く受光光学系および該受光光学系により導
かれた反射光の光ビーム内光強度分布を検出する光強度
分布センサを備えた測定ヘッドと、前記試料を前記測定
ヘッドに対し相対変位させたときの前記光強度分布セン
サにおける前記反射光の光検出領域の広がりに基づく合
焦信号を出力する第1の合焦信号出力手段と、前記光強
度分布センサにより検出された光ビーム内光強度分布に
基づいて前記試料の光学定数または前記試料表面に形成
された薄膜の光学定数を算出する光学定数算出装置とを
備えたことを特徴とする光学定数測定装置。7. An irradiation optical system for irradiating convergent light or divergent light to the surface of a sample, a light receiving optical system for guiding reflected light of the convergent light or divergent light from the sample, and a light receiving optical system for guiding reflected light guided by the light receiving optical system. A measurement head having a light intensity distribution sensor for detecting a light intensity distribution in a light beam, and the spread of the light detection area of the reflected light in the light intensity distribution sensor when the sample is displaced relative to the measurement head. First focusing signal output means for outputting a focusing signal based on the optical constant of the sample or a thin film formed on the surface of the sample based on the light intensity distribution in the light beam detected by the light intensity distribution sensor. An optical constant measurement device comprising: an optical constant calculation device that calculates an optical constant.
点合わせ装置を有する顕微鏡。8. A microscope having the focusing device according to claim 1.
微鏡。9. A microscope having the optical constant measuring device according to claim 7.
を介して物体の面に導くとともに該物体面からの反射光
の少なくとも一部を前記対物レンズを介して光検出手段
に導く光学系と、該光検出手段上における前記対物レン
ズの出射瞳からの前記反射光の広がりに基づいて該対物
レンズの種類を判定する対物レンズ判定手段を有するこ
とを特徴とする光学装置。10. A light source, and an optical system for guiding light from the light source to an object surface via an objective lens and guiding at least a part of light reflected from the object surface to light detection means via the objective lens. And an objective lens determining means for determining the type of the objective lens based on the spread of the reflected light from the exit pupil of the objective lens on the light detecting means.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22117998A JP2000056236A (en) | 1998-08-05 | 1998-08-05 | Focusing device, focusing method, optical constant measuring instrument and microscope |
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- 1998-08-05 JP JP22117998A patent/JP2000056236A/en active Pending
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