(57)【要約】  本発明は、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための方法および装置に関する。光ビームは、対象の試料へと方向付けられた後に集光され、また、反射光から少なくとも１つの画像が形成される。その後、画像が検査され、画像から較正測定値が検索される。これらの較正測定値は、その後、顕微鏡をオートフォーカスするために使用される合焦測定値を決定するために使用される。【選択図】  図４
2009540343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスする方法であって、
前記試料の画像を形成するステップと、
前記画像を処理して較正測定値を検索するステップと、
前記較正測定値から距離測定値を計算するステップと、
前記較正測定値から方向測定値を計算するステップと、
前記距離測定値および前記方向測定値にしたがって顕微鏡を移動させるために前記距離測定値および前記方向測定値をモータへ送信するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
画像を形成する前記ステップが、
前記試料に光を伝送する工程と、
前記試料から反射光を受ける工程と、
前記反射光に基づいて前記試料の画像を形成する工程と、
焦点面アレイ上に形成される画像を処理のために取得する工程と、
を備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光を伝送する前記ステップが、
光源から光ビームを供給する工程と、
前記光ビームを二等分して二等分部分を生成する工程と、
前記二等分部分を平行にする工程と、
平行にされた前記二等分部分を試料に集光する工程と、
を備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記二等分部分が半円錐形状の光ビームを備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】
画像を形成する前記ステップがチューブレンズを介して行なわれる請求項７に記載の方法。
【請求項６】
距離測定値を計算する前記ステップが、
焦点面アレイを表わすグラフ上に画像をマッピングする工程と、
画像における質量中心値を計算する工程と、
質量中心値の一部を距離測定値として設定する工程と、
を備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
方向測定値を計算する前記ステップが、
電圧測定値を所定の閾値と比較する工程と、
前記比較する工程に基づいて方向測定値を決定する工程と、
を備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
顕微鏡が試料の正しい表面に合焦されているかどうかを検証するステップと、
顕微鏡が誤った表面に合焦されている場合に、顕微鏡を試料の他の表面へと移動させるステップと、
を更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項９】
検証する前記ステップが、
前記較正測定値に基づいて検証アルゴリズムを実行する工程と、
前記検証アルゴリズムの結果を処理して、顕微鏡が正しい表面に合焦されているかどうかを決定する工程と、
を備える請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスすることに用いる装置であって、
センサを備え、該センサが、
複数の光ビームを供給するための光源と、
集束光を生成して該集束光を試料に方向付けるとともに、方向付けられた集束光の結果として試料から反射される光に基づいて画像を形成する複数の光学素子と、
前記画像を表示するための焦点面アレイと、
前記画像に基づいて前記無限遠補正顕微鏡におけるオートフォーカス測定値を計算するためのプロセッサと、
を含む装置。
【請求項１１】
前記複数の光学素子が、
光を第１の部分と第２の部分とに二等分するための第１のレンズと、
第２のレンズと、
二等分された光の前記第１の部分を前記第２のレンズへと方向付けるためのステアリングミラーと、
二等分された光を半円錐へと集光するための集光装置と、
を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
光の前記第２の部分を受けるための開口絞りを更に備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記顕微鏡を合焦させるためにオートフォーカス測定値にしたがって前記顕微鏡を移動させるためのモータを更に備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記モータが前記顕微鏡の対物レンズを移動させる請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記モータが、試料が載置するステージを移動させる請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記光が顕微鏡の対物レンズを通過して方向付けられる請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置を顕微鏡に対して装着するための手段を更に備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
前記装置を顕微鏡に対して装着するための請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記装置を顕微鏡に対して装着するための手段を更に備える請求項１０に記載の装置。
【請求項２０】
前記装置を顕微鏡に対して装着するための手段を更に備える請求項１０に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、参照により本明細書に組み込まれる２００６年６月９日に出願された米国仮特許出願第６０／８０４，３０５号の優先権の恩典を主張する。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明は概して光学顕微鏡に関する。特に、本発明は、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための方法および装置に関する。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]光学顕微鏡の分野では、意味のある画像を得るために、検査されるべき物体や試料に対して顕微鏡を合焦させなければならない。顕微鏡が試料に合焦している時間には、顕微鏡を使用することはできない。このため、合焦時間を最小限に抑え且つプロセスを自動化するための多くの努力が成されてきた。これは一般にオートフォーカス（ＡＦ）と称される。
【０００４】
[0004]媒体の自動光学検査（ＡＯＩ）の導入以来、ＡＦは産業界で更に普及してきた。ＡＯＩ機器が広く使用されており、また、特に、ＡＯＩ機器は、製造プロセス中のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の検査および集積回路の製造中のシリコンウエハの検査において有益となってきた。これらの場合のいずれにおいても、検査されるべき試料は、典型的に０．５ｍｍ×０．５ｍｍの顕微鏡の視野に比べて非常に大きい。
【０００５】
[0005]顕微鏡がその視野よりも大きい試料を検査するため、一般に、２つの技術が使用されてきた。第１の技術は、欠陥があると疑われる予め特定されたスポットに顕微鏡を合焦させることによって行なわれ、一方、第２の技術は、試料全体を体系的に走査することである。これらのＡＯＩ技術の両方の効率は、現在利用できるＡＦ機器の性能によって大幅に制限される。
【０００６】
[0006]したがって、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための新規な方法および装置を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００７】
[0007]本発明の目的は、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための従前の方法および装置の少なくとも１つの欠点を未然に防ぐ或いは緩和することである。
【０００８】
[0008]本発明の１つの態様では、無限遠補正顕微鏡が試料に合焦されるために移動されるべき距離および方向を決定するための方法および装置が提供される。試料から光を反射することによって形成される少なくとも１つの画像から較正測定値を検索して処理することにより、距離測定値および方向測定値を計算することができ、その後、顕微鏡を試料に更に明確に合焦させるために再配置されるように、顕微鏡、顕微鏡の対物レンズ、または、試料が載置するステージを移動させるため、距離測定値および方向測定値を電気サーボモータへ送信することができる。
【０００９】
[0009]計算は、較正測定値の特定の特性を決定した後に行なわれる。これは、画像の様々な部分のサイズおよびパターンを含むが、これらに限定されない。計算は、顕微鏡のレンズからの試料の離間距離を決定することに役立つ。このプロセスは、ＴＦＴアレイまたは薄いガラス基板のような非常に単純なパターニングされていない断片を含む様々なタイプの試料において用途を見出す。
【００１０】
[0010]第１の態様において、本発明は、無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスする方法であって、上記試料の画像を形成するステップと、上記画像を処理して較正測定値を検索するステップと、上記較正測定値から距離測定値を計算するステップと、上記較正測定値から方向測定値を計算するステップと、上記距離測定値および上記方向測定値にしたがって顕微鏡を移動させるために上記距離測定値および上記方向測定値をモータへ送信するステップとを備える方法を提供する。
【００１１】
[0011]更なる実施形態では、無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスするための装置であって、センサを備え、該センサは、複数の光ビームを供給するための光源と、試料に方向付けられる集束光を生成するとともに、集束光の結果として試料から反射される光に基づいて画像を生成する複数の光学素子と、上記画像を表示するための焦点面アレイと、上記画像に基づいて無限遠補正顕微鏡におけるオートフォーカス測定値を計算するためのプロセッサとを備える装置が提供される。
【００１２】
[0012]本発明の他の態様および特徴は、添付図面と関連する本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討すれば当業者に明らかとなる。
【００１３】
[0013]ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態を単なる一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１ａ】光が試料に方向付けられているのを示す、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための装置の概略図である。
【図１ｂ】光が試料から反射されるときの図１ａの装置の概略図である。
【図１ｃ】光ビームにおける３次元図である。
【図１ｄ】光ビームにおける３次元図である。
【図１ｅ】複数の光ビームがその表面に向けられる試料の概略平面図である。
【図１ｆ】試料へと向けられる３つの光ビームの組の概略図である。
【図２】（ａ）は光が試料から反射される位置を示す一組の図であり、（ｂ）は（ａ）の反射の結果として生成される一連の画像である。
【図３ａ】焦点面アレイ上で見られる一組の画像である。
【図３ｂ】質量中心（ＣＯＧ）画像の図である。
【図３ｃ】ＣＯＧ値対試料からの対物レンズの距離のグラフである。
【図４】無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスする方法の概略を示すフローチャートである。
【図５ａ】上端面および下端面を有するガラス試料上に光を集束させる概略図である。
【図５ｂ】上端面および下端面を有するガラス試料上に光を集束させる概略図である。
【図５ｃ】顕微鏡が正しい表面に合焦されているかどうかを決定する方法の概略を示すフローチャートである。
【詳細な説明】
【００１５】
[0014]概して、本発明は、オートフォーカス方式の無限遠補正顕微鏡のための方法およびシステムを提供する。本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ検査、フォトリソグラフィマスク検査、シリコンウエハ検査、および、マイクロマッチング・三次元座標測定機（ＣＭＭ）において特定の用途を見出す。
【００１６】
[0015]図１ａ〜図１ｄを参照すると、無限遠補正顕微鏡と共に使用するためのオートフォーカス装置の一実施形態の概略図が示されている。図１ａは、出射光ビームを供給する装置の概略図を示し、図１ｂは、出射光ビームが試料に反射した後の反射光ビームの概略図であり、図１ｃおよび図１ｄは出射光ビームの３次元図である。
【００１７】
[0016]図１ａにおいて、無限遠補正顕微鏡１０は、センサなどのオートフォーカス装置１２を伴って示されている。別個に示されているが、装置１２を顕微鏡１０内に組み込むことができ或いは顕微鏡１０に装着することができ、また、一般に、装置１２が顕微鏡１０のための付属品であることは言うまでもない。
【００１８】
[0017]顕微鏡１０は、光学ポート１６、光学ポートビームスプリッタ１８および対物レンズ２０とを含んでいる。装置１２から信号を受けた後に顕微鏡１０またはその一部を垂直方向に移動させて顕微鏡１０を合焦させるため、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０に取り付けられる。あるいは、その上に試料２８が位置されるステージ１５に対して電気サーボモータ１４を接続し、それにより、試料２８を顕微鏡１０に対して垂直方向に移動させて、顕微鏡１０を合焦させることができる。言うまでもなく、図１ａおよび図１ｂには顕微鏡１０の選択された部品だけが示されている。つまり、図１ａおよび図１ｂは、顕微鏡１０の動作のために必要とされる全ての部品を示しておらず、本発明と共に使用するために必要とされる部品を示している。
【００１９】
[0018]装置１２は、光源２４、好ましくはレーザ光源と、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）エリアイメージャなどの焦点面アレイ４２とに対して接続されるプロセッサ２３を収容するセンサハウジング２２を含んでいる。焦点面アレイ４２は、ラインスキャンまたはエリアスキャン焦点面アレイであってもよい。光源２４は、後述するように試料２８上にパターンを照射するために複数の光ビーム２６を供給する。
【００２０】
[0019]この実施形態において、センサ１２は、第１のレンズ３０と、第２のレンズ３２と、開口絞り３４と、回折格子３５と、ステアリングミラー３６と、ビームスプリッタ３８と、光学ブラックパッド４０とを更に含む。この実施形態では、図１ａに示されるように、第１のレンズ３０が光源２４から分離されている。あるいは、第１のレンズ３０を光源２４と一体にすることができる。
【００２１】
[0020]第１のレンズ３０および第２のレンズ３２は、顕微鏡対物レンズ２０の入射瞳孔の最大直径と一致するように光ビーム２６の直径を拡大するために使用される。顕微鏡対物レンズ２０の入射瞳孔直径は、その倍率および形状に応じて変化できる。一般に、顕微鏡１０は、検査されるべき試料２８に応じて周期的に回転される複数の対物レンズ２０を含んでいる。
【００２２】
[0021]以下の例では、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０に接続されているものとする。
【００２３】
[0022]動作時、図４のフローチャートに示されるように、画像、例えば顕微鏡１０を合焦させるために使用されるべき基準ドットの画像を形成して得るために、光ビーム２６がレーザ光源２４から試料２８へ向けて伝送される（ステップ１００）。光ビーム２６は、光ビーム２６を発散する第１のレンズ３０へと向けられる。この場合、発散された光ビームの部分２６ａは、光ビーム２６を二等分にされる開口絞り３４へと向けられる。開口絞り３４に起因して、二等分された光ビームすなわち二等分部分２６ｂは半円錐体として形成される。
【００２４】
[0023]二等分された光ビーム２６ｂは、図１ｄに更に明確に示されるように、二等分されたビーム２６ｂを複数の半円錐形状の光ビーム２６ｃ，２６ｄ，２６ｅへと分ける回折格子３５、好ましくはホログラフィック格子に通される。図１ｄには３つの別個の光ビームだけが示されているが、回折格子３５が二等分された光ビーム２６ｂを任意の数の光ビームへと分けることができることは言うまでもない。あるいは、１つの二等分された光ビームだけが必要とされる場合には、回折格子３５を除去することができる。試料２８が均一な材料（例えば、パターニングされていないガラス）から成る場合には、顕微鏡１０を合焦させるために１つの光ビームで十分である。回折格子３５を使用して複数の光ビームを生成することは、後述するようなＴＦＴアレイなどのパターニングされた試料の場合に有益である。
【００２５】
[0024]複数の光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、その後、複数の二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅを平行にする第２のレンズ３２へと伝送される。この実施形態において、二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、ステアリングミラー３６を介して第２のレンズ３２へと向けられる。二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅが好ましくはハーフミラーであるビームスプリッタ３８を通過すると、光の一部は、ビームスプリッタ３８によって反射される任意の残留光を吸収する或いは減衰するブラックパッド４０へ向けて反射され、それにより、この反射光がセンサ１２の動作に悪影響を及ぼすことができないようにする。
【００２６】
[0025]あるいは、図１ｃおよび図１ｄに示されるように、二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅを回折格子３５から第２のレンズ３２へと直接に伝送することができる。
【００２７】
[0026]光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、平行にされた後、顕微鏡１０の光学ポート１６に通され、この光学ポート１６で、対物レンズ２０へと向けられて当該対物レンズ２０に通される。
【００２８】
[0027]１つの実施形態において、光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、光学ポート１６から、光ビーム２６ｃ〜２６ｅを対物レンズ２０へと集光する光学ポートビームスプリッタ１８へと方向付けられる。光軸４３を有する対物レンズ２０は、その後、図１ａおよび図１ｆに示されるように、光ビーム２６ｃ〜２６ｅを試料２８へと方向付ける。対物レンズ２０によって方向付けられた光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、半円錐形状を有しており、それぞれが高さｈを有し且つ試料２８に向けられる個々の集束光ビーム４０を与える。光ビーム２６ｃ〜２６ｅが対物レンズ２０を通じて方向付けられることにより、顕微鏡１０を合焦させる際に使用されるべき画像が対物レンズ２０の真下の位置から得られる。
【００２９】
[0028]図示の実施形態において、試料２８は、円錐集束光ビーム４０の先端が試料２８の表面に衝突するように、対物レンズ２０から距離ｈを隔てて配置される。図示のように、集束光ビーム４０は１つの軸を対物レンズ２０と共有する。
【００３０】
[0029]図１ｂを参照すると、画像を形成するために試料２８に反射される集束光を示す概略図が示されている。試料２８に反射された後、反射された光ビームまたはビーム４６は、元の対物レンズ２０へと方向付けられるとともに対物レンズ２０を通過して顕微鏡１０内へ入り、それにより、焦点面アレイ４２上に画像が生成される（ステップ１０２）。生成される画像は、一般に、集束光ビームまたはビーム４０が試料２８に衝突するときに生成される基準マークまたはドットの画像であり、試料自体の任意の細部を含まない。他の実施形態では、試料２８の細部を画像に含ませることもできる。異なる画像の例が図２および図３に関連して示されている。
【００３１】
[0030]反射された光ビーム４６は、ビームスプリッタ１８に反射されて光学ポート１６を通過し、その後、第２のレンズ３２を介してセンサ１２内へと戻る。チューブレンズとしての役目を果たすこの第２のレンズ３２は、公知の方法によって、集束光ビームまたはビーム４０が試料２８に反射したときに照射された画像を形成する。画像を表わす光ビームは、その後、これらのビームを焦点面アレイ４２へと方向付けるビームスプリッタ３８へと方向付けられる。焦点面アレイ４２では、画像が形成されるとともに、この画像は、その後、プロセッサ２３によって検査される（ステップ１０４）。複数のドットをその表面上に有する試料の平面図である図１ｅに示されるような複数の光ビームが使用される場合には、プロセッサ２３が１つ以上の使用できるドットを選択する。ドットのうちのどれを使用することができ且つどれが損傷されているかを決定するために、デジタル画像処理（ＤＩＰ）を使用することができる。このプロセスの一例については、図１ｅを参照して後述する。これは、損傷されたドットを無視することができ且つ使用できるドットからの情報だけをプロセッサ２３によって取得できるという点で利点を与える。
【００３２】
[0031]プロセッサ２３は、画像の様々な部分のサイズまたは画像の特定の領域での光の強度など、画像の特性または較正測定値を検索するために画像を処理する。画像を処理した後、特性、または、較正、測定値に基づいて、一組の焦点測定値、例えば画像の半径または質量中心（ＣＯＧ）値が計算される（ステップ１０４）。ＣＯＧ値の計算の更に詳しい説明は、図３ａおよび３ｂに関して以下で記載される。一組の焦点測定値は、その後、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０を移動させて（ステップ１０６）顕微鏡１０を合焦させるための方向測定値および距離測定値を決定するために使用される。方向測定値および距離測定値は、その後、プロセッサ２３により、電気サーボモータ１４へと送信される（ステップ１０８）。測定値を受けた後、電気サーボモータ１４は、顕微鏡１０を移動させることによって顕微鏡１０を合焦させる。顕微鏡１０をより明確に合焦させるため、ステップ１００〜１０８を繰り返し行なうことができる。
【００３３】
[0032]図１ｅは、その表面に衝突する光ビームを表わす複数のドットを有するＴＦＴアレイなどの試料の概略平面図を示している。図示のように、複数のドットは、光ビームが回折格子３５を通過する結果として、表面上に位置される。ドットの一部は、それらが反射性の高い材料（クロムトレースなど）および反射性の低い材料（インジウムなど）といった、この酸化物電極の急激な移行領域に位置されるため、損傷される。
【００３４】
[0033]図１ｅにおいて５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅおよび５０ｆとして示される複数の位置５０で光を集光することにより、焦点面アレイ４２上に表示される複数の較正測定値を有する画像を使用して、方向測定値および距離測定値を決定し、顕微鏡１０を合焦させることができる。複数組の較正測定値を有することによって、距離測定値および方向測定値を決定することに用いる更に正確な測定値を得ることができる。これは、較正測定値を平均化することができ、あるいは、複数の較正測定値の平均値または中央値を使用できるためである。
【００３５】
[0034]プロセッサ２３内に或いはセンサ１２の別個の構成要素としてデジタル処理（ＤＩＰ）装置を含ませることにより、歪められる画像内のドットを切り捨てることができるとともに、明確な画像だけを使用して較正測定値を使用することができる。ＤＩＰは、どのドットが損傷され且つどれを使用できるのかを決定するための装置または手段を含む。
【００３６】
[0035]集束光ビーム４０が複数の反射性金属トレース６０のうちの１つに近接して、或いは図１ｅにドット５０ｂおよび５０ｆによって示されるような２つの異なる材料間の移行領域に方向付けられる場合には、変形され或いは歪められたドットまたは画像部分が焦点面アレイ４２上に表示される。しかしながら、図１ｅに示されるように集束光ビーム４０が反射性の高い金属トレース６０から離れた領域へ、或いはドット５０ａ、５０ｃ、５０ｄおよび５０ｅによって示される１つの材料だけの領域内でのみ方向付けられる場合には、ドットまたは画像部分が焦点面アレイ４２上に表示される。このように、ＣＯＧ値を検索するためには、複数のドットが使用される場合であっても、１つの画像取得だけで済む。使用できる画像部分を決定した後、画像部分毎にＣＯＧ値が計算され、また、使用される較正測定値が、無限遠補正顕微鏡を合焦させるための方向測定値および距離測定値を決定する。
【００３７】
[0036]図２（ａ）および図２（ｂ）を参照すると、試料２８と接触する集束光ビーム４０を示す更なる図が示されている。顕微鏡１０の対物レンズ２０も示されている。以下の説明では、単一の集束光ビーム４０について述べるが、複数の光ビームがある場合には、複数の集束光ビームが存在して同一の態様で作用することは言うまでもない。
【００３８】
[0037]集束光ビーム４０が顕微鏡の対物レンズ２０から出た後、高さｈを有する半円錐形状光が試料２８へと方向付けられる。試料２８は、集束光ビーム４０の高さに関して３つの位置に位置されることができる。
【００３９】
[0038]試料２８ｂによって示される第１の位置は、対物レンズ２０から距離ｈだけ隔てられており、それにより、集束光ビーム４０が試料２８上の単一の点で合焦される。試料２８ａによって示される第２の位置は、対物レンズ２０からｈ未満の距離だけ離れており、それにより、集束光ビーム４０は、対物レンズ２０の光軸４３の右側において半円パターンで試料２８と接触する。試料２８ｃによって示される第３の位置は、対物レンズ２０からｈよりも大きい距離だけ離れており、それにより、集束光ビーム４０は、対物レンズ２０の光軸４３の左側において半円パターンで試料２８と接触する。言うまでも無く、集束光ビーム４０が対物レンズ２０から出るときの集束光ビーム４０の位置は、画像中における半円パターンまたはハローの位置を決定する。集束光ビーム４０は常に同じ位置から出ており、それにより、顕微鏡１０を合焦させるために使用される合成画像の位置が標準化され、したがって、方向測定値を容易に決定できる。
【００４０】
[0039]複数の光ビームが使用される場合には、複数のドットまたは半円部分が画像内に見える。各ドットは、１つの画像部分を表わすことができる。
【００４１】
[0040]試料２８上における集束光ビーム４０の接触点は、３つの別個の位置に関する図２ｂの画像の対応する組に更に明確に示されている。前述したように、集束光ビーム４０は、試料２８に反射するとともに、元の対物レンズ２０を通過して反射光ビーム４６として焦点領域アレイ４２へと進行し、そのため、照射される試料２８の画像を使用して、顕微鏡１０を合焦させるための較正測定値を計算することができる。また、画像を使用して試料２８を検査し、任意の傷があるかどうかを決定することもできる。
【００４２】
[0041]当業者であれば分かるように、ほとんどの合焦画像は、試料２８が位置１に配置されるとき、したがって、顕微鏡１０が合焦状態であると決定されるときに実現される。他の２つの位置に関しては、半円パターンを含む更に広いスペクトルが見え、画像中で利用できる内容は少ない。しかしながら、後述するように、これらの他の２つの位置のそれぞれで取得される画像も、顕微鏡１０を合焦させるための較正測定値を与えるのに役立つように使用することができる。
【００４３】
[0042]図３ａを参照すると、顕微鏡のオートフォーカスで用いる試料の照射領域を示す一組の独立画像３ａ−１〜３ａ−５が示されている。言うまでもなく、この例では、５つの別個の画像が示されている。言うまでもなく、無限遠補正顕微鏡を自動的に合焦させることができるように距離測定値および方向測定値を決定するためには、１つの画像だけで済む。距離測定値および方向測定値を決定するため、画像の特性を使用して、例えばこれらに限定されないが、単位面積当たりのエネルギ、画像面積、画像幅または高さ等を使用して、較正測定値が決定される。
【００４４】
[0043]図２ａと同様、集束光ビーム４０がレンズ２０の右側で対物レンズ２０から出ることにより、集束光ビーム４０の高さよりも小さい２つの異なる距離（位置２）で試料２８が照射されるときに、２つの画像（３ａ−１および３ａ−２）が与えられる。また、中央の画像（３ａ−３）は、試料２８が集束光ビーム４０の高さに等しい距離（位置１）で照射されるときに与えられるとともに、２つの画像（３ａ−４および３ａ−５）は、試料２８が集光レンズ４０の高さよりも高い２つの異なる距離（位置３）で照射されるときに与えられる。
【００４５】
[0044]距離測定値および方向測定値を決定して顕微鏡１０を合焦させるため、様々な計算が行なわれる。１つの実施形態では、画像を使用してプロセッサ２３によって質量中心（ＣＯＧ）値が計算される。図３ａの各画像中の矢印は、各画像におけるＣＯＧ値を指し示している。
【００４６】
[0045]ここで、画像３ａ−５に類似する焦点面アレイ４２上の画像を示す図３ｂに関連して、ＣＯＧ値を計算する１つの方法について説明する。図３ｂは、１つの光ビームだけが試料に反射された場合の画像を示している。
【００４７】
[0046]ＣＯＧ値は、グラフにマッピングされる焦点面アレイ４２の中心に関連して計算される。焦点面アレイ４２の観察領域は、グラフによって概略的に示されるように、ｉおよびｊと表記されている２つの軸を有している。その後、グラフ上に基準ドット画像がマッピングされ或いは表示される。
【００４８】
[0047]この焦点面アレイ４２の中心は、（ｉｃ，ｊｃ）として示されるとともに、対物レンズ２０が試料２８から距離ｈを隔てるように顕微鏡１０が合焦状態にあるときの期待ＣＯＧ値を表わす。
【００４９】
[0048]ｉｃｏｇ，ｊｃｏｇとして示される画像におけるＣＯＧの座標は、以下のように計算される。
【数１】
2009540343.tif 000003
【００５０】
[0049]ここで、ｊ＝１，．．．．ｊｍａｘであり、また、ｊは列数であり、ｊｍａｘは列の総数である。また、ｉ＝１，．．．．ｉｍａｘであり、ｉは行数であり、ｉｍａｘは行の総数である。Ｐｊｉは、列ｊおよび行ｉの交差部でピクセルにより記録される画像強度を示す。各交差点で強度値を計算することにより、より正確なＣＯＧ読取値を得ることができる。
【００５１】
[0050]ｊcog値は、ピクセル単位で計算され、顕微鏡１０を合焦させるために必要とされる距離測定値に比例する。集束光ビーム４０は対物レンズ２０を通じて伝送されるため、この関係は線形である。ｉｃｏｇ値座標は、合焦させるために変化する距離に伴って導き出さずに、エラーチェックのみによって計算される。
【００５２】
[0051]ｊｃｏｇ値を決定した後、この値に対して、ピクセル単位値を距離値（マイクロメートル）へ変えるための換算率が乗じられ、それにより、距離測定値を決定することができる。言うまでもなく、この変換率は、センサに関する様々な測定値および顕微鏡１０の垂直位置に関する様々な他の測定値によって決定される。この換算率の計算または決定は、当業者に周知である。
【００５３】
[0052]本発明の他の実施形態において、較正測定値は、ハロー、ゴースト、または半円画像の半径であってもよい。このように、半径の長さが決定された後、この半径の長さに対して前述した変換率と同じ或いは異なっていてもよい換算率が乗じられ、それにより、顕微鏡１０を合焦させるために距離測定値が決定される。
【００５４】
[0053]この例では、顕微鏡１０が合焦状態のとき、画像は、画像３ａ−３など、幾何学的中心の周囲の小さいほぼ丸いドットであり、計算されたＣＯＧ値は（０，０）に等しい（焦点に達したという表示または試料２８が対物レンズ２０から距離ｈを隔てているという表示）。
【００５５】
[0054]ＣＯＧ値の使用は、これが複数の測定値を必要とし且つ単一の半径測定値を使用するよりも正確な距離測定値を与えるため、好ましい。
【００５６】
[0055]複数の光ビームが使用される場合には、ＣＯＧ値が画像部分毎に計算され、より正確な全ＣＯＧ値を得るためにＣＯＧ値が平均化される。
【００５７】
[0056]図３ｃは、ＣＯＧ値（ピクセル単位）対幾何学的な質量中心からの離間距離を示すサンプルグラフを示している。画像は、対物レンズ２０を通じて光を伝送することによって生成されるため、ＣＯＧ値と顕微鏡１０を合焦させるための距離測定値との間の関係は線形である。したがって、幾何学的な画像中心とＣＯＧ値との間の距離に変換率を乗じて使用することにより、距離測定値および方向測定値を決定することができる。
【００５８】
[0057]方向測定値は、典型的に、半円画像がいずれの側にあるのかを決定した後にその画像がｈ未満の距離だけ隔てられ、ｈと等しい距離だけ隔てられ、あるいは、ｈよりも大きい距離だけ隔てられているかどうかを決定するデジタル画像処理によって決定される。
【００５９】
[0058]方向測定に関する他の実施形態では、ピクセル単位のＣＯＧ値が所定の閾値電圧を上回る場合には、試料が対物レンズからｈの値よりも小さく離間されていると決定され、したがって、対物レンズを移動させて試料２８から離間させなければならない。あるいは、ピクセル単位のＣＯＧ値が所定の閾値電圧を下回る場合には、試料が対物レンズからｈの値よりも大きく離間されていると決定され、したがって、対物レンズおよび試料２８を互いに近づくように移動させなければならない。ＣＯＧ値が所定の閾値電圧に等しい場合には、試料が合焦状態にあると決定され、そのため、調整は不要である。
【００６０】
[0059]幾つかの例では、顕微鏡１０の対物レンズ２０は、距離測定値が不要となるような距離だけ試料２８から離れることができるが、適切な方向で顕微鏡１０を移動させてフォローアップ画像を得ることにより更新された方向測定値および距離測定値を決定するためには、方向測定値が依然として必要とされる。
【００６１】
[0060]図３ａに戻って参照すると、最初の画像が最も上の画像３ａ−１である場合には、ＣＯＧ値が計算され、その後、それに応じて顕微鏡１０が移動される。この計算されたＣＯＧ値により、顕微鏡１０および試料２８を互いから更に離間させて位置させることができ、それにより、顕微鏡１０の合焦が向上される。先に示したように、画像３ａ−１は、試料が対物レンズ２０からｈ未満の距離だけ隔てられるときに形成され、そのため、顕微鏡１０をより明確に合焦させるべく顕微鏡１０を試料２８から離間移動させなければならない。オートフォーカスは、ｊｃｏｇが０に等しくなるまでは連続的なプロセスである。試料の焦点が合っているかどうかを検証するため、第２の画像、例えば第２の画像３ａ−２が検索される。その後、この画像に関してＣＯＧ値が計算され、互いに対して位置される顕微鏡１０および試料２８が顕微鏡１０の合焦を向上させる。その後、第３の画像、例えば画像３ａ−３が検索され、ＣＯＧ値が計算される。この状況では、前述したように、ＣＯＧ値が焦点面アレイ４２の幾何学的中心に等しく、したがって、顕微鏡１０の焦点が合う。そのため、顕微鏡１０を更に移動させる必要はなく、プロセッサ２３は、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０を移動させないように、方向測定値における０の値と距離測定値における０の値とを送信する。しかしながら、顕微鏡の焦点が合っていると見なされた後であっても、画像が連続的に得られるとともに、顕微鏡１０を合焦状態にさせるためにＣＯＧ値計算が行なわれる。したがって、較正プロセスが続くとともに、顕微鏡１０が合焦状態にある限り、距離測定値および方向測定値は０に等しい。他の実施形態では、顕微鏡１０の焦点が合っている場合、信号がモータ１４へ送信されない。
【００６２】
[0061]代わりの実施形態では、距離測定値および方向測定値が計算された後、顕微鏡１０が焦点を通り過ぎないようにするために、計算された距離測定値のパーセンテージである更新された距離測定値が決定される。このことは、顕微鏡１０が試料２８からｈ未満の距離だけ隔てられる場合に顕微鏡１０が試料から距離ｈを超えて離間される位置へと顕微鏡１０が移動されないことを意味する。
【００６３】
[0062]図５ａ〜図５ｃを参照すると、本発明の他の態様が示されている。セルまたはモジュールなどの、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）検査および／または修理を伴う特定の用途を扱う場合、装置１２は、顕微鏡がどの表面上で合焦されるのかを決定するため、およびこれがユーザによって必要とされる表面であるかどうかを決定するために使用することができる。これらのステップは、図５ｃにおいて更に反映されるとともに、顕微鏡１０が試料２８に完全に合焦された後に実行されることが好ましい。この実施形態は、薄いガラスのシートなどの試料２８の上端面２８ｔおよび下端面２８ｂが透明であり且つ紛らわしい画像が得られる可能性があるときに用途を見出す。図示のように、図５ａおよび図５ｂは、顕微鏡１０の対物レンズ２０の下側の領域を対象にしている。
【００６４】
[0063]具体的に、ＴＦＴ検査および／または修理の分野では、ＴＦＴまたは試料の基体が薄い。結果として、焦点面アレイ４２で生成される画像は、試料２８の両面２８ｂおよび２８ｔからの画像を与え、それにより、画像は、重ね合わされた部分、または、ゴーストあるいはハロー部分を含む。これは、集束光ビーム４０が対向面に合焦されるときに上端面２８ｔまたは下端面２８ｂための反射が存在するためである。これが図５ａおよび５ｂにより明確に示されている。
【００６５】
[0064]図５ａは、試料２８の上端面２８ｔが顕微鏡対物レンズ２０から距離ｈを隔てて位置されるときの図を示しており、一方、図５ｂは、試料２８の下端面２８ｂが顕微鏡対物レンズ２０から距離ｈを隔てて位置されるときの図を示している。
【００６６】
[0065]図５ａに対応する画像において見ることができるように、焦点面アレイ４２上で見られる画像は、下端面２８ｂに反射されるゴースト画像を含み、また、同様に、図５ｂにおいて、焦点面アレイ４２上で見られる画像は、試料２８の上端面２８ｔに反射される画像を含む。
【００６７】
[0066]図５ａにおける画像中、試料２８の下端面２８ｂからの集束光ビーム４０の反射は、集束光ビーム４０が試料２８の上端面２８ｔに反射する画像を表わすドット５４を取り囲む焦点面アレイ４２上に表示されるハロー部分またはゴースト部分５２を生成する。
【００６８】
[0067]同様に、図５ｂにおける画像中、試料２８の上端面２８ｔからの集束光ビーム４０の反射は、下端面２８ｂに反射される画像を表わすドット５８を取り囲むハロー５６を生成する。
【００６９】
[0068]図５ｃを参照すると、顕微鏡１０が試料２８に焦点を合わせると直ぐに、プロセッサ２３は、顕微鏡１０がどの表面、２８ｔまたは２８ｂ上に合焦されるのかを検証し、或いは決定する（ステップ２００）。重ね合わされた画像の使用は、例えばドットに対するハロー部分の配置を決定することにより、顕微鏡１０がどの表面上に合焦されているのかを推測し或いは検証することができる。画像図から分かるように、ハロー５２および５６はドット５４および５８の両側にある。必要なのは、集束光ビーム４０がいずれの側で対物レンズ２０から出ているのかをプロセッサ２３が理解することである。
【００７０】
[0069]あるいは、プロセッサ２３が表面検証アルゴリズムを含み、この表面検証アルゴリズムは、画像から以前に検索された較正測定値を使用して実行され、あるいは、検証アルゴリズムの実行直前に画像から検索される較正測定値を使用して実行される。その後、実行された検証アルゴリズムの結果が処理され、顕微鏡１０がユーザによって必要とされる表面に合焦されるか否かが決定される（ステップ２０２）。
【００７１】
[0070]顕微鏡が所望の表面に合焦される場合、顕微鏡１０は、正しい表面に焦点が合わされていると見なされる（ステップ２０４）。あるいは、顕微鏡が所望の表面に合焦されない場合、プロセッサ２３は、顕微鏡が正しい表面に合焦されるように顕微鏡１０を移動させるため、電気サーボモータ１４へ信号を送信する（ステップ２０６）。この信号は、下端面２８ｂから上端面２８ｔへの上向きや、上端面２８ｔから下端面２８ｂへの下向きなどの方向測定値を含んでいる。また、信号は、ガラスの厚さを表わす距離測定値も含んでいる。ガラスの厚さは、プロセッサ２３内に予め記憶させることができ、あるいは、プロセッサ２３がアクセスできるデータベースから検索することができる。このようにすると、顕微鏡１０が誤った表面に合焦されることが決定されるときに、エラーを直ちに修正することができる。その後、それに応じて顕微鏡１０が移動され、顕微鏡１０が正しい表面に合焦されていると決定される（ステップ２０４）。
【００７２】
[0071]更なる実施形態では、顕微鏡１０の焦点がほぼ合っており且つ複数のドットが画像中で反射されるように複数の光ビームが使用されると仮定すると、各ドットの強度が同じである可能性は低い。したがって、全てのドットが同一に見え且つより正確なＣＯＧ測定値を得ることができるように焦点面アレイ４２の動的範囲の３／４などの公称値を採用するために光源２４の強度を調整することができる。また、これは、情報が消失される画像の飽和も防止する。
【００７３】
[0072]大きな媒体の検査および修理で使用されるときの本発明の他の利点は、顕微鏡１０が１つの試料２８から次の試料へと通過するときに顕微鏡１０が合焦状態を維持するという点である。本発明は、センサ１２によって与えられるドットを用いてその合焦を行なうため、試料が同じ離間距離で位置される限り、顕微鏡１０は合焦状態を維持する。顕微鏡１０が１つの試料２８から他の試料へと通過するときに顕微鏡１０を再較正する必要はなく、そのため、光学顕微鏡の動作が遅延されず、或いは待機状態にされない。現在のＡＦ装置は全ての異なる試料２８に再び合焦される必要があり、そのため、動作時間および修理時間を延ばす望ましくない時間遅延がもたらされる。
【００７４】
[0073]以上の記述では、説明の目的で、本発明の完全な理解を与えるべく多くの内容について述べてきた。しかしながら、当業者であれば分かるように、これらの特定の内容は、本発明を実施するために必要とされない。他の例では、本発明を曖昧にしないように、周知の電気的構造および回路がブロック図形態で示される。例えば、具体的な詳細は、本明細書に記載される本発明の実施形態がソフトウェアルーチン、ハードウェア回路、ファームウェア、または、これらの組み合わせとして実施されるかどうかによって与えられるものではない。
【００７５】
[0074]本発明の実施形態は、機械可読媒体（コンピュータ可読媒体、プロセッサ可読媒体、または、コンピュータ可読プログラムコードが内部で具現化されるコンピュータ使用可能媒体とも称される）に記憶されるソフトウェアプロダクトとして表わされてもよい。機械可読媒体は、ディスケット、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、メモリデバイス（揮発性または不揮発性）、または、同様の記憶機構をはじめとする、磁気記憶媒体、光記憶媒体、または、電気記憶媒体を含む任意の適した有形媒体であってもよい。機械可読媒体は、実行されるときに本発明の一実施形態に係る方法のステップをプロセッサに行なわせる命令、コードシーケンス、コンフィギュレーション情報、または、他のデータの様々な組を含んでいてもよい。当業者であれば分かるように、前述した本発明を実施するために必要な他の命令および動作を機械可読媒体に記憶させてもよい。機械可読媒体から実行するソフトウェアは、前述したタスクを行なうための回路とインタフェースをとってもよい。
【００７６】
[0075]本発明の前述した実施形態は単なる一例である。添付の特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に対して変更、改良、および、変形が当業者によって行なわれてもよい。
【図１ａ】
2009540343.tif 000004
【図１ｂ】
2009540343.tif 000005
【図１ｃ】
2009540343.tif 000006
【図１ｄ】
2009540343.tif 000007
【図１ｅ】
2009540343.tif 000008
【図１ｆ】
2009540343.tif 000009
【図２】
2009540343.tif 000010
【図３ａ】
2009540343.tif 000011
【図３ｂ】
2009540343.tif 000012
【図３ｃ】
2009540343.tif 000013
【図４】
2009540343.tif 000014
【図５】
2009540343.tif 000015
【図５ａ】
2009540343.tif 000016
【図５ｂ】
2009540343.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成20年4月4日(2008.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明は概して光学顕微鏡に関する。特に、本発明は、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための方法および装置に関する。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]光学顕微鏡の分野では、意味のある画像を得るために、検査されるべき物体や試料に対して顕微鏡を合焦させなければならない。顕微鏡が試料に合焦している時間には、顕微鏡を使用することはできない。このため、合焦時間を最小限に抑え且つプロセスを自動化するための多くの努力が成されてきた。これは一般にオートフォーカス（ＡＦ）と称される。
【０００３】
[0003]媒体の自動光学検査（ＡＯＩ）の導入以来、ＡＦは産業界で更に普及してきた。ＡＯＩ機器が広く使用されており、また、特に、ＡＯＩ機器は、製造プロセス中のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の検査および集積回路の製造中のシリコンウエハの検査において有益となってきた。これらの場合のいずれにおいても、検査されるべき試料は、典型的に０．５ｍｍ×０．５ｍｍの顕微鏡の視野に比べて非常に大きい。
【０００４】
[0004]顕微鏡がその視野よりも大きい試料を検査するため、一般に、２つの技術が使用されてきた。第１の技術は、欠陥があると疑われる予め特定されたスポットに顕微鏡を合焦させることによって行なわれ、一方、第２の技術は、試料全体を体系的に走査することである。これらのＡＯＩ技術の両方の効率は、現在利用できるＡＦ機器の性能によって大幅に制限される。
【０００５】
[0005]したがって、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための新規な方法および装置を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
[0006]本発明の目的は、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための従前の方法および装置の少なくとも１つの欠点を未然に防ぐ或いは緩和することである。
【０００７】
[0007]本発明の１つの態様では、無限遠補正顕微鏡が試料に合焦されるために移動されるべき距離および方向を決定するための方法および装置が提供される。試料から光を反射することによって形成される少なくとも１つの画像から較正測定値を検索して処理することにより、距離測定値および方向測定値を計算することができ、その後、顕微鏡を試料に更に明確に合焦させるために再配置されるように、顕微鏡、顕微鏡の対物レンズ、または、試料が載置するステージを移動させるため、距離測定値および方向測定値を電気サーボモータへ送信することができる。
【０００８】
[0008]計算は、較正測定値の特定の特性を決定した後に行なわれる。これは、画像の様々な部分のサイズおよびパターンを含むが、これらに限定されない。計算は、顕微鏡のレンズからの試料の離間距離を決定することに役立つ。このプロセスは、ＴＦＴアレイまたは薄いガラス基板のような非常に単純なパターニングされていない断片を含む様々なタイプの試料において用途を見出す。
【０００９】
[0009]第１の態様において、本発明は、無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスする方法であって、上記試料の画像を形成するステップと、上記画像を処理して較正測定値を検索するステップと、上記較正測定値から距離測定値を計算するステップと、上記較正測定値から方向測定値を計算するステップと、上記距離測定値および上記方向測定値にしたがって顕微鏡を移動させるために上記距離測定値および上記方向測定値をモータへ送信するステップとを備える方法を提供する。
【００１０】
[0010]更なる実施形態では、無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスするための装置であって、センサを備え、該センサは、複数の光ビームを供給するための光源と、試料に方向付けられる集束光を生成するとともに、集束光の結果として試料から反射される光に基づいて画像を生成する複数の光学素子と、上記画像を表示するための焦点面アレイと、上記画像に基づいて無限遠補正顕微鏡におけるオートフォーカス測定値を計算するためのプロセッサとを備える装置が提供される。
【００１１】
[0011]本発明の他の態様および特徴は、添付図面と関連する本発明の特定の実施形態の以下の説明を検討すれば当業者に明らかとなる。
【００１２】
[0012]ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態を単なる一例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】光が試料に方向付けられているのを示す、無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスするための装置の概略図である。
【図１ｂ】光が試料から反射されるときの図１ａの装置の概略図である。
【図１ｃ】光ビームにおける３次元図である。
【図１ｄ】光ビームにおける３次元図である。
【図１ｅ】複数の光ビームがその表面に向けられる試料の概略平面図である。
【図１ｆ】試料へと向けられる３つの光ビームの組の概略図である。
【図２】（ａ）は光が試料から反射される位置を示す一組の図であり、（ｂ）は（ａ）の反射の結果として生成される一連の画像である。
【図３ａ】焦点面アレイ上で見られる一組の画像である。
【図３ｂ】質量中心（ＣＯＧ）画像の図である。
【図３ｃ】ＣＯＧ値対試料からの対物レンズの距離のグラフである。
【図４】無限遠補正顕微鏡をオートフォーカスする方法の概略を示すフローチャートである。
【図５ａ】上端面および下端面を有するガラス試料上に光を集束させる概略図である。
【図５ｂ】上端面および下端面を有するガラス試料上に光を集束させる概略図である。
【図５ｃ】顕微鏡が正しい表面に合焦されているかどうかを決定する方法の概略を示すフローチャートである。
【詳細な説明】
【００１４】
[0013]概して、本発明は、オートフォーカス方式の無限遠補正顕微鏡のための方法およびシステムを提供する。本発明は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ検査、フォトリソグラフィマスク検査、シリコンウエハ検査、および、マイクロマッチング・三次元座標測定機（ＣＭＭ）において特定の用途を見出す。
【００１５】
[0014]図１ａ〜図１ｄを参照すると、無限遠補正顕微鏡と共に使用するためのオートフォーカス装置の一実施形態の概略図が示されている。図１ａは、出射光ビームを供給する装置の概略図を示し、図１ｂは、出射光ビームが試料に反射した後の反射光ビームの概略図であり、図１ｃおよび図１ｄは出射光ビームの３次元図である。
【００１６】
[0015]図１ａにおいて、無限遠補正顕微鏡１０は、センサなどのオートフォーカス装置１２を伴って示されている。別個に示されているが、装置１２を顕微鏡１０内に組み込むことができ或いは顕微鏡１０に装着することができ、また、一般に、装置１２が顕微鏡１０のための付属品であることは言うまでもない。
【００１７】
[0016]顕微鏡１０は、光学ポート１６、光学ポートビームスプリッタ１８および対物レンズ２０とを含んでいる。装置１２から信号を受けた後に顕微鏡１０またはその一部を垂直方向に移動させて顕微鏡１０を合焦させるため、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０に取り付けられる。あるいは、その上に試料２８が位置されるステージ１５に対して電気サーボモータ１４を接続し、それにより、試料２８を顕微鏡１０に対して垂直方向に移動させて、顕微鏡１０を合焦させることができる。言うまでもなく、図１ａおよび図１ｂには顕微鏡１０の選択された部品だけが示されている。つまり、図１ａおよび図１ｂは、顕微鏡１０の動作のために必要とされる全ての部品を示しておらず、本発明と共に使用するために必要とされる部品を示している。
【００１８】
[0017]装置１２は、光源２４、好ましくはレーザ光源と、電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）エリアイメージャなどの焦点面アレイ４２とに対して接続されるプロセッサ２３を収容するセンサハウジング２２を含んでいる。焦点面アレイ４２は、ラインスキャンまたはエリアスキャン焦点面アレイであってもよい。光源２４は、後述するように試料２８上にパターンを照射するために複数の光ビーム２６を供給する。
【００１９】
[0018]この実施形態において、センサ１２は、第１のレンズ３０と、第２のレンズ３２と、開口絞り３４と、回折格子３５と、ステアリングミラー３６と、ビームスプリッタ３８と、光学ブラックパッド４０とを更に含む。この実施形態では、図１ａに示されるように、第１のレンズ３０が光源２４から分離されている。あるいは、第１のレンズ３０を光源２４と一体にすることができる。
【００２０】
[0019]第１のレンズ３０および第２のレンズ３２は、顕微鏡対物レンズ２０の入射瞳孔の最大直径と一致するように光ビーム２６の直径を拡大するために使用される。顕微鏡対物レンズ２０の入射瞳孔直径は、その倍率および形状に応じて変化できる。一般に、顕微鏡１０は、検査されるべき試料２８に応じて周期的に回転される複数の対物レンズ２０を含んでいる。
【００２１】
[0020]以下の例では、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０に接続されているものとする。
【００２２】
[0021]動作時、図４のフローチャートに示されるように、画像、例えば顕微鏡１０を合焦させるために使用されるべき基準ドットの画像を形成して得るために、光ビーム２６がレーザ光源２４から試料２８へ向けて伝送される（ステップ１００）。光ビーム２６は、光ビーム２６を発散する第１のレンズ３０へと向けられる。この場合、発散された光ビームの部分２６ａは、光ビーム２６を二等分にされる開口絞り３４へと向けられる。開口絞り３４に起因して、二等分された光ビームすなわち二等分部分２６ｂは半円錐体として形成される。
【００２３】
[0022]二等分された光ビーム２６ｂは、図１ｄに更に明確に示されるように、二等分されたビーム２６ｂを複数の半円錐形状の光ビーム２６ｃ，２６ｄ，２６ｅへと分ける回折格子３５、好ましくはホログラフィック格子に通される。図１ｄには３つの別個の光ビームだけが示されているが、回折格子３５が二等分された光ビーム２６ｂを任意の数の光ビームへと分けることができることは言うまでもない。あるいは、１つの二等分された光ビームだけが必要とされる場合には、回折格子３５を除去することができる。試料２８が均一な材料（例えば、パターニングされていないガラス）から成る場合には、顕微鏡１０を合焦させるために１つの光ビームで十分である。回折格子３５を使用して複数の光ビームを生成することは、後述するようなＴＦＴアレイなどのパターニングされた試料の場合に有益である。
【００２４】
[0023]複数の光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、その後、複数の二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅを平行にする第２のレンズ３２へと伝送される。この実施形態において、二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、ステアリングミラー３６を介して第２のレンズ３２へと向けられる。二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅが好ましくはハーフミラーであるビームスプリッタ３８を通過すると、光の一部は、ビームスプリッタ３８によって反射される任意の残留光を吸収する或いは減衰するブラックパッド４０へ向けて反射され、それにより、この反射光がセンサ１２の動作に悪影響を及ぼすことができないようにする。
【００２５】
[0024]あるいは、図１ｃおよび図１ｄに示されるように、二等分された光ビーム２６ｃ〜２６ｅを回折格子３５から第２のレンズ３２へと直接に伝送することができる。
【００２６】
[0025]光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、平行にされた後、顕微鏡１０の光学ポート１６に通され、この光学ポート１６で、対物レンズ２０へと向けられて当該対物レンズ２０に通される。
【００２７】
[0026]１つの実施形態において、光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、光学ポート１６から、光ビーム２６ｃ〜２６ｅを対物レンズ２０へと集光する光学ポートビームスプリッタ１８へと方向付けられる。光軸４３を有する対物レンズ２０は、その後、図１ａおよび図１ｆに示されるように、光ビーム２６ｃ〜２６ｅを試料２８へと方向付ける。対物レンズ２０によって方向付けられた光ビーム２６ｃ〜２６ｅは、半円錐形状を有しており、それぞれが高さｈを有し且つ試料２８に向けられる個々の集束光ビーム４１を与える。光ビーム２６ｃ〜２６ｅが対物レンズ２０を通じて方向付けられることにより、顕微鏡１０を合焦させる際に使用されるべき画像が対物レンズ２０の真下の位置から得られる。
【００２８】
[0027]図示の実施形態において、試料２８は、円錐集束光ビーム４１の先端が試料２８の表面に衝突するように、対物レンズ２０から距離ｈを隔てて配置される。図示のように、集束光ビーム４１は１つの軸を対物レンズ２０と共有する。
【００２９】
[0028]図１ｂを参照すると、画像を形成するために試料２８に反射される集束光を示す概略図が示されている。試料２８に反射された後、反射された光ビームまたはビーム４６は、元の対物レンズ２０へと方向付けられるとともに対物レンズ２０を通過して顕微鏡１０内へ入り、それにより、焦点面アレイ４２上に画像が生成される（ステップ１０２）。生成される画像は、一般に、集束光ビームまたはビーム４１が試料２８に衝突するときに生成される基準マークまたはドットの画像であり、試料自体の任意の細部を含まない。他の実施形態では、試料２８の細部を画像に含ませることもできる。異なる画像の例が図２および図３に関連して示されている。
【００３０】
[0029]反射された光ビーム４６は、ビームスプリッタ１８に反射されて光学ポート１６を通過し、その後、第２のレンズ３２を介してセンサ１２内へと戻る。チューブレンズとしての役目を果たすこの第２のレンズ３２は、公知の方法によって、集束光ビームまたはビーム４１が試料２８に反射したときに照射された画像を形成する。画像を表わす光ビームは、その後、これらのビームを焦点面アレイ４２へと方向付けるビームスプリッタ３８へと方向付けられる。焦点面アレイ４２では、画像が形成されるとともに、この画像は、その後、プロセッサ２３によって検査される（ステップ１０４）。複数のドットをその表面上に有する試料の平面図である図１ｅに示されるような複数の光ビームが使用される場合には、プロセッサ２３が１つ以上の使用できるドットを選択する。ドットのうちのどれを使用することができ且つどれが損傷されているかを決定するために、デジタル画像処理（ＤＩＰ）を使用することができる。このプロセスの一例については、図１ｅを参照して後述する。これは、損傷されたドットを無視することができ且つ使用できるドットからの情報だけをプロセッサ２３によって取得できるという点で利点を与える。
【００３１】
[0030]プロセッサ２３は、画像の様々な部分のサイズまたは画像の特定の領域での光の強度など、画像の特性または較正測定値を検索するために画像を処理する。画像を処理した後、特性、または、較正、測定値に基づいて、一組の焦点測定値、例えば画像の半径または質量中心（ＣＯＧ）値が計算される（ステップ１０４）。ＣＯＧ値の計算の更に詳しい説明は、図３ａおよび３ｂに関して以下で記載される。一組の焦点測定値は、その後、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０を移動させて（ステップ１０６）顕微鏡１０を合焦させるための方向測定値および距離測定値を決定するために使用される。方向測定値および距離測定値は、その後、プロセッサ２３により、電気サーボモータ１４へと送信される（ステップ１０８）。測定値を受けた後、電気サーボモータ１４は、顕微鏡１０を移動させることによって顕微鏡１０を合焦させる。顕微鏡１０をより明確に合焦させるため、ステップ１００〜１０８を繰り返し行なうことができる。
【００３２】
[0031]図１ｅは、その表面に衝突する光ビームを表わす複数のドットを有するＴＦＴアレイなどの試料の概略平面図を示している。図示のように、複数のドットは、光ビームが回折格子３５を通過する結果として、表面上に位置される。ドットの一部は、それらが反射性の高い材料（クロムトレースなど）および反射性の低い材料（インジウムなど）といった、この酸化物電極の急激な移行領域に位置されるため、損傷される。
【００３３】
[0032]図１ｅにおいて５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ、５０ｅおよび５０ｆとして示される複数の位置５０で光を集光することにより、焦点面アレイ４２上に表示される複数の較正測定値を有する画像を使用して、方向測定値および距離測定値を決定し、顕微鏡１０を合焦させることができる。複数組の較正測定値を有することによって、距離測定値および方向測定値を決定することに用いる更に正確な測定値を得ることができる。これは、較正測定値を平均化することができ、あるいは、複数の較正測定値の平均値または中央値を使用できるためである。
【００３４】
[0033]プロセッサ２３内に或いはセンサ１２の別個の構成要素としてデジタル処理（ＤＩＰ）装置を含ませることにより、歪められる画像内のドットを切り捨てることができるとともに、明確な画像だけを使用して較正測定値を使用することができる。ＤＩＰは、どのドットが損傷され且つどれを使用できるのかを決定するための装置または手段を含む。
【００３５】
[0034]集束光ビーム４１が複数の反射性金属トレース６０のうちの１つに近接して、或いは図１ｅにドット５０ｂおよび５０ｆによって示されるような２つの異なる材料間の移行領域に方向付けられる場合には、変形され或いは歪められたドットまたは画像部分が焦点面アレイ４２上に表示される。しかしながら、図１ｅに示されるように集束光ビーム４１が反射性の高い金属トレース６０から離れた領域へ、或いはドット５０ａ、５０ｃ、５０ｄおよび５０ｅによって示される１つの材料だけの領域内でのみ方向付けられる場合には、ドットまたは画像部分が焦点面アレイ４２上に表示される。このように、ＣＯＧ値を検索するためには、複数のドットが使用される場合であっても、１つの画像取得だけで済む。使用できる画像部分を決定した後、画像部分毎にＣＯＧ値が計算され、また、使用される較正測定値が、無限遠補正顕微鏡を合焦させるための方向測定値および距離測定値を決定する。
【００３６】
[0035]図２（ａ）および図２（ｂ）を参照すると、試料２８と接触する集束光ビーム４１を示す更なる図が示されている。顕微鏡１０の対物レンズ２０も示されている。以下の説明では、単一の集束光ビーム４１について述べるが、複数の光ビームがある場合には、複数の集束光ビームが存在して同一の態様で作用することは言うまでもない。
【００３７】
[0036]集束光ビーム４１が顕微鏡の対物レンズ２０から出た後、高さｈを有する半円錐形状光が試料２８へと方向付けられる。試料２８は、集束光ビーム４１の高さに関して３つの位置に位置されることができる。
【００３８】
[0037]試料２８ｂによって示される第１の位置は、対物レンズ２０から距離ｈだけ隔てられており、それにより、集束光ビーム４１が試料２８上の単一の点で合焦される。試料２８ａによって示される第２の位置は、対物レンズ２０からｈ未満の距離だけ離れており、それにより、集束光ビーム４１は、対物レンズ２０の光軸４３の右側において半円パターンで試料２８と接触する。試料２８ｃによって示される第３の位置は、対物レンズ２０からｈよりも大きい距離だけ離れており、それにより、集束光ビーム４１は、対物レンズ２０の光軸４３の左側において半円パターンで試料２８と接触する。言うまでも無く、集束光ビーム４１が対物レンズ２０から出るときの集束光ビーム４１の位置は、画像中における半円パターンまたはハローの位置を決定する。集束光ビーム４１は常に同じ位置から出ており、それにより、顕微鏡１０を合焦させるために使用される合成画像の位置が標準化され、したがって、方向測定値を容易に決定できる。
【００３９】
[0038]複数の光ビームが使用される場合には、複数のドットまたは半円部分が画像内に見える。各ドットは、１つの画像部分を表わすことができる。
【００４０】
[0039]試料２８上における集束光ビーム４１の接触点は、３つの別個の位置に関する図２ｂの画像の対応する組に更に明確に示されている。前述したように、集束光ビーム４１は、試料２８に反射するとともに、元の対物レンズ２０を通過して反射光ビーム４６として焦点領域アレイ４２へと進行し、そのため、照射される試料２８の画像を使用して、顕微鏡１０を合焦させるための較正測定値を計算することができる。また、画像を使用して試料２８を検査し、任意の傷があるかどうかを決定することもできる。
【００４１】
[0040]当業者であれば分かるように、ほとんどの合焦画像は、試料２８が位置１に配置されるとき、したがって、顕微鏡１０が合焦状態であると決定されるときに実現される。他の２つの位置に関しては、半円パターンを含む更に広いスペクトルが見え、画像中で利用できる内容は少ない。しかしながら、後述するように、これらの他の２つの位置のそれぞれで取得される画像も、顕微鏡１０を合焦させるための較正測定値を与えるのに役立つように使用することができる。
【００４２】
[0041]図３ａを参照すると、顕微鏡のオートフォーカスで用いる試料の照射領域を示す一組の独立画像３ａ−１〜３ａ−５が示されている。言うまでもなく、この例では、５つの別個の画像が示されている。言うまでもなく、無限遠補正顕微鏡を自動的に合焦させることができるように距離測定値および方向測定値を決定するためには、１つの画像だけで済む。距離測定値および方向測定値を決定するため、画像の特性を使用して、例えばこれらに限定されないが、単位面積当たりのエネルギ、画像面積、画像幅または高さ等を使用して、較正測定値が決定される。
【００４３】
[0042]図２ａと同様、集束光ビーム４１がレンズ２０の右側で対物レンズ２０から出ることにより、集束光ビーム４１の高さよりも小さい２つの異なる距離（位置２）で試料２８が照射されるときに、２つの画像（３ａ−１および３ａ−２）が与えられる。また、中央の画像（３ａ−３）は、試料２８が集束光ビーム４１の高さに等しい距離（位置１）で照射されるときに与えられるとともに、２つの画像（３ａ−４および３ａ−５）は、試料２８が集光レンズ４１の高さよりも高い２つの異なる距離（位置３）で照射されるときに与えられる。
【００４４】
[0043]距離測定値および方向測定値を決定して顕微鏡１０を合焦させるため、様々な計算が行なわれる。１つの実施形態では、画像を使用してプロセッサ２３によって質量中心（ＣＯＧ）値が計算される。図３ａの各画像中の矢印は、各画像におけるＣＯＧ値を指し示している。
【００４５】
[0044]ここで、画像３ａ−５に類似する焦点面アレイ４２上の画像を示す図３ｂに関連して、ＣＯＧ値を計算する１つの方法について説明する。図３ｂは、１つの光ビームだけが試料に反射された場合の画像を示している。
【００４６】
[0045]ＣＯＧ値は、グラフにマッピングされる焦点面アレイ４２の中心に関連して計算される。焦点面アレイ４２の観察領域は、グラフによって概略的に示されるように、ｉおよびｊと表記されている２つの軸を有している。その後、グラフ上に基準ドット画像がマッピングされ或いは表示される。
【００４７】
[0046]この焦点面アレイ４２の中心は、（ｉｃ，ｊｃ）として示されるとともに、対物レンズ２０が試料２８から距離ｈを隔てるように顕微鏡１０が合焦状態にあるときの期待ＣＯＧ値を表わす。
【００４８】
[0047]ｉｃｏｇ，ｊｃｏｇとして示される画像におけるＣＯＧの座標は、以下のように計算される。
【数１】
2009540343.tif 000018
【００４９】
[0048]ここで、ｊ＝１，．．．．ｊｍａｘであり、また、ｊは列数であり、ｊｍａｘは列の総数である。また、ｉ＝１，．．．．ｉｍａｘであり、ｉは行数であり、ｉｍａｘは行の総数である。Ｐｊｉは、列ｊおよび行ｉの交差部でピクセルにより記録される画像強度を示す。各交差点で強度値を計算することにより、より正確なＣＯＧ読取値を得ることができる。
【００５０】
[0049]ｊcog値は、ピクセル単位で計算され、顕微鏡１０を合焦させるために必要とされる距離測定値に比例する。集束光ビーム４１は対物レンズ２０を通じて伝送されるため、この関係は線形である。ｉｃｏｇ値座標は、合焦させるために変化する距離に伴って導き出さずに、エラーチェックのみによって計算される。
【００５１】
[0050]ｊｃｏｇ値を決定した後、この値に対して、ピクセル単位値を距離値（マイクロメートル）へ変えるための換算率が乗じられ、それにより、距離測定値を決定することができる。言うまでもなく、この変換率は、センサに関する様々な測定値および顕微鏡１０の垂直位置に関する様々な他の測定値によって決定される。この換算率の計算または決定は、当業者に周知である。
【００５２】
[0051]本発明の他の実施形態において、較正測定値は、ハロー、ゴースト、または半円画像の半径であってもよい。このように、半径の長さが決定された後、この半径の長さに対して前述した変換率と同じ或いは異なっていてもよい換算率が乗じられ、それにより、顕微鏡１０を合焦させるために距離測定値が決定される。
【００５３】
[0052]この例では、顕微鏡１０が合焦状態のとき、画像は、画像３ａ−３など、幾何学的中心の周囲の小さいほぼ丸いドットであり、計算されたＣＯＧ値は（０，０）に等しい（焦点に達したという表示または試料２８が対物レンズ２０から距離ｈを隔てているという表示）。
【００５４】
[0053]ＣＯＧ値の使用は、これが複数の測定値を必要とし且つ単一の半径測定値を使用するよりも正確な距離測定値を与えるため、好ましい。
【００５５】
[0054]複数の光ビームが使用される場合には、ＣＯＧ値が画像部分毎に計算され、より正確な全ＣＯＧ値を得るためにＣＯＧ値が平均化される。
【００５６】
[0055]図３ｃは、ＣＯＧ値（ピクセル単位）対幾何学的な質量中心からの離間距離を示すサンプルグラフを示している。画像は、対物レンズ２０を通じて光を伝送することによって生成されるため、ＣＯＧ値と顕微鏡１０を合焦させるための距離測定値との間の関係は線形である。したがって、幾何学的な画像中心とＣＯＧ値との間の距離に変換率を乗じて使用することにより、距離測定値および方向測定値を決定することができる。
【００５７】
[0056]方向測定値は、典型的に、半円画像がいずれの側にあるのかを決定した後にその画像がｈ未満の距離だけ隔てられ、ｈと等しい距離だけ隔てられ、あるいは、ｈよりも大きい距離だけ隔てられているかどうかを決定するデジタル画像処理によって決定される。
【００５８】
[0057]方向測定に関する他の実施形態では、ピクセル単位のＣＯＧ値が所定の閾値電圧を上回る場合には、試料が対物レンズからｈの値よりも小さく離間されていると決定され、したがって、対物レンズを移動させて試料２８から離間させなければならない。あるいは、ピクセル単位のＣＯＧ値が所定の閾値電圧を下回る場合には、試料が対物レンズからｈの値よりも大きく離間されていると決定され、したがって、対物レンズおよび試料２８を互いに近づくように移動させなければならない。ＣＯＧ値が所定の閾値電圧に等しい場合には、試料が合焦状態にあると決定され、そのため、調整は不要である。
【００５９】
[0058]幾つかの例では、顕微鏡１０の対物レンズ２０は、距離測定値が不要となるような距離だけ試料２８から離れることができるが、適切な方向で顕微鏡１０を移動させてフォローアップ画像を得ることにより更新された方向測定値および距離測定値を決定するためには、方向測定値が依然として必要とされる。
【００６０】
[0059]図３ａに戻って参照すると、最初の画像が最も上の画像３ａ−１である場合には、ＣＯＧ値が計算され、その後、それに応じて顕微鏡１０が移動される。この計算されたＣＯＧ値により、顕微鏡１０および試料２８を互いから更に離間させて位置させることができ、それにより、顕微鏡１０の合焦が向上される。先に示したように、画像３ａ−１は、試料が対物レンズ２０からｈ未満の距離だけ隔てられるときに形成され、そのため、顕微鏡１０をより明確に合焦させるべく顕微鏡１０を試料２８から離間移動させなければならない。オートフォーカスは、ｊｃｏｇが０に等しくなるまでは連続的なプロセスである。試料の焦点が合っているかどうかを検証するため、第２の画像、例えば第２の画像３ａ−２が検索される。その後、この画像に関してＣＯＧ値が計算され、互いに対して位置される顕微鏡１０および試料２８が顕微鏡１０の合焦を向上させる。その後、第３の画像、例えば画像３ａ−３が検索され、ＣＯＧ値が計算される。この状況では、前述したように、ＣＯＧ値が焦点面アレイ４２の幾何学的中心に等しく、したがって、顕微鏡１０の焦点が合う。そのため、顕微鏡１０を更に移動させる必要はなく、プロセッサ２３は、電気サーボモータ１４が顕微鏡１０を移動させないように、方向測定値における０の値と距離測定値における０の値とを送信する。しかしながら、顕微鏡の焦点が合っていると見なされた後であっても、画像が連続的に得られるとともに、顕微鏡１０を合焦状態にさせるためにＣＯＧ値計算が行なわれる。したがって、較正プロセスが続くとともに、顕微鏡１０が合焦状態にある限り、距離測定値および方向測定値は０に等しい。他の実施形態では、顕微鏡１０の焦点が合っている場合、信号がモータ１４へ送信されない。
【００６１】
[0060]代わりの実施形態では、距離測定値および方向測定値が計算された後、顕微鏡１０が焦点を通り過ぎないようにするために、計算された距離測定値のパーセンテージである更新された距離測定値が決定される。このことは、顕微鏡１０が試料２８からｈ未満の距離だけ隔てられる場合に顕微鏡１０が試料から距離ｈを超えて離間される位置へと顕微鏡１０が移動されないことを意味する。
【００６２】
[0061]図５ａ〜図５ｃを参照すると、本発明の他の態様が示されている。セルまたはモジュールなどの、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）検査および／または修理を伴う特定の用途を扱う場合、装置１２は、顕微鏡がどの表面上で合焦されるのかを決定するため、およびこれがユーザによって必要とされる表面であるかどうかを決定するために使用することができる。これらのステップは、図５ｃにおいて更に反映されるとともに、顕微鏡１０が試料２８に完全に合焦された後に実行されることが好ましい。この実施形態は、薄いガラスのシートなどの試料２８の上端面２８ｔおよび下端面２８ｂが透明であり且つ紛らわしい画像が得られる可能性があるときに用途を見出す。図示のように、図５ａおよび図５ｂは、顕微鏡１０の対物レンズ２０の下側の領域を対象にしている。
【００６３】
[0062]具体的に、ＴＦＴ検査および／または修理の分野では、ＴＦＴまたは試料の基体が薄い。結果として、焦点面アレイ４２で生成される画像は、試料２８の両面２８ｂおよび２８ｔからの画像を与え、それにより、画像は、重ね合わされた部分、または、ゴーストあるいはハロー部分を含む。これは、集束光ビーム４１が対向面に合焦されるときに上端面２８ｔまたは下端面２８ｂための反射が存在するためである。これが図５ａおよび５ｂにより明確に示されている。
【００６４】
[0063]図５ａは、試料２８の上端面２８ｔが顕微鏡対物レンズ２０から距離ｈを隔てて位置されるときの図を示しており、一方、図５ｂは、試料２８の下端面２８ｂが顕微鏡対物レンズ２０から距離ｈを隔てて位置されるときの図を示している。
【００６５】
[0064]図５ａに対応する画像において見ることができるように、焦点面アレイ４２上で見られる画像は、下端面２８ｂに反射されるゴースト画像を含み、また、同様に、図５ｂにおいて、焦点面アレイ４２上で見られる画像は、試料２８の上端面２８ｔに反射される画像を含む。
【００６６】
[0065]図５ａにおける画像中、試料２８の下端面２８ｂからの集束光ビーム４１の反射は、集束光ビーム４１が試料２８の上端面２８ｔに反射する画像を表わすドット５４を取り囲む焦点面アレイ４２上に表示されるハロー部分またはゴースト部分５２を生成する。
【００６７】
[0066]同様に、図５ｂにおける画像中、試料２８の上端面２８ｔからの集束光ビーム４１の反射は、下端面２８ｂに反射される画像を表わすドット５８を取り囲むハロー５６を生成する。
【００６８】
[0067]図５ｃを参照すると、顕微鏡１０が試料２８に焦点を合わせると直ぐに、プロセッサ２３は、顕微鏡１０がどの表面、２８ｔまたは２８ｂ上に合焦されるのかを検証し、或いは決定する（ステップ２００）。重ね合わされた画像の使用は、例えばドットに対するハロー部分の配置を決定することにより、顕微鏡１０がどの表面上に合焦されているのかを推測し或いは検証することができる。画像図から分かるように、ハロー５２および５６はドット５４および５８の両側にある。必要なのは、集束光ビーム４１がいずれの側で対物レンズ２０から出ているのかをプロセッサ２３が理解することである。
【００６９】
[0068]あるいは、プロセッサ２３が表面検証アルゴリズムを含み、この表面検証アルゴリズムは、画像から以前に検索された較正測定値を使用して実行され、あるいは、検証アルゴリズムの実行直前に画像から検索される較正測定値を使用して実行される。その後、実行された検証アルゴリズムの結果が処理され、顕微鏡１０がユーザによって必要とされる表面に合焦されるか否かが決定される（ステップ２０２）。
【００７０】
[0069]顕微鏡が所望の表面に合焦される場合、顕微鏡１０は、正しい表面に焦点が合わされていると見なされる（ステップ２０４）。あるいは、顕微鏡が所望の表面に合焦されない場合、プロセッサ２３は、顕微鏡が正しい表面に合焦されるように顕微鏡１０を移動させるため、電気サーボモータ１４へ信号を送信する（ステップ２０６）。この信号は、下端面２８ｂから上端面２８ｔへの上向きや、上端面２８ｔから下端面２８ｂへの下向きなどの方向測定値を含んでいる。また、信号は、ガラスの厚さを表わす距離測定値も含んでいる。ガラスの厚さは、プロセッサ２３内に予め記憶させることができ、あるいは、プロセッサ２３がアクセスできるデータベースから検索することができる。このようにすると、顕微鏡１０が誤った表面に合焦されることが決定されるときに、エラーを直ちに修正することができる。その後、それに応じて顕微鏡１０が移動され、顕微鏡１０が正しい表面に合焦されていると決定される（ステップ２０４）。
【００７１】
[0070]更なる実施形態では、顕微鏡１０の焦点がほぼ合っており且つ複数のドットが画像中で反射されるように複数の光ビームが使用されると仮定すると、各ドットの強度が同じである可能性は低い。したがって、全てのドットが同一に見え且つより正確なＣＯＧ測定値を得ることができるように焦点面アレイ４２の動的範囲の３／４などの公称値を採用するために光源２４の強度を調整することができる。また、これは、情報が消失される画像の飽和も防止する。
【００７２】
[0071]大きな媒体の検査および修理で使用されるときの本発明の他の利点は、顕微鏡１０が１つの試料２８から次の試料へと通過するときに顕微鏡１０が合焦状態を維持するという点である。本発明は、センサ１２によって与えられるドットを用いてその合焦を行なうため、試料が同じ離間距離で位置される限り、顕微鏡１０は合焦状態を維持する。顕微鏡１０が１つの試料２８から他の試料へと通過するときに顕微鏡１０を再較正する必要はなく、そのため、光学顕微鏡の動作が遅延されず、或いは待機状態にされない。現在のＡＦ装置は全ての異なる試料２８に再び合焦される必要があり、そのため、動作時間および修理時間を延ばす望ましくない時間遅延がもたらされる。
【００７３】
[0072]以上の記述では、説明の目的で、本発明の完全な理解を与えるべく多くの内容について述べてきた。しかしながら、当業者であれば分かるように、これらの特定の内容は、本発明を実施するために必要とされない。他の例では、本発明を曖昧にしないように、周知の電気的構造および回路がブロック図形態で示される。例えば、具体的な詳細は、本明細書に記載される本発明の実施形態がソフトウェアルーチン、ハードウェア回路、ファームウェア、または、これらの組み合わせとして実施されるかどうかによって与えられるものではない。
【００７４】
[0073]本発明の実施形態は、機械可読媒体（コンピュータ可読媒体、プロセッサ可読媒体、または、コンピュータ可読プログラムコードが内部で具現化されるコンピュータ使用可能媒体とも称される）に記憶されるソフトウェアプロダクトとして表わされてもよい。機械可読媒体は、ディスケット、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、メモリデバイス（揮発性または不揮発性）、または、同様の記憶機構をはじめとする、磁気記憶媒体、光記憶媒体、または、電気記憶媒体を含む任意の適した有形媒体であってもよい。機械可読媒体は、実行されるときに本発明の一実施形態に係る方法のステップをプロセッサに行なわせる命令、コードシーケンス、コンフィギュレーション情報、または、他のデータの様々な組を含んでいてもよい。当業者であれば分かるように、前述した本発明を実施するために必要な他の命令および動作を機械可読媒体に記憶させてもよい。機械可読媒体から実行するソフトウェアは、前述したタスクを行なうための回路とインタフェースをとってもよい。
【００７５】
[0074]本発明の前述した実施形態は単なる一例である。添付の特許請求の範囲によってのみ規定される本発明の範囲から逸脱することなく、特定の実施形態に対して変更、改良、および、変形が当業者によって行なわれてもよい。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスする方法であって、
前記試料の画像を形成するステップと、
使用可能な較正測定値と使用不可能な較正測定値とを決定するためにデジタル画像処理（ＤＩＰ）を用いて、前記画像を処理するステップと、
前記使用可能な較正測定値に基づいて距離測定値を計算するステップと、
前記使用可能な較正測定値に基づいて方向測定値を計算するステップと、
前記距離測定値および前記方向測定値にしたがって顕微鏡を移動させるために前記距離測定値および前記方向測定値をモータへ送信するステップと、
を備える方法。
【請求項２】
画像を形成する前記ステップが、
前記試料に光を伝送する工程と、
前記試料から反射光を受ける工程と、
前記反射光に基づいて前記試料の画像を形成する工程と、
焦点面アレイ上に形成される画像を処理のために取得する工程と、
を備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
光を伝送する前記ステップが、
光源から光ビームを供給する工程と、
前記光ビームを二等分して二等分部分を生成する工程と、
前記二等分部分を平行にする工程と、
平行にされた前記二等分部分を試料に集光する工程と、
を備える請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記二等分部分が半円錐形状の光ビームを備える請求項３に記載の方法。
【請求項５】
画像を形成する前記ステップがチューブレンズを介して行なわれる請求項２に記載の方法。
【請求項６】
距離測定値を計算する前記ステップが、
焦点面アレイを表わすグラフ上に画像をマッピングする工程と、
画像における質量中心値を計算する工程と、
質量中心値の一部を距離測定値として設定する工程と、
を備える請求項１に記載の方法。
【請求項７】
方向測定値を計算する前記ステップが、
前記画像内のピクセルの強度に基づいて、電圧測定値を決定する工程と、
前記電圧測定値を所定の閾値と比較する工程と、
前記比較する工程に基づいて方向測定値を決定する工程と、
を備える請求項１に記載の方法。
【請求項８】
顕微鏡が試料の正しい表面に合焦されているかどうかを検証するステップと、
顕微鏡が誤った表面に合焦されている場合に、顕微鏡を試料の他の表面へと移動させるステップと、
を更に備える請求項１に記載の方法。
【請求項９】
検証する前記ステップが、
前記較正測定値に基づいて検証アルゴリズムを実行する工程と、
前記検証アルゴリズムの結果を処理して、顕微鏡が正しい表面に合焦されているかどうかを決定する工程と、
を備える請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスすることに用いる装置であって、
センサを備え、該センサが、
複数の光ビームを供給するための光源と、
集束光を生成して該集束光を試料に方向付けるとともに、方向付けられた集束光の結果として試料から反射される光に基づいて画像を形成する複数の光学素子と、
前記画像を表示するための焦点面アレイと、
前記画像に基づいて前記無限遠補正顕微鏡におけるオートフォーカス測定値を計算するためのプロセッサと、
を含む装置。
【請求項１１】
前記複数の光学素子が、
光を第１の部分と第２の部分とに発散するための第１のレンズと、
第２のレンズと、
発散された光の前記第１の部分を前記第２のレンズへと方向付けるためのステアリングミラーと、
発散された光を半円錐へと集光するための集光装置と、
を備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
光の前記第２の部分を二等分するために光の前記第２の部分を受けるための開口絞りを更に備える請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記顕微鏡を合焦させるためにオートフォーカス測定値にしたがって前記顕微鏡を移動させるためのモータを更に備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１４】
前記モータが前記顕微鏡の対物レンズを移動させる請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記モータが、前記試料が載置するステージを移動させる請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記光が顕微鏡の対物レンズを通過して方向付けられる請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記装置を顕微鏡に対して装着するための手段を更に備える請求項１０に記載の装置。
【請求項１８】
無限遠補正顕微鏡を試料に対してオートフォーカスする方法であって、
デジタル画像処理（ＤＩＰ）を用いて、前記顕微鏡が所望の表面に合焦されているか否かを決定するステップと、
前記所望の表面に前記顕微鏡を合焦させるステップと、
を備える方法。
【請求項１９】
前記試料に光ビームを方向付けるステップと、
前記試料に衝突する光の画像の重ね合わされた像を検索するステップと、
前記重ね合わされた像の中でのドットに対するハローの位置を発見するステップと、を備え、
前記ハローが前記ドットの右側にある場合に、前記顕微鏡が前記試料の上端面に合焦されていると決定し、前記ハローが前記ドットの左側にある場合に、前記顕微鏡が前記試料の下端面に合焦していると決定する請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記所望の表面と前記決定された表面を比較するステップと、
前記決定された表面が前記所望の表面と等しくない場合に、所定の位置に前記顕微鏡を移動させるステップと、
を備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
予め収集された較正測定値に基づいて表面検証アルゴリズムを実行するステップを更に備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
顕微鏡の対物レンズで前記試料からの前記光の反射を受けるステップと、
表示画像を生成するために焦点アレイ面に反射を伝送するステップと、
を備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記ハローの位置を発見する前記ステップが、前記ハローの位置を決定するために前記表示画像を処理する工程を備える請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
表面検証アルゴリズムを実行する前記ステップが、
質量中心（ＣＯＧ）位置を計算する工程と、
前記ＣＯＧ位置に基づいて、ハローの位置を決定する工程と、
を備える請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＣＯＧ位置はｉ成分とｊ成分を含み
【数１】
2009540343.tif 000019
であって、
ここで、Ｐｉｊが（ｉ，ｊ）の位置での画像強度である請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記ハローの位置を発見する前記ステップが、前記ハローの位置を決定するために期待ＣＯＧ位置と計算されたＣＯＧ位置を比較する工程を備える請求項２５に記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１ａ】
2009540343.tif 000020
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2009540343.tif 000021
【国際調査報告】
2009540343.tif 000022
2009540343.tif 000023