(57)【要約】【課題】構造が簡単なオートフォーカス装置により、被測定物に対して撮像手段を最適フォーカス位置に迅速に合わせる。【解決手段】被測定物７に対向するレンズユニット８の対物レンズ８ａを介して被測定物７の像を撮像するＣＣＤカメラ９と、ＣＣＤカメラ９を前記対物レンズ８ａの光軸方向に変位させる駆動機構５と、ＣＣＤカメラ９で撮像された前記被測定物７の像に基づいて駆動機構５を駆動制御する制御手段６と、レンズユニット８の光軸方向で結像位置が異なる二つのマスク１５、１６の投影パターン２６ａ、２６ｂを被測定物７の測定面７ａに投影する投影光学系３を備え、制御手段６によりＣＣＤカメラ９で取得された二つの投影のパターン２６ａ、２６ｂのコントラストの大小を比較し、このコントラストの大小関係が所定の範囲となるようにＣＣＤカメラ９を変位制御するものである。【選択図】図１
2007171220.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物に対向する対物レンズを介して被測定物の像を撮像する撮像光学系と、該撮像光学系を前記対物レンズの光軸方向に変位させる駆動機構と、前記撮像光学系で撮像された前記被測定物の像に基づいて前記駆動機構を駆動制御する制御手段とを備えたオートフォーカス装置であって、
前記対物レンズの光軸方向で結像位置が異なる二つの投影パターンを前記被測定物の測定面に前記対物レンズを介して投影する投影光学系を備え、
前記制御手段により前記撮像光学系で取得された前記二つの投影のパターンの各投影画像のコントラストの大小を比較し、該各投影画像のコントラストの大小関係が所定の範囲となるように前記撮像光学系の変位を制御することを特徴とするオートフォーカス装置。
【請求項２】
前記異なる二つの結像位置が共に前記撮像光学系のフォーカス位置の上方または下方にあることを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項３】
前記各投影パターンは、同一の光軸上で異なる位置に配置された二枚のマスクにそれぞれ形成されたものであることを特徴とする請求項１記載のオートフォーカス装置。
【請求項４】
前記二つのマスクは、互いに横方向にずれた位置に配置されたことを特徴とする請求項２記載のオートフォーカス装置。
【請求項５】
前記制御手段による前記撮像光学系の変位の制御は、前記被測定物と撮像光学系とが相対的に移動中に実行されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のオートフォーカス装置。
【請求項６】
被測定物に対向する対物レンズを介して被測定物の像を撮像し、前記撮像光学系で撮像された前記被測定物の像に基づいて前記撮影光学系を該対物レンズの光軸方向に変位させ、フォーカスを自動制御するオートフォーカス方法であって、
前記被測定物の測定面側に前記対物レンズを介して投影された前記二つの投影パターンの各投影画像を取得するステップと、
前記取得された前記二つの投影パターンのコントラストの大小を比較するステップと、
前記コントラストの大小関係が所定の関係となるように前記撮影光学系を該対物レンズの光軸方向に変位させるステップと、
を実行することを特徴とするオートフォーカス方法。
【請求項７】
前記各ステップは、前記被測定物と撮像光学系とが相対的に移動中に実行されることを特徴とする請求項５記載のオートフォーカス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物に対するオートフォーカス装置及びオートフォーカス方法に関するものであって、詳しくは、対物レンズの光軸方向で結像位置が異なる少なくとも二以上の投影パターンにて、その被測定物上における投影画像のコントラスト差が所定の範囲内になるように制御し、構成が簡単で且つ高速のオートフォーカスを実現しようとするオートフォーカス装置及びオートフォーカス方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、コントラスト法によるオートフォーカス装置では、被測定物の画像を表示するための第１の撮像素子と、この第１の撮像素子とフォーカス方向においてそれぞれ等距離だけ前後して配置された第２、第３の撮像素子とを備え、第２、第３の撮像素子による被測定物の明るさに関するデータの分散が等しくなる位置に第１〜第３の撮像素子を被測定物に相対移動させることにより、第１の撮像素子が被測定物に対し最適フォーカス位置に設定されるようにしたオートフォーカス装置が知られている（特許文献１参照）。
一方、被測定物の測定面のコントラストを上げるために同測定面に所定のパターンを投影する投影手段と１つの観察光学系（ＣＣＤカメラ）とによって構成されるオートフォーカス装置が知られている（特許文献２参照）。
特許文献１  特開平４−２６００１５号公報
特許文献２  特開平９−３０４６８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前述の従来技術（特許文献１）では、被測定物の像を撮影してその明るさに関する分散に基づいてフォーカスを制御するものであったので、測定物が移動中には被測定物の像を撮影することができず、移動中の被測定物の測定面に対してオートフォーカスさせることができなかった。
また、フォーカス検知用の撮像素子と、画像表示等用の撮像素子が機能上独立しており、一対のフォーカス検知用の撮像素子のフォーカス方向位置の中間位置に画像表示等用の撮像素子が設置されているため、装置の置かれている温度環境の変化等により、これらの撮像素子の初期の取り付け位置がフォーカス方向上の位置ズレを生じると、フォーカス検知用の撮像素子で得られた最適フォーカスと画像表示用の撮像素子の被測定物に対する最適フォーカス位置が一致しない場合が起こる。
【０００４】
この場合、画像表示用の撮像素子を被測定物に対する最適フォーカス位置に合わせるのに、撮影用の撮像素子を被測定物に対し接近、離間のいずれへ移動調節したらよいか移動方向が不明となるため、撮影用の撮像素子及びフォーカス検知用の撮像素子を、同時に、前記フォーカス検知用の撮像素子で得られた最適フォーカス位置から被測定物に対し前後に移動させ画像表示用の撮像素子の最適フォーカス位置を確認しなければならず、最適フォーカス位置の検知に時間がかかるなどの問題があった。
【０００５】
一方、従来技術（特許文献２）では、パターンの結像位置と観察光学系（ＣＣＤカメラ）のフォーカス位置が同じであるため、観察光学系が相対的に移動すると、被測定物の測定面のコントラストに影響されて、フォーカスを合わせることができない虞があった。
そして、この方法では、被測定物が移動する場合、被測定物の測定面が傾いていたり、うねっている場合は、最初に測定位置においてフォーカスを合わせても次の測定箇所ではフォーカスが大きくずれてしまい、フォーカスを合わせるための観察光学系の移動方向が全くわからなくなるため、オートフォーカスの制御速度が遅くなってしまう問題があった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、構造が簡単でありかつ高速のオートフォーカスを実現しようとするオートフォーカス装置およびオートフォーカス方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
即ち、請求項１に係るオートフォーカス装置は、被測定物に対向する対物レンズを介して被測定物の像を撮像する撮像光学系と、該撮像光学系を前記対物レンズの光軸方向に変位させる駆動機構と、前記撮像光学系で撮像された前記被測定物の像に基づいて前記駆動機構を駆動制御する制御手段とを備えたオートフォーカス装置であって、前記対物レンズの光軸方向で結像位置が異なる少なくとも二以上の投影パターンを前記被測定物の測定面に前記対物レンズを介して投影する投影光学系を備え、前記制御手段により前記撮像光学系で取得された前記少なくとも二以上投影のパターンの各投影画像のコントラストを比較し、該各投影画像のコントラスト差が所定の範囲となるように前記撮像光学系の変位を制御することを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係るオートフォーカス装置は、前記異なる二つの結像位置が共に前記撮像光学系のフォーカス位置の上方または下方にあることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に係るオートフォーカス装置は、前記各投影パターンが、同一の光軸上で異なる位置に配置された少なくとも二枚以上のマスクにそれぞれ形成されたものであることを特徴としている。
【００１０】
請求項４に係るオートフォーカス装置は、前記少なくとも二枚以上のマスクが、互いに横方向にずれた位置に配置されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項５に係るオートフォーカス装置は、前記制御手段による前記撮像光学系の変位の制御が、前記被測定物と撮像光学系とが相対的に移動中に実行されるものであることを特徴としている。
【００１２】
請求項６に係るオートフォーカス方法は、被測定物に対向する対物レンズを介して被測定物の像を撮像し、前記撮像光学系で撮像された前記被測定物の像に基づいて前記撮影光学系を該対物レンズの光軸方向に変位させ、フォーカスを自動制御するオートフォーカス方法であって、前記被測定物の測定面側に前記対物レンズを介して投影された前記少なくとも二以上の投影パターンの各投影画像を取得するステップと、前記取得された前記少なくとも二以上の投影パターンのコントラストの大小を比較するステップと、前記コントラストの大小関係が所定の関係となるように前記撮影光学系を該対物レンズの光軸方向に変位させるステップと、を実行することを特徴としている。
【００１３】
請求項７に係るオートフォーカス方法は、前記各ステップが、前記被測定物と撮像光学系とが相対的に移動中に実行されることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は以下の優れた効果を奏する。
請求項１及び６に係る発明によれば、対物レンズの光軸方向で結像位置は異なる二つの投影パターンにて、その被測定物上における投影画像のコントラストの差が所定の範囲となるように自動制御するものとしたことにより、被測定物の表面と撮像手段の前記対物レンズの光学的距離を所定の範囲内に容易に保持することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、前記二つの投影パターンのそれぞれの結像位置が前記撮像光学系のフォーカス位置の上方または下方にあるため、前記撮像光学系は被測定物の測定面に対しデフォーカスな状態で、前記測定面上の前記二つの投影パターンのコントラストを取得でき、前記測定面のコントラストの影響を受けずに前記撮像光学系と前記測定面との光学的距離を所定の範囲内に保持することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、各投影パターンを同一の光軸上で異なる位置に配置された二枚のマスクにそれぞれ形成したことにより、投影光学系を単一の光軸で構成しても、被測定物の測定面上で二つの投影パターンの異なる結像状態を生じさせることができるため、投影光学系の構成を簡単にできる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、各投影パターンが二枚のマスクにて互いに横方向にずれた位置に配置され形成されたものとしていることによって二つの投影パターンのコントラストの比較を同時におこなうことができ、オートフォーカスが高速に行える。
【００１８】
請求項５及び７に係る発明によれば、前記制御手段による前記撮像光学系の変位の制御は、前記被測定物と撮像光学系とが相対的に移動中に実行されるものとしたことにより、被測定物の測定面のうねり等に撮像光学系を追従させて、前記撮像光学系と前記測定面との光学的距離を所定の範囲内に保持することができる。したがって、測定範囲が広くてもオートフォーカスを高速に実行することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施の形態に係るオートフォーカス装置およびオートフォーカス方法について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
まず、図１は本発明の一実施の形態に係るオートフォーカス装置を示す概念図である。このオートフォーカス装置１は、被測定物７に対するフォーカスを自動制御するものであり、特に被測定物７の移動に伴う測定面７ａの変位に追従してフォーカスの自動制御を可能にしている。そして、このオートフォーカス装置１は、撮像光学系２と、投影光学系３と、照明光学系４と、駆動機構５と、制御手段６を備えている。
【００２０】
そして、撮像光学系２は、例えば検査装置のＸＹステージ１ａ上方に設けられて、ＸＹステージ１Ａに載置された被測定物７の測定面７ａを撮像するものであり、測定面７ａに対向した対物レンズ８Ａと同軸に配置された結像レンズ８Ｂとからなるレンズユニット８を介して取得される測定面７ａの画像を光電変換して出力する撮像手段（ＣＣＤカメラ）９とを備える他、レンズユニット８の上方に配置され撮像光学系２の光路と後述する投影光学系３の光路を分離する第１のハーフミラー１０と、ハーフミラー１０とＣＣＤカメラ９の間に設けられハーフミラー１０によって分離された光路をＣＣＤカメラ９側に偏向する第１のミラー１１と、対物レンズ８Ａと結像レンズ８Ｂの間に配置され撮像光学系２及び投影光学系３の光路と後述する照明光学系４の光路とを分離する第２のハーフミラー１２とを有している。そして撮影光学系２は後述する駆動機構５によってレンズユニット８の光軸方向に変位可能にされたベース１４に設けられている。
【００２１】
また、ベース１４には投影光学系３が設けられている。この投影光学系３は、レンズユニット８の光軸方向で結像位置が異なる同一形状の二つの投影パターンを被測定物７の測定面７ａにレンズユニット８を介して投影するものであり、第２のハーフミラー１０からレンズユニット８を通って被測定物７の測定面７ａに至る光路を撮像光学系２の光路と共通とし、第２のハーフミラー１０によって分離されて測定面７ａから真直ぐ伸びる光路上の異なる位置に上記投影パターンをそれぞれ形成した第１及び第２のマスク１５、１６を配置している。そして、第１及び２のマスク１５、１６の上方にパターン投影用光源１７を備えている。
【００２２】
また、第１及び２のマスク１５及び１６は、図２に示すように、長方形の透明基板２４の長手方向に二分割して得られた一方の側の領域に遮光膜２５を形成し、その略中央に光を透過する円形の投影パターン２６ａ、２６ｂを形成したものである。
そして、マスク１５、１６がそれぞれの投影パターン２６ａ、２６ｂが光軸方向で重ならないように互いに横方向（光軸に直角な方向）にずれた位置に配置されており、ＣＣＤカメラ９で撮像された、投影パターン２６ａ、２６ｂの投影画像Ｉａ、Ｉｂの像が、図３のようにＣＣＤカメラ９の視野内に同時に横方向に所定の間隔を隔ててそれぞれ結像されるようになっており、ＣＣＤカメラ９の視野内の投影画像Ｉａ、Ｉｂの像を含む所定のエリアα、エリアβをそれぞれ設定し、エリアα、βをコントラスト値を演算するエリアとしている。
【００２３】
さらにまた、マスク１５、１６の投影パターン２６ａ、２６ｂのレンズユニット８の光軸上の結像位置（Ｚ２、Ｚ３）は図４に示すようにＣＣＤカメラ９のフォーカスの位置Ｚ１より下方にあるようにマスク１５、１６が配置されており、ＣＣＤカメラ９が測定面７ａに対してフォーカス位置にあるとき、第１のマスク１５の投影画像Ｉａの像Ｉａ３及び第２のマスク１６の投影画像Ｉｂの像Ｉｂ３は測定面７ａに対してアンフォーカスの状態になる。
【００２４】
逆に、第１のマスク１５の投影パターン２６ａの投影画像Ｉａが像Ｉａ２として測定面７ａ上に結像しているときは、第２のマスク１６の投影パターン２６ｂの投影画像Ｉｂの像Ｉｂ２は測定面７ａに対してアンフォーカスの状態で、ＣＣＤカメラ９も測定面７ａに対してアンォーカスになる。
また、第２のマスク１６の投影パターン２６ｂの投影画像Ｉｂが像Ｉｂ１として測定面７ａ上に結像しているときは、第１のマスク１５の投影パターン２６ａの投影画像Ｉａの像Ｉａ１は測定面７ａに対してアンフォーカスの状態で、ＣＣＤカメラ９も測定面７ａに対してアンォーカスになる。
【００２５】
そこで、ＣＣＤカメラ９が測定面７ａに対してアンフォーカスの状態で、マスク１５、１６の投影パターン２６ａ、２６ｂの投影画像Ｉａ、ＩｂをＣＣＤカメラ９で撮像し、エリアα、β内における投影画像Ｉａ、Ｉｂのコントラスト値の大小を比較し、その大小関係が所定の範囲（図６）となる位置に撮像光学系２を変位させることにより、測定面７ａの影響を受けずに測定面７ａを投影パターン２６ａ、２６ｂの結像位置Ｚ１、Ｚ２の間に維持できる。
【００２６】
さらに、ベース１４には、被測定物７の測定面７ａに形成されている被検査パターン等を照明して、ＣＣＤカメラ９で撮像可能にするための照明光学系４が設けられている。この照明光学系４は第２のハーフミラー１２から対物レンズ８Ａを通って測定面７Ａに至る光路を撮像光学系２の光路と共通とし、第２のハーフミラー１２によって撮像光学系２の光軸から分離された光路上に第２のミラー１３と観察用光源１８とが配置されている。
【００２７】
また、ベース１４には駆動機構５が設けられており、この駆動機構５はベース１４をレンズユニット８の光軸方向に変位させるものであり、ベース１４を移動可能にする移動機構部５ａと、移動機構部５ａを駆動するモータ５ｂとからなり、モータ５ｂはモータドライバ５ｃによって駆動されるようになっている。
【００２８】
そして、ＣＣＤカメラ９と、パターン投影用光源１７と、ベース１４のレンズユニット８の光軸方向の位置を検出するＺ軸センサ５ｄと、モータドライバ５ｃは制御手段６に接続されている。この制御手段６は、ＣＣＤカメラ９で取得された投影パターン２６ａ、２６ｂの投影画像Ｉａ、Ｉｂを含むエリアα、βのそれぞれのコントラスト値をそれぞれ独立して算出するようになっており、算出されたそれぞれのコントラスト値の大小を比較し、それらのコントラスト値の差が所定の範囲になるように駆動機構５のモータ５ｂを駆動制御するものであり、ＣＣＤカメラ９で取得された二つの投影画像Ｉａ、Ｉｂのコントラストに基づいて駆動機構５の駆動を制御するオートフォーカスユニット（以下、「ＡＦユニット」という）２７と、ＡＦユニット２７に対して各種命令を発するコントロールＰＣ２０とを含んで構成されている。
【００２９】
ここで、ＡＦユニット２７は、ＣＣＤカメラ９で取得したアナログの画像情報をデジタルに変換して出力するＡ／Ｄ変換器２１とデジタル変換された上記画像情報を画像処理してエリアα、βのそれぞれのコントラスト値の比較を可能にするデータを出力する画像処理部２２と、画像処理部２２から出力されるデータに基づいて、エリアα、βのそれぞれのコントラスト値の差を算出し、その差が所定の範囲内になるようにモータ５Ｂを駆動する制御信号を出力する制御部２３と、該制御信号に基づいてモータドライバ５ｃを制御するモータコントローラ２８と、制御部２３を介してコントロールＰＣ２０の命令に従ってパラーン投影用光源１５をオンオフするライトコントローラ１９とを備えている。
【００３０】
次に前記構成のオートフォーカス装置の動作及びオートフォーカス方法について図７のフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１（第１サーチ動作）において、被測定物７が載置された前記測定装置のＸＹステージ１ａの駆動手段を駆動し、被測定物７の選定された一つの設定箇所（ティーチング位置）が対物レンズ８Ａの直下に位置するように移動させる。
そして照明光学系４の観察用光源１８およびＣＣＤカメラ９を作動させた後、駆動機構５のモータ５ｂを作動させ、前記被測定物７の選定された一つの設定箇所の表面に向かってベース１４を一定速度で降下させて、ＣＣＤカメラ９のフォーカス位置についての第１のサーチ処理動作をおこなう。
【００３１】
上記第１のサーチ処理動作においては、ベース１４を前記被測定物７の選定された一つの設定箇所の表面に向かって一定の微速で降下させる間にＣＣＤカメラ９によって上記設定箇所の表面が連続的に撮影して得られた画像データがＡ／Ｄ変換器２１、画像処理部２２を介して、制御部２３において、ベース１４のＺ軸方向位置検知器５ｄで検出されるベース１４のＺ軸方向位置（図５参照）と対応したコントラスト値が算出されて、前記被測定物７の設定箇所の表面の明るさに関するデータが作成される。
【００３２】
その後、前記被測定物７の設定箇所の表面の明るさに関するデータから更に前記明るさに関するデータの分布（図５）が演算され、さらにその最大値（ＡＦＶｍａｘ１）がＣＣＤカメラ９の被測定物７の測定面７Ａに対する最適フォーカス位置として求められる。
尚、前記明るさに関するデータとは、ＣＣＤカメラ９によって得られたベース１４のＺ軸方向の各撮像位置における被測定物７の測定面７ａの画像データをＡＦユニット２７で処理して、被測定物７の画像内に存在する明部と暗部のコントラスト差を数値化したデータ（以下、「ＡＦＶ」という）を意味する。
【００３３】
次に、ステップＳ２（第２サーチ動作）において、前記の最適フォーカス位置にベース１４を変位した後、観察用光源１８を消灯し、パターン投影用光源１７を点灯させて、駆動機構５のモータ５ｂを作動させ、ベース１4を一定速度で上昇させて、マスク１５、１６による第２フォーカス位置の第２サーチ処理動作をおこなう。
この第２サーチ処理動作においては、ベース１４が前記Ｚ軸方向に一定の微速で上昇される間にＣＣＤカメラ９によって被測定物７の測定面７ａに投影されたマスク１５、１６の投影パターン２６ａ、２６ｂの投影画像Ｉａ、Ｉｂを含むエリアα、βを連続的に撮影することにより得られた画像データがＡ／Ｄ変換器２１、画像処理部２２を介して、制御部２３において、ベース１４のＺ軸方向位置検知器５ｄで検出されるベース１４のＺ軸方向位置（図６参照）と対応したコントラスト値が算出されて、前記被測定物７の設定箇所の表面の明るさに関するデータが作成される。
【００３４】
また、ＣＣＤカメラ９の画像データに基づいて得られるエリアα、βの明るさに関するデータ（ＡＦＶ）の分布は図２に示すように第１のマスク１５と第２のマスク１６とが対物レンズの光軸方向に前記一定の距離γだけ隔てられている関係で、ベース１４のＺ軸方向位置検知器５ｄの数値で示される前記Ｚ軸方向の第１のマスク１５と第２のマスク１５の投影用パターン２６ａ、２６ｂの結像位置Ｚ１、Ｚ２において、それぞれ最大（ＡＦＶｍａｘ２）となって現われており、このＺ１、Ｚ２が第１のマスク１５と第２のマスク１５の結像位置となっている。
【００３５】
次に、駆動機構５のモータ５ｂを作動させて、ベース１４を変位させ、被測定物７の測定面７ａを前記Ｚ１とＺ２の間に位置させる。
【００３６】
次に、ステップＳ３（追従動作）において、前記測定装置のＸＹステージ１ａの駆動手段により、対物レンズ８ａの直下に前記被測定物７の測定箇所が位置するように被測定物７が移動される。
この移動中に、ＣＣＤカメラ９のエリアα、βの画像データに基づいて得られるＡＦＶユニット２７で作成され、その際、被測定物７が例えば図８に示すように右上がりに傾いている場合は、ＣＣＤカメラ９のエリアα、βの画像データに基づいて得られたＡＦＶが互いに異なる（エリアαの方のAVFがエリアβの方のAVFより大きくなる）ので、それらのＡＦＶの差が画像処理部２４で演算されてその差が所定の範囲内となるように制御部２３の指令によって駆動機構５のモータ５ｂが作動し、ベース１４が図８で上方に移動するため、被測定物７の測定面７ａが前記結像位置Ｚ１とＺ２の間に維持される。
【００３７】
一方、被測定物７が右下がりに傾いている場合は、上記とは逆にエリアαの方のAVFがエリアβの方のAVFより小さくなるため、ベース１４を上記の場合とは逆の方向に変位させ、また被測定物７が傾いていない場合はベース１４はＺ軸方向に移動されず初期位置で維持されて、常に、被測定物７の測定面７Aが前記結像位置Ｚ1、Ｚ２の間に維持される。
【００３８】
更に、ステップ４（詳細フォーカス動作）において、前記被測定物７の測定箇所において同測定面７ａの被検査パターンにＣＣＤカメラ９のフォーカスを最適に合わせにあたり、まず、パターン投影手段３の投影用光源１７を消灯して、ついで照明光学系４の照明用光源１８を点灯して、被測定物７の表面に照明用の光を照射する。
そして、ベース１４を被測定物７の測定面７ａに向けて降下させて、ＣＣＤカメラ９Ａのフォーカス位置を被検査パターンの表面に合わせる。
この場合、被測定物７の測定面７ａが前記結像位置Ｚ1、Ｚ２の間に維持されているため、ベース１４を被測定物７の測定面７ａに向けて降下させる。
【００３９】
その際、ベース１４を被測定物７の測定面７ａに向けて降下させながら、ＣＣＤカメラ９により観察用光源１８の光が照射された測定面７ａの被検査パターンの表面の画像データを連続的に取り込み、その画像データに基づいて、上述のステップＳ１と同様にＡＦＶｍａｘ１を求め、ＡＦＶｍａｘ１となる位置にベース１４を変位させることによって、ＣＣＤカメラ９のフォーカス位置をより正確に被測定物７の測定面７ａの被検査パターンの表面に合わせる動作が終了する。
【００４０】
なお、ステップ４において、被測定物７の測定面７ａが第１のマスク１５と第２のマスク１６の投影用パターン２６ａ、２６ｂの結像位置Ｚ１、Ｚ２の間に維持されながら、前記測定装置のＸＹステージ１ａの駆動手段により、対物レンズ８Ａの直下に前記被測定物７の測定箇所が位置するように被測定物７が移動されるため、対物レンズ８Ａの直下に前記被測定物７の測定箇所が位置した際に、ＣＣＤカメラ９と被測定物７の測定面７ａの光学的距離がＺ軸センサ５ｄによって測定されているため、その値からＣＣＤカメラ９のフォーカス位置の距離を差し引いた分だけ、ベース１４を被測定物７に近づけることによって容易にＣＣＤカメラ９の最適フォーカス位置に前記被測定物７の測定面７ａの被検査パターン表面を位置させることができる。
【００４１】
更にまた、ステップ５（終了動作）において、被測定物７の１つの測定箇所におけるＣＣＤカメラ９のフォーカス合わせの動作（オートフォーカス動作）と撮影が終了後、被測定物７の他の測定すべき箇所があるか否かがコントロールＰＣ２０の指令から判断され、他の測定箇所がある場合には、ステップ２、ステップ３が繰り返された後、被測定物７のすべての測定箇所に対するフォーカス合わせ動作と撮影が終了する。
【００４２】
上述の実施の形態に係るオートフォーカス装置１によれば、被測定物７に対向するレンズユニット８の対物レンズ８ａを介して被測定物７の像を撮像するＣＣＤカメラ９と、ＣＣＤカメラ９を前記対物レンズ８ａの光軸方向に変位させる駆動機構５と、ＣＣＤカメラ９で撮像された前記被測定物７の像に基づいて駆動機構５を駆動制御する制御手段６と、レンズユニット８の光軸方向で結像位置が異なる二つのマスク１５、１６の投影パターン２６ａ、２６ｂを被測定物７の測定面７ａに投影する投影光学系３を備え、制御手段６によりＣＣＤカメラ９で取得された二つの投影のパターン２６ａ、２６ｂのコントラストの大小を比較し、このコントラストの大小関係が所定の範囲となるようにＣＣＤカメラ９をベース１４と一体的に変位させる構成となっているため、
被測定物７の移動中においても測定面７ａの表面の影響を受けずに前記ＡＦＶを求めることができ、測定面７ａとＣＣＤカメラ９の光学的距離を所定の範囲内に維持できるため、オートフォーカスが迅速、的確に行える。
【００４３】
なお、本実施の形態に係るオートフォーカス装置１においては、ベース１４を駆動機構５のモータ５ｂの作動によって、変位させているが、レンズユニット８の対物レンズ８ａを被測定物７の測定面７ａに対して変位させるようにしてもよい。
また、フィルタ１５、１６の投影用パターンを円形としているが、パターンの形状は、本発明の目的を達成するに十分な形状であればよく、特に、その形状は限られない。
また、本実施の形態に係るオートフォーカス方法においては、察用光源１８を前記各ステップ（Ｓ１〜Ｓ５）において観察用光源１７を点灯または消灯を行っているが、観察用光源１８を前記各ステップ（Ｓ１〜Ｓ５）において常時点灯していてもよい。
さらに、
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明によるオートフォーカス装置の実施の形態を示す概念図である。
【図２】上記オートフォーカス装置に使用される投影用パターンを形成した二つのマスクの構成例を示す説明図である。
【図３】上記マスクの各投影用パターンの被測定物上での画像を示めす概念図である。
【図４】上記マスクの各投影用パターンの各結像位置と撮像手段のフォーカス位置の関係を示す説明図である。
【図５】被測定物のコントラスト値の分布を示す説明図である。
【図６】被測定物のコントラスト値の分布と上記マスクの各投影用パターンのコントラスト値の分布との関係を示す説明図である。
【図７】本発明によるオートフォーカス装置の動作及びオートフォーカス方法を説明するフローチャートである。
【図８】図７のオートフォーカス動作において、特に追従動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    オートフォーカス装置
２    撮像光学系
３    投影光学系
４    照明光学系
５    駆動機構
６    制御手段
７    被測定物
８    レンズユニット
９    撮像手段
１５  第１のマスク
１６  第２のマスク
２６ａ、２６ｂ  第１、２のマスクの投影用パターン
Ｉａ、Ｉｂ  投影画像
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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