(57)【要約】【課題】反射率の異なる様々な試料に対して適切なＡＦ動作を提供できるようにする。【解決手段】受光回路１２２は、サンプル１０２で反射し対物レンズ１０５を通過した光の強度に応じた大きさの電気信号を取得する。制御部１２１は、この電気信号をサンプリングするときのサンプリングの周期を当該電気信号の大きさに基づいて設定すると共に、当該設定の周期での当該電気信号のサンプリングを受光回路１２２に行わせて当該電気信号の大きさに応じたデータを取得する。そして、前記サンプリングにより取得されたデータに基づいたＺステージ１１７の駆動制御を行ってサンプル１０２と対物レンズ１０５との間隔を制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からの反射光を、対物レンズを介して受光して当該光の強度に応じた大きさの電気信号を出力する受光部と、
前記電気信号を所定の周期でサンプリングして当該電気信号の大きさに応じたデータを取得するサンプリング部と、
前記試料と前記対物レンズとの間隔を制御して当該試料を当該対物レンズの合焦位置へ配置するために使用される当該間隔の制御のための信号を、前記サンプリング部で取得されたデータに基づいて生成する制御信号生成部と、
前記サンプリングの周期を変更する周期変更部と、
を有していることを特徴とする合焦検出装置。
【請求項２】
前記周期変更部は、前記電気信号の大きさに基づいて前記周期を変更することを特徴とする請求項１に記載の合焦検出装置。
【請求項３】
前記試料に光を照射する光源と、
前記光源をパルス点灯させる光源駆動部と、
を更に有しており、
前記光源駆動部は、前記サンプリングの各周期における５０％以下の期間だけ前記光源を点灯させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の合焦検出装置。
【請求項４】
前記制御信号生成部は、前記間隔の変化速度を制御する信号を、前記サンプリングの周期に基づいて更に生成することを特徴とする請求項１に記載の合焦検出装置。
【請求項５】
前記制御信号生成部は、前記間隔の変化速度を制御する信号を、前記対物レンズの種類に応じて生成することを特徴とする請求項４に記載の合焦検出装置。
【請求項６】
前記サンプリングの周期についての指示を取得するサンプリング周期指示取得部を更に有しており、
前記周期変更部は、前記サンプリングの周期を前記指示に係る周期へと変更する、
ことを特徴とする請求項１に記載の合焦検出装置。
【請求項７】
請求項１から６のうちのいずれか一項に記載の合焦検出装置を備えていることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項８】
試料で反射し対物レンズを通過した光の強度に応じた大きさの電気信号を取得し、
前記電気信号をサンプリングするときのサンプリングの周期を当該電気信号の大きさに基づいて設定し、
前記電気信号を前記設定の周期でサンプリングして当該電気信号の大きさに応じたデータを取得し、
前記試料と前記対物レンズとの間隔を制御して当該試料を当該対物レンズの合焦位置へ配置するために使用される当該間隔の制御のための信号を、前記サンプリングにより取得されたデータに基づいて生成する、
ことを特徴とする合焦検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡の技術に関し、特に、オートフォーカス（以下、「ＡＦ」と称することとする）機能を有する顕微鏡装置、若しくは、オートフォーカス機能を有する顕微鏡を組み込んだＩＣ（半導体集積回路）、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、医療、生物等の自動検査装置での実施に好適である、対物レンズと試料との相対距離を変化させて合焦状態の検出を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
顕微鏡は、医学や生物学の分野を始めとして、工業分野においても、ＩＣウェハや磁気ヘッドの検査や金属組織等の品質管理、新素材等の研究開発などの用途で使用されている。
【０００３】
最近の顕徴鏡は、ＡＦセンサを搭載し、ＡＦセンサで検出されたＡＦ信号に基づいてＺステージを電動駆動することにより、自動的に合焦動作を行うＡＦ機能を備えたものが広く使用されている。
【０００４】
ＡＦ方式には、大別して、試料観察用の照明光とは異なる赤外光レーザ等の光を標本に照射したときの反射光を検出してＡＦ動作を行うアクティブＡＦ方式と、顕微鏡から取得した画像のコントラストを演算してＡＦ動作を行うパッシブＡＦ方式とが知られている。
【０００５】
パッシブＡＦ方式は、ベアウェハのようなコントラストの乏しい標本では合焦できず、また、パターンが描かれているウェハのような標本においても、合焦速度が遅いという問題を有している。このため、検査スループットが重視されるエ業用途においては、アクティブＡＦ方式が一般的に用いられている。
【０００６】
また、近年では、例えば特許文献１に開示されているように、半導体ウェハやＬＣＤの検査工程を自動化する目的で、検査装置メーカがＡＦ機能を備えた顕徹鏡をユニットとして購入して半導体ウェハ自動検査装置などに組み込んでおき、ＰＣなどの制御装置から送信されるコマンドで顕微鏡を遠隔操作して使用するケースが増えてきている。
【０００７】
アクティブＡＦ方式を採用している顕微鏡は、例えば特許文献２に開示されている。アクティブＡＦ方式を採用している顕微鏡の光学系の構成例を図１１に示す。
測定光として可視外光である赤外領域の光を発光するレーザダイオード１１０１（以下、「ＬＤ」と使用することとする）から発せられたＡＦ光は、コリメートレンズ１１０２を通り平行光束となり、光束の半分をカットする投光側ストッパ１１０３を介して、ＰＢＳ（Polarized Beam Splitter ：偏光ビームスプリッタ）１１０４でＰ偏光成分のみが反射され、集光レンズ１１０５へと導かれる。
【０００８】
色収差補正レンズ１１０６は、対物レンズの色収差のため発生する観察光とＡＦ光の焦点位置のズレ（色収差）を補正するためのものであり、対物レンズに応じて光軸方向に移動可能である不図示のズーム機溝を備えている。集光レンズ１１０５により一旦集光された光束は、この色収差補正レンズ１１０６を通り、λ／４板１１０７を通過して４５°偏光された後、ダイクロックミラー１１０８により反射される。その後、この光束は、対物レンズ１０５を介してサンプル１０２へと照射される。
【０００９】
サンプル１０２により反射されたＡＦ光の光束は、対物レンズ１０５を通過し、再びダイクロックミラー１１０８で反射してλ／４板１１０７を通過すると更に４５°偏光されてＳ偏光成分に切換わる。その後、この光束は、色収差補正レンズ１１０６と集光レンズ１１０５とを通過し、ＰＢＳ１１０４へと入射する。この光束は、このときにはＳ偏光成分になっているので、そのままＰＢＳ１１０４を透過して受光側ストッパ１１０９及び受光側集光レンズ１１１０を通過した後に２分割フォトダイオード（以下、「２分割ＰＤ」と略称することとする）１１１１で結像する。
【００１０】
図示していないが、２分割ＰＤ１１１１は、光軸を中心に２個のフォトダイオード（センサＡ及びセンサＢとする）が並べられている光検出器である。２分割ＰＤ１１１１は、結像したスポットの光強度に応じた電流信号を出力する。この電流信号は、Ｉ−Ｖ変換増幅器１１１２により電流／電圧変換と増幅とがされた後、Ａ／Ｄ変換器１１１３により所定の周期でサンプリングされてデジタルデータへと変換され、演算処理される。なお、以下の説明においては、この２分割ＰＤ１１１１の出力信号に対して行われる処理を「受光処理」と称することとする。
【００１１】
ところで、２分割ＰＤ１１１１から出力される電流信号には、サンプル１０２からの反射光に対応する成分以外にも、外部からの漏れ光に対応する成分や電気的なノイズ成分もオフセットとして重畳されている。これらのオフセットの除去のために、ＡＦシステムは例えば以下のような信号処理を行っている。
【００１２】
この信号処理では、ＬＤ１１０１をパルス点灯させる。そして、図１２に示すように、ＬＤ１１０１が発光中の期間（図１２におけるＬＤ＿ＯＮの期間）における２分割ＰＤ１１１１の出力に対して受光処理を行う。その一方で、ＬＤ１１０１が発光停止中の期間のうちＬＤ＿ＯＮと同一時間の期間（図１２におけるＬＤ＿ＯＦＦの期間）における２分割ＰＤ１１１１の出力に対しても受光処理を行う。そして、この両期間で行った受光処理によって得られた信号値に基づき、
（ＬＤ＿ＯＮ期間に得た信号値）−（ＬＤ＿ＯＦＦ期間に得た信号値）
なる演算を２分割ＰＤ１１１１のセンサＡ及びＢの各出力について行う。
【００１３】
ノイズ等に起因するオフセットの除去は、このようにして行われる。
次に、図１１に示した光学系におけるＡＦ動作の原理を説明する。
図１３は、中倍対物レンズの２分割ＰＤ１１１１でのＡＦ光の結像の様子を表している。
【００１４】
まず、サンプル１０２が合焦位置よりも上方、すなわち対物レンズ１０５に近い側に位置している場合を想定する。この場合、２分割ＰＤ１１１１で結像するスポット像は、中心位置よりもセンサＢ寄りに位置する（１３００（ａ）参照）。
【００１５】
次に、サンプル１０２が合焦位置より下方、すなわち対物レンズ１０５から遠い側に位置している場合を想定する。この場合、２分割ＰＤ１１１１で結像するスポット像は、中心位置よりもセンサＡ寄りに位置する（１３００（ｂ）参照）。
【００１６】
ここで、サンプル１０２が正確に合焦位置にある場合を想定する。この場合に結像するスポット像は、２分割ＰＤ１１１１の中心でセンサＡとセンサＢとに均等な範囲に位置するようになる（１３００（ｃ）参照）。
【００１７】
図１１に示した光学系におけるＺステージ位置と２分割ＰＤ１１１１の出力信号との関係を図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃにグラフで示す。
図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃの各図には、対物レンズ１０５として、低倍のもの（点線の曲線）、中倍のもの（破線の曲線）、高倍のもの（実線の曲線）をそれぞれ用いた場合における曲線が示されている。ここで、図１４Ａは、図１１においては不図示であるＺステージの位置（すなわちサンプル１０２の位置）と、センサＡ及びセンサＢの各々の出力信号レベルとの関係が示されている。また、図１４Ｂは、Ｚステージ位置と、センサＡ及びセンサＢの各々の出力信号レベルに基づいて算出されるＡ＋Ｂなる信号（以下、この信号を「ＳＵＭ信号」と称することとする）の信号レベルとの関係が示されている。更に、図１４Ｃは、Ｚステージ位置と、センサＡ及びセンサＢの各々の出力信号レベルに基づいて算出される（Ａ−Ｂ）／（Ａ＋Ｂ）なる信号（以下、この信号を「ＡＦ信号」と称することとする）の信号レベルとの関係が示されている。なお、図１４Ａ、図１４Ｂ、及び図１４Ｃの各図において、横軸はＺステージ位置を示しており、縦軸は信号レベルを示している。
【００１８】
ここで、図１４Ｃより分かるように、対物レンズ１０５として高倍のものを用いた場合にはＡＦ信号の傾きが大きくなり、低倍のものを用いた場合にはＡＦ信号の傾きが小さくなる。これは、高倍の対物レンズは焦点深度が浅く、低倍の対物レンズは焦点深度が深いからである。
【００１９】
次に図１１に示した光学系におけるＡＦ動作のアルゴリズムについて説明する。
ＡＦ動作の実行が開始されると、まず、演算部がサンプル１０２を捕捉できているかどうかの確認のために、ＳＵＭ信号と、図１４Ｂに示されている示すノイズ判定閾値（ＮＴＨ）との大小比較を行う。このノイズ判定閾値は、ＡＦ動作を実行させるＺステージ位置の範囲を決定するための閾値である。
【００２０】
ここで、ＳＵＭ信号が小さい場合には、まず、Ｉ−Ｖ変換増幅器１１１２の増幅率を高めてＳＵＭ信号がノイズ判定閾値よりも大きくなるようにする。このようにしてもＳＵＭ信号が依然としてノイズ判定閾値よりも小さい場合には、サンプル１０２を捕捉できていないと判定し、Ｚステージを高速に駆動して、ＳＵＭ信号がノイズ判定閾値よりも大きくなる位置へとサンプル１０２を移動させる。
【００２１】
一方、ＳＵＭ信号がノイズ判定閾値よりも大きい場合には、Ｚステージを低速に駆動して、ＡＦ信号が図１４Ｃに示す合焦判定閾値（±ＦＴＨ）の範囲内となる位置（合焦範囲）へとサンプル１０２を移動させる。なお、合焦判定閾値は、サンプル１０２が対物レンズ１０５の合焦位置にいるかどうかの判定するための閾値であり、使用される全ての対物レンズ１０５の焦点深度の範囲内にＺステージ位置が含まれるように予め設定されている。
【００２２】
なお、前掲した特許文献２では、このノイズ判定閾値及び合焦判定閾値（以下、これらの閾値を「ＡＦパラメータ」と総称することとする）を対物レンズの倍率毎に設定可能とし、このＡＦパラメータの設定を観察者も行えるようにするという技術が開示されている。
【００２３】
ところで、上述したＡＦシステムを採用した顕微鏡を半導体検査装置で使用する場合には、半導体ウェハ製造工程に応じ、反射率が９０％以上である金属膜から反射率が１％以下である反射防止膜付きパターンウェハまでの各種のサンプルを対象として、迅速且つ確実なＡＦ動作を提供する必要がある。このような用途でＡＦシステムを利用する場合のノイズ判定閾値の設定例を図１５Ａ及び図１５Ｂに示す。
【００２４】
図１５Ａ及び図１５Ｂには、Ｚステージ位置とＳＵＭ信号との関係が各々示されている。ここで、図１５Ａは観察対象のサンプルの反射率が１％の場合を示しており、図１５Ｂは観察対象のサンプルの反射率が９０％の場合を示している。なお、図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、対物レンズの倍率は同一である。
【００２５】
図１５Ａ及び図１５Ｂにおいて、横軸はＺステージ位置を示しており、縦軸はＳＵＭ信号の信号レベルを示している。また、図１５Ａ及び図１５Ｂのどちらにも示されているノイズ判定閾値及びＺステージ低速範囲は、それぞれ、図１４Ｂにおけるノイズ判定閾値（ＮＴＨ）及び捕捉範囲に相当する。
【００２６】
半導体検査装置でＡＦシステムを利用する場合には、ノイズ判定閾値の設定は対物レンズの倍率に応じてなされる。ここで、反射率の低いサンプルでも捕捉を可能とするために、ノイズ判定閾値は低めに設定されている（図１４Ａ参照）。そのために、反射率の高いサンプルではＺステージ低速範囲が広くなってしまい（図１４Ｂ参照）、結果としてＡＦ動作が低速となってしまう。
【００２７】
この問題に関し、例えば特許文献３には、センサの出力信号を増幅する増幅器を時間積分型のものとし、その積分最長時間を観察条件（対物の倍率、反射率）毎に変化させることにより、必要以上に積分時間が長くなることを防止するという技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１６７１８３号公報
【特許文献２】特開２００５−１０６６５号公報
【特許文献３】特開２００１−９１８５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
上掲した特許文献３で開示されている技術に代表される従来のＡＦ方式では、ＡＦ信号をサンプリングするときの周期を一定とし、パルス点灯させているＬＤ１１０１のデューティ（Duty）比、つまり、ＯＮ（発光）とＯＦＦ（発光停止）との比を、試料の反射率に応じて可変させるようにしていた。すなわち、図１２に示したタイミングチャートにおいて、サンプリング周期は固定とし、レーザＯＮの期間（ＬＤ＿ＯＮの期間）とレーザＯＦＦの期間（（ＬＤ＿ＯＦＦの期間）＋（ＩＤＯＬの期間））との比を、試料の反射率に応じて可変させるようにしていた。
【００２９】
ここで、反射率が低い試料に対するＡＦ動作を行うには、レーザＯＮの期間（ＬＤ＿ＯＮの期間）を長くして２分割ＰＤ１１１１の出力の積分時間を稼ぐようにする。但し、前述したように、２分割ＰＤ１１１１の出力からオフセットを除去するために、ＬＤ＿ＯＮと同一長さであるＬＤ＿ＯＦＦの期間がレーザＯＦＦの期間内に設定される。従って、この場合には、ＩＤＯＬの期間を短くすることが必要となる。
【００３０】
ところが、試料の反射率が著しく低い場合には、このＩＤＯＬの期間をゼロとしてＬＤ１１０１の発光デューティ比を５０％としても、ノイズ判定閾値よりも大きな信号レベルのＳＵＭ信号を得ることができない。この場合には、ＡＦ動作を行えないことになる。
【００３１】
その一方、反射率が高い試料に対するＡＦ動作を行うには、レーザＯＮの期間（ＬＤ＿ＯＮの期間）を短くして２分割ＰＤ１１１１の出力の積分時間を短くする。この場合には、図１６に示したタイミングチャートのように、ＬＤ＿ＯＦＦの期間もＬＤ＿ＯＮの期間に応じて短くするので、結果としてその分だけＩＤＯＬの期間が長くなる。しかし、ＩＣウェハやＬＣＤ等の検査装置には更なる検査スループットの向上が求められている昨今において、何らＡＦ動作に関与しないこのようなＩＤＯＬ期間をサンプリング周期中に長く取ることは、ＡＦ動作の高速化を阻害することになり、好ましいことではない。
【００３２】
本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、反射率の異なる様々な試料に対して適切なＡＦ動作を提供できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００３３】
本発明の態様のひとつである合焦検出装置は、試料からの反射光を、対物レンズを介して受光して当該光の強度に応じた大きさの電気信号を出力する受光部と、当該電気信号を所定の周期でサンプリングして当該電気信号の大きさに応じたデータを取得するサンプリング部と、当該試料と当該対物レンズとの間隔を制御して当該試料を当該対物レンズの合焦位置へ配置するために使用される当該間隔の制御のための信号を、当該サンプリング部で取得されたデータに基づいて生成する制御信号生成部と、当該サンプリングの周期を変更する周期変更部と、を有していることを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【００３４】
なお、上述した本発明に係る合焦検出装置において、当該周期変更部は、当該電気信号の大きさに基づいて当該周期を変更するように構成することもできる。
また、前述した本発明に係る合焦検出装置において、当該試料に光を照射する光源と、当該光源をパルス点灯させる光源駆動部と、を更に有しており、当該光源駆動部は、当該サンプリングの各周期における５０％以下の期間だけ当該光源を点灯させる、ように構成することもできる。
【００３５】
また、前述した本発明に係る合焦検出装置において、当該制御信号生成部は、当該間隔の変化速度を制御する信号を、当該サンプリングの周期に基づいて更に生成するように構成することもできる。
【００３６】
なお、このとき、当該制御信号生成部は、当該間隔の変化速度を制御する信号を、当該対物レンズの種類に応じて生成するように構成することもできる。
また、前述した本発明に係る合焦検出装置において、当該サンプリングの周期についての指示を取得するサンプリング周期指示取得部を更に有しており、当該周期変更部は、当該サンプリングの周期を当該指示に係る周期へと変更する、ように構成することもできる。
【００３７】
なお、上述した本発明に係る合焦検出装置を備えている顕微鏡装置も、本発明に係るものである。
また、本発明の別の態様のひとつである合焦検出方法は、試料で反射し対物レンズを通過した光の強度に応じた大きさの電気信号を取得し、当該電気信号をサンプリングするときのサンプリングの周期を当該電気信号の大きさに基づいて設定し、当該電気信号を当該設定の周期でサンプリングして当該電気信号の大きさに応じたデータを取得し、当該試料と当該対物レンズとの間隔を制御して当該試料を当該対物レンズの合焦位置へ配置するために使用される当該間隔の制御のための信号を、当該サンプリングにより取得されたデータに基づいて生成することを特徴とするものであり、この特徴によって前述した課題を解決する。
【発明の効果】
【００３８】
本発明によれば、以上のようにすることにより、反射率の異なる様々な試料に対して適切なＡＦ動作の提供が可能となるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４０】
本実施例に係る焦点検出装置を含む顕徴鏡装置の概略構成を図１に示す。なお、同図において、図１１に示した光学系の構成と同様の部分については説明を省略する。
図１において、顕微鏡本体１には、サンプル１０２を搭載可能なＸ−Ｙステージ１０３に対向させた位置にレボルバ１０４が配置されている。レボルバ１０４は、最大で６つまで対物レンズ１０５を実装可能であり、図示していないレボルバ穴には番号＃１〜＃６が割り当てられている。
【００４１】
レボルバ１０４は、対物レンズ１０５を取り付けるマウンタ１０６と、対物レンズ１０５を光軸に挿入させるためにマウンタ１０６を電動で駆動するレボルバモータ１０７と、レボルバセンサ群１０８とから構成されている。レボルバセンサ群１０８は、レボルバ１０４が接続されていることを検知するレボルバ接続センサと、現在の穴番号を検知する穴番号センサと、対物レンズ１０５が光軸に挿入されたことを検知する移動完了センサとより構成されているが、ここでは図示していない。
【００４２】
照明ユニット１０９には、例えば照明光として可視光を出射する顕微鏡光源１１０を備えている。顕微鏡光源１１０からの光は、照明系レンズ１１１と光学絞り１１２とを通過し、ハーフミラー１１３へと導かれる。ハーフミラー１１３により９０°偏向した光は、対物レンズ１０５を通ってサンプル１０２へ照射される。
【００４３】
サンプル１０２で反射した光は、対物レンズ１０５を通過後にハーフミラー１１３を透過し、鏡筒１１４へと導かれる。観察者は、接眼レンズ１１５を通して、若しくはＣＣＤＤ力メラ１１６で得られた画像を不図示のモニタに表示させることによって、結像したサンプル１０２の画像を観察することができる。
【００４４】
Ｘ−Ｙステージ１０３には、サンプル１０２が載置される。Ｘ−Ｙステージ１０３は光軸に垂直な方向であるＸ−Ｙ方向に移動可能になっており、光軸の方向であるＺ方向に移動可能なＺステージ１１７の上に取り付けられている。焦準部であるＺステージ１１７を観察者が動かすことにより、サンプル１０２と対物レンズ１０５との間隔が調節され、サンプル１０２を対物レンズ１０５のピント位置へと配置することができる。
【００４５】
照明ユニット１０９の上部にはＡＦユニット１１８が設置されている。ＡＦユニット１１８は、光源駆動部１１９、色収差レンズ駆動モータ１２０、受光回路１２２、光学系１２４を備えて構成されている。なお、受光回路１２２及び光学系１２４は図１１に示したものと同様の構成であるので、説明を省略する。
【００４６】
制御部１２１にはＰＣ１２３が接続されている。ＰＣ１２３では所定の制御プログラムが実行されており、観察者によりなされた操作に応じて、制御部１２１に各種の指示を行う。
【００４７】
制御部１２１は、図２に示す内部構成を有している。
図２に示すように、制御部１２３は、ＣＰＵ（中央演算装置）２０１、演算データなどの各種のデータが一時的に格納されるＲＡＭ２０２、制御プログラムや各種のデータが予め格納されているＲＯＭ２０３、ＡＦパラメータや色収差補正レンズの位置などが記憶される不揮発性メモリ２０４、レボルバ１０４、ＡＦユニット１１８、Ｚステージ１１７、及びＰＣ１２３の各々との間で各種のデータの授受を行うＩ／Ｏ２０５ａ、２０５ｂ、２０５ｃ、及び２０５ｄ、並びに、各部のモータを駆動させるドライバ２０６ａ、２０６ｂ、及び２０６ｃを備えて構成されている。
【００４８】
ＣＰＵ２０１は、ＡＦ動作の制御を行う。すなわち、ＡＦユニット１１８内の受光回路１２２からの信号（Ａ／Ｄ変換器１１１３から出力されるデジタルデータ）を、ＡＦＩ／Ｏ２０５ａを介して取得し、ＳＵＭ信号の算出及び前述したオフセット除去の計算（（ＬＤ＿ＯＮ期間に得た信号値）−（ＬＤ＿ＯＦＦ期間に得た信号値）の計算）を行い、これらの計算結果を用いてサンプル捕捉判定と合焦判定とを行う。更に、サンプル捕捉判定若しくは合焦判定の判定結果がＮＧの場合には、ＣＰＵ２０１は、ＺステージＩ／Ｏ２０５ｂを経由してＺステージドライバ２０６ｂへ駆動量及び駆動速度を指示する。
【００４９】
次に、ＲＡＭ２０２について、図３Ａに示したメモリマップを用いて簡単に説明する。
例えばＲＡＭ２０２のｏｂ番地の格納領域には、現在光軸上に挿入されている対物レンズ１０５の種類を示す値が格納され、ｓｐｌ番地の格納領域には、サンプル１０２を個々に識別する値が格納される。また、ａ番地及びｂ番地の各格納領域には、それぞれ光学系１２４における２分割ＰＤ１１１１のセンサＡ及びセンサＢ各々についての前述したオフセット除去計算後の値が格納される。更に、ｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納領域にはＳＵＭ信号の算出結果が格納され、ａｆ＿ｓｉｇ番地の格納領域にはＡＦ信号の算出結果が格納される。この他、ＲＡＭ２０２には、ＡＦ動作の実行のための各種のパラメータが格納される。
【００５０】
不揮発性メモリ２０４は、ＣＰＵ２０１によって書き込まれる各種のデータを記憶しておく。以下、図３Ｂに示す不揮発性メモリ２０４のメモリマップを簡単に説明する。
まず、ＭＡＸ＿ＤＲ［０］［０］番地からＭＡＸ＿ＤＲ［９］［２］番地までの各記憶領域には、サンプリング周期の最大値を示す値がサンプル１０２毎（本実施例では３種類）且つ対物レンズ１０５の種類毎（本実施例では１０種類）に対応付けられて記憶されている。なお、二次元配列であるＭＡＸ＿ＤＲ番地は、
ＭＡＸ＿ＤＲ  ［対物レンズ種類］［サンプル番号］
という配列の構造を有している。
【００５１】
また、ＯＢ［１］番地からＯＢ［６］番地の各記憶領域には、レボルバ１０４のレボルバ穴♯１〜＃６に各々取り付けられている対物レンズ１０５の種類を示す値が格納されている。
【００５２】
また、ＡＳＣＴＨ１番地及びＡＳＣＴＨ２番地の各格納領域には、ＡＦ動作の実行時におけるサンプリング周期を決定するための２つの閾値（オートサンプリング閾値）がそれぞれ記憶されている。なお、このオートサンプリング閾値は、ＡＦ動作を適切に行えるときのＳＵＭ信号の信号レベルの上限と下限とを表している。
【００５３】
また、ＳＳ［０］番地からＳＳ［９］番地の各記憶領域には、サンプルサーチスピードを示す値が格納されており、ＦＳ［０］番地からＦＳ［９］番地の各記憶領域には、合焦速度を示す値が格納されている。これらの値はＡＦ動作の実行時におけるＺステージ１１７の移動速度の決定に用いられるパラメータであり、対物レンズ１０５の種類毎に用意されている。ここで、サンプルサーチスピードは、Ｚステージ１１７の移動速度の基準値である。
【００５４】
また、ＡＳＦ［０］［０］番地からＡＳＦ［９］［２］番地までの各記憶領域には、後述するＡＦ速度係数がサンプル１０２毎且つ対物レンズ１０５の種類毎に対応付けられて記憶されている。
【００５５】
また、ＮＴＨ［０］［０］番地からＮＴＨ［９］［２］番地までの各記憶領域には前述したノイズ判定閾値が、そして、ＦＴＨ［０］［０］番地からＦＴＨ［９］［２］番地までの各記憶領域には前述した合焦判定閾値が、それぞれサンプル１０２毎且つ対物レンズ１０５の種類毎に対応付けられて記憶されている。
【００５６】
更に、不揮発性メモリ２０４には、この他にも、サンプル１０２毎且つ対物レンズ１０５の種類毎の色収差補正レンズ１１０６の位置情報や、対物レンズ１０５の種類毎のＡＦゾーン（ＡＦを動作させる範囲）を示す情報、Ｚステージ１１７の上限及び下限のリミット位置を示す情報なども記憶されているが、図３Ｂには図示していない。
【００５７】
ところで、制御部１２１は、ＰＣ１２３から送信された所定のコマンドを受信すると、不揮発性メモリ２０４に記憶されている値を書き換えることができる。
例えば、ＰＣ１２３が制御部１２１へコマンド
ＯＢＴＹＰＥ  “レボルバ穴番号”，“レボルバ種類番号”
を送信すると、レボルバ穴♯１〜＃６に取り付けられている対物レンズ１０５の種類を制御部１２３に登録することができる。なお、対物レンズ１０５には、その種別に応じ、対物レンズ番号が図４に例示するように対応付けられている。例えば、レボルバ穴＃２に「ユニバーサル１０Ｘ」の対物レンズ１０５を実装した場合には、ＰＣ１２３は、コマンド
ＯＢＴＹＰＥ２，６
を制御部１２１へ送信する。なお、ここで、「ユニバーサル１０Ｘ」の対物レンズ１０５には、レボルバ種類番号として「６」が予め対応付けられているものとする。
【００５８】
制御部１２１は、このコマンドを受信すると、不揮発性メモリ２０４のＯＢ［２］番地に値「６」を記憶させる。
次にＲＯＭ２０３を説明する。ＲＯＭ２０３には、顕微鏡本体１の電動部の操作制御、センサＡ及びセンサＢの各出力からオフセットを除去する計算、ＳＵＭ信号及びＡＦ信号の算出、及び合焦判定などの処理をＣＰＵ２０１に行わせるためのプログラムと、ＡＦ動作時におけるサンプリング周期の最大値を示すデータとが予め格納されている。
【００５９】
なお、本実施例においては、ＡＦ動作時におけるサンプリング周期はステップ値で表現される。このステップ値は、計１６ステップ用意されており、図３Ｃの表に示すように、各ステップ値が実際のサンプリング周期（データレート）に対応付けられている。
【００６０】
ＰＣ１２３では、図１の顕徴鏡装置の操作指示及び各種の設定指示をコマンドにより行う。
ここで図４について説明する。同図は、顕微鏡操作用ソフトウェアをＰＣ１２３で実行させることによってＰＣ１２３の不図示の表示部に表示される、顕徴鏡操作用グラフィカルユーザインタフェース（以下、「ＧＵＩ」と略称することとする）の画面例を示している。
【００６１】
図４に示す顕微鏡操作用ＧＵＩは、顕徹鏡本体１との通信を開始する顕徴鏡通信ボタン４０１、サンプル１０２の選択指示を行うサンプル選択ボタン群４０２、対物レンズ１０５の切換え指示を行うための対物レンズ切換えボタン群４０３、Ｚステージ１１７の移動指示を行うためのＺステージ操作ボタン群４０４、Ｚステージ１１７の現在の位置を表示するＺステージ位置表示部４０５、ＡＦ動作の実行を開始させるためのＡＦ実行ボタン４０６、及び現在のＡＦ動作の動作状態（ステータス）を表示するためのステータス表示部４０７を備えて構成されている。なお、図４には図示していないが、顕微鏡操作用ＧＵＩは、この他にも、色収差レンズ駆動モータ１２０の駆動指示や色収差補正レンズ１１０６の現在位置の登録を行うための色収差レンズ駆動指示部、Ｚステージ１１７の上限及び下限のリミット位置やＡＦゾーンの設定を行うためのＺステージ情報設定部、及びサンプル１０２毎のＡＦパラメータ（ノイズ判定閾値、合焦判定閾値、及びサンプリング周期の最大値）の設定を行うためのＡＦパラメータ設定部が備えられている。
【００６２】
以下、上述したように構成されている図１の顕微鏡装置の動作について説明する。
まず初期設定動作を説明する。顕微鏡の使用が開始される前に、初期設定として、レボルバ１０４に取り付けられている対物レンズ１０５の種別の割り当て（アサイン）が行われる。
【００６３】
顕微鏡操作用ソフトウェアをＰＣ１２３で実行させると、まず、図４に示した顕微鏡操作用ＧＵＩが表示される。ここで、観察者がＰＣ１２３に備えられているポインティングデバイス等を操作することにより顕微鏡通信ボタン４０１が押下される。すると、顕徴鏡本体１はＰＣ１２３と通信可能な状態となる。
【００６４】
その後、対物レンズ切換ボタン群４０３のうちの１つが選択されて押下され、続けて図示しないレボルバアサインボタンが押下されると、各レボルバ穴に取り付けられている対物レンズ１０５の種類及び倍率がアサインされる。図４の画面例では、レボルバ穴＃１にはＵ５Ｘ（ユニバーサル５Ｘ）がアサインされ、同様にレボルバ穴＃２にはＵ１０Ｘ（ユニバーサル１０Ｘ）、レボルバ穴＃３にはＵ２０Ｘ（ユニバーサル２０Ｘ）、レボルバ穴＃４にはＵ５０Ｘ（ユニバーサル５０Ｘ）、レボルバ穴＃５にはＵ１００Ｘ（ユニバーサル１００Ｘ）、レボルバ穴６にはＬ１００Ｘ（長作動１００Ｘ）がアサインされている。なお、ここで、「ユニバーサル」タイプは通常の対物レンズであり、「長作動」タイプはＷＤ（Work Distance ）の長い対物レンズである。
【００６５】
レボルバアサインボタンが押下されると、対物レンズアサインコマンド
ＯＢＴＹＰＥ  ” レボルバ穴番号”，“対物レンズ種類番号”
がレボルバ穴の個数分ＰＣ１２３から制御部１２１へと送信される。制御部１２１はこのコマンドを受信すると、不揮発性メモリ２０４におけるＯＢ［レボルバ穴番号］番地の記憶領域に対物レンズ種類番号を書き込む。
【００６６】
上述した対物レンズ１０５の種別情報のアサインの完了後に、対物レンズ切換ボタン群４０３のうちの１つが選択されて押下されると、ＰＣ１２３を介してこの押下操作を検知した制御部１２１は、まずレボルバモータ１０７を駆動してレボルバ１０４を回転させ、選択された対物レンズ１０５を光軸上に挿入する。そして、レボルバセンサ群１０８により検出された、現在光軸上に挿入されている対物レンズ１０５が取り付けられている穴番号を、レボルバＩ／Ｏ２０５ｃを介して取得する。そして、不揮発性メモリ２０４におけるＯＢ［取得したレボルバ穴番号］番地の記憶領域に記憶されている値を、ＲＡＭ２０２内のｏｂ番地の格納領域に格納する。
【００６７】
対物レンズ１０５の選択を切り替える度に上述の処理を行うことにより、現在光軸上に挿入されている対物レンズ１０５の種類をＲＡＭ２０２内のｏｂ番地の格納データから認識することができる。
【００６８】
次に、観察者はサンプル１０２の選択を行う。このために、サンプル選択ボタン群４０２のうちの１つが選択されて押下されると、ＰＣ１２３は、コマンド
ＳＡＭＰＬＥ＿ＴＹＰＥ  “サンプル番号”
なるコマンドを制御部１２１へ送信する。なお、「サンプル番号」は、サンプル選択ボタン群４０２の各ボタンに付されている番号である。
【００６９】
制御部１２１は、このコマンドを受信すると、ＲＡＭ２０２内のｓｐｌ番地の格納領域に、この「サンプル番号」の値を書き込む。
上述の処理を行うことにより、現在選択されているサンプル１０２を、ＲＡＭ２０２内のｓｐｌ番地の格納データから認識することができる。
【００７０】
この他、初期設定動作として、サンプル１０２毎のＡＦパラメータ（ノイズ判定閾値、合焦判定閾値、及びサンプリング周期の最大値）の設定が、図４に示す顕微鏡操作用ＧＵＩでは不図示であるＡＦパラメータ設定部に対する操作により設定される。
【００７１】
次に、ＡＦ動作について説明する。
観察者が図４の画面におけるＡＦ実行ボタン４０６の押下操作を行うと、ＰＣ１２３はＡＦ実行コマンドＡＦ＿ＥＸＥを制御部１２１へ送信する。制御部１２１は、このコマンドを受信すると、図５にフローチャートで示したＡＦ制御処理を開始する。以下、このフローチャートを説明する。
【００７２】
まず、Ｓ１０１において、ＲＡＭ２０２内の及びｏｂ番地及びｓｐｌ番地の各格納データを取得し、この格納データに基づき、不揮発性メモリ２０４の
ＭＡＸ＿ＤＲ  ［ｏｂ番地データ］［ｓｐｌ番地データ］番地
の記憶データ値を読み出してＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の格納領域に書き込む処理が行われる。この処理により、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地には、サンプリング周期の最大値を示すステップ値が初期値として設定される。
【００７３】
Ｓ１０２では、ＡＦＩ／Ｏ２０５ａへ指示を与え、ＡＦユニット１１８に対する制御、すなわち光源駆動部１１９に対するＬＤ１１０１でのレーザ光のパルス点灯制御と受光回路１２２に対する受光処理制御とを、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地に格納されている値で示されているサンプリング周期の下で行わせる。そして、２分割ＰＤ１１１１のセンサＡ及びセンサＢの各々についての前述したＬＤ＿ＯＮ期間の信号値及びＬＤ＿ＯＦＦ期間の信号値を、ＡＦＩ／Ｏ２０５ａを介して取得する処理が行われる。更に、これらの値に基づいたオフセット除去の計算、すなわち
（ＬＤ＿ＯＮ期間に得た信号値）−（ＬＤ＿ＯＦＦ期間に得た信号値）
の計算を行う処理を行い、この計算結果を、オフセット除去後のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号レベルとして、ＲＡＭ２０２内のａ番地及びｂ番地の格納領域にそれぞれ格納する処理が行われる。
【００７４】
なお、本実施例においては、この処理における光源駆動部１１９に対するパルス点灯制御では、各サンプリング周期におけるレーザ光の点灯期間と発光停止期間とを同一の時間とする。すなわち、ＬＤ１１０１のパルス点灯のデューティ比を常に５０％とする。
【００７５】
Ｓ１０３では、Ｓ１０２の処理によって得られたオフセット除去後のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号レベルに基づいてＳＵＭ信号及びＡＦ信号を算出し、その算出結果をＲＡＭ２０２内のｓｕｍ＿ｓｉｇ番地及びａｆ＿ｓｉｇ番地の格納領域にそれぞれ格納する処理が行われる。
【００７６】
次に、Ｓ１０４において、Ｓ１０３の処理によって算出されたＳＵＭ信号が、不揮発性メモリ２０４のＡＳＣＴＨ１番地に記憶されている第一のオートサンプリング閾値よりも小さいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも小さいとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ１０６に処理を進める。一方、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも小さくないとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ１０５に処理を進め、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の格納データ（サンプリング周期を示すステップ値）をデクリメント（１だけ減算）する処理が行われ、その後はＳ１０２へと処理を戻して上述した処理を改めて行う。このＳ１０５の処理により、サンプリングの周期を長くする方向の変更が行われる。
【００７７】
Ｓ１０６では、Ｓ１０３の処理によって算出されたＳＵＭ信号が、不揮発性メモリ２０４のＡＳＣＴＨ２番地に記憶されている第二のオートサンプリング閾値よりも大きいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも大きいと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ１０８に処理を進める。一方、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも大きくないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ１０７に処理を進め、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の格納データをインクリメント（１だけ加算）する処理が行われ、その後はＳ１０２へと処理を戻して上述した処理を改めて行う。このＳ１０７の処理により、サンプリングの周期を短くする方向の変更が行われる。
【００７８】
以上のようにしてＳＵＭ信号の大きさに応じてサンプリング周期を変化させることで、ＳＵＭ信号を一定の範囲内（ＡＳＣＴＨ１からＡＳＣＴＨ２の範囲内）の大きさとするサンプリング周期が決定される。
【００７９】
次に、Ｓ１０８では、ＲＡＭ２０２内の及びｏｂ番地及びｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の各格納データを取得し、この格納データに基づき、不揮発性メモリ２０４の
ＡＳＦ［ｏｂ番地データ］［ｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地データ］番地
の記憶データ（ＡＦ速度係数）を読み出してＲＡＭ２０２内のａｓｆ番地の格納領域に書き込む処理が行われる。
【００８０】
Ｓ１０９以降の処理は合焦判定処理である。この合焦判定処理では、合焦動作におけるＺステージ１１７の移動速度を、対物レンズ１０５の種類とサンプリング周期とに応じて制御する処理も行われる。
【００８１】
まず、Ｓ１０９において、ＳＵＭ信号とノイズ判定閾値との大小比較が行われる。すなわち、ＲＡＭ２０２のｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納データが、不揮発性メモリ２０４の
ＮＴＨ［ｏｂ番地データ］［ｓｐｌ番地データ］番地
の格納データよりも大きいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納データの方が大きいと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ１１１に処理を進める。一方、ｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納データの方が大きくないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ１１０に処理を進める。なお、このＳ１０９の判定結果がＮｏとなる場合は、サンプル１０２の現在の位置がサンプル捕捉範囲から離れている場合であることは図１４Ｂのグラフから明らかである。
【００８２】
Ｓ１１０では、不揮発性メモリ２０４のＳＳ［ｏｂ番地データ］番地の格納データ（対物レンズ１０５の種類毎のサンプルサーチスピードを示す値）と、ＲＡＭ２０２内におけるａｓｆ番地の格納データ（現在設定されているサンプリング周期におけるＡＦ速度係数）とを乗算する処理が行われる。そして、この乗算結果をＲＡＭ２０２内におけるｓｃｈ＿ｓｐｄ番地の格納領域に格納すると共に、この乗算結果の値で示される速度でＺステージ１１７を移動させる処理が行われる。その後はＳ１０２へと処理を戻して上述した処理を改めて行う。
【００８３】
Ｓ１１１では、ＡＦ信号と合焦判定閾値との大小比較が行われる。すなわち、ＲＡＭ２０２のａｆ＿ｓｉｇ番地の格納データの絶対値が、不揮発性メモリ２０４の
ＦＴＨ［ｏｂ番地データ］［ｓｐｌ番地データ］番地
の格納データよりも小さいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ａｆ＿ｓｉｇ番地の格納データ絶対値の方が小さいと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ１１３に処理を進める。一方、ａｆ＿ｓｉｇ番地の格納データの絶対値の方が小さくないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ１１２に処理を進める。なお、このＳ１１１の判定結果がＮｏとなる場合は、サンプル１０２の現在の位置が合焦位置から離れている場合であることは図１４Ｃのグラフから明らかである。
【００８４】
Ｓ１１２では、不揮発性メモリ２０４のＦＳ［ｏｂ番地データ］番地の格納データ（対物レンズ１０５の種類毎の合焦速度を示す値）と、ＲＡＭ２０２内におけるａｓｆ番地の格納データ（現在設定されているサンプリング周期におけるＡＦ速度係数）とを乗算する処理が行われる。そして、この乗算結果をＲＡＭ２０２内におけるｆｃｓ＿ｓｐｄ番地の格納領域に格納すると共に、この乗算結果の値で示される速度でＺステージ１１７を移動させる処理が行われる。その後はＳ１０２へと処理を戻して上述した処理を改めて行う。
【００８５】
Ｓ１１３では、サンプル１０２が合焦範囲内に位置したとみなし、Ｚステージ１１７の移動を停止する処理が行われ、その後はこの図５のＡＦ制御処理を終了する。
以上のＡＦ制御処理を制御部１２１が行うことにより、図１に示した顕微鏡装置において、サンプル１０２を対物レンズ１０５の合焦位置へ配置するためのＺステージ１１７の移動制御が、受光回路１１２で取得されたデータ、すなわち、サンプル１０２で反射し対物レンズ１０５を通過した光の強度に応じた大きさの電気信号を表すデータに基づいて行われる。ここで、当該データのサンプリングの周期を、当該電気信号の大きさ、つまり、サンプル１０２で反射した光の強度に応じて変更する制御が行われるので、反射率の異なる様々なサンプル１０２に対し適切なＡＦ動作を行うことができる。
【実施例２】
【００８６】
本実施例に係る焦点検出装置を含む半導体検査装置の概略構成を図６に示す。なお、ここでは、図１に示した顕微鏡装置の構成と異なる部分について説明する。
図６において、半導体検査装置６０１は、焦点検出装置を含む顕微鏡ユニット６０２、Ｚステージ６０３、Ｚステージコントローラ６０４、及びＨＯＳＴ（ホスト）コントローラ６０５を備えている。
【００８７】
図６の顕微鏡ユニット６０２に備えられている制御部１２１の構成を図７に示す。この構成では、ＣＰＵ２０１とのデータの授受の管理を行うＩ／Ｏとして、ＡＦアナログ出力信号線７０１を経由してＡＦ信号をＺステージコントローラ６０４へ送るためのＡＦ信号Ｉ／Ｏ７０４、合焦信号出力線７０２を経由してＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂをＺステージコントローラ６０４へ送るための合焦状態信号Ｉ／Ｏ７０５、及びＨＯＳＴコントローラ６０５とデータの授受を行うためのＨＯＳＴシステムＩ／Ｏ７０３が備えられている。
【００８８】
ＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂは、ＳＵＭ信号とノイズ判定閾値との大小比較の結果及びＡＦ信号と合焦判定閾値との大小比較の結果をそれぞれ示す２値論理信号である。ここで、ＣＡＰ信号７０２ａは、ＳＵＭ信号がノイズ判定閾値よりも大きい場合には「Ｌ」レベルとなり、そうでない場合には「Ｈ」レベルとなる。また、ＦＣＳ信号７０２ｂは、ＡＦ信号の絶対値が合焦判定閾値よりも小さい場合には「Ｌ」レベルとなり、そうでない場合には「Ｈ」レベルとなる。従って、ＣＡＰ信号７０２ａとＦＣＳ信号７０２ｂとの両者が共に「Ｌ」レベルであるときには、サンプル１０２が合焦範囲内に位置したとの判定を下すことができる。また、Ｚステージコントローラ６０４は、ＣＡＰ信号７０２ａとＦＣＳ信号７０２ｂとの両者が共に「Ｈ」レベルであるときにはＺステージ１１７を高速で駆動し、ＣＡＰ信号７０２ａが「Ｌ」レベルで且つＦＣＳ信号７０２ｂが「Ｌ」レベルであるときにはＺステージ１１７を低速で駆動するようにする。こうすることにより、サンプル１０２を合焦範囲内に素早く位置させることができる。
【００８９】
Ｚステージコントローラ６０４は、ＡＦアナログ信号線７０１を経由して送られてくるＡＦ信号と、合焦信号出力線７０２を経由して送られてくるＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂとを用いてＡＦ動作を行う。つまり、ＡＦ信号の符号に応じた向きにＺステージ６０３を移動させ、ＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂが共に「Ｌ」レベルの信号となった位置でＺステージ６０３を停止させる。
【００９０】
なお、ＨＯＳＴコントローラ６０５は、ごく標準的な構成のコンピュータである。
次に図８Ａ及び図８Ｂを説明する。
図８Ａは、図７のＲＡＭ２０２のメモリマップを示している。
【００９１】
図８Ａにおいて、ＲＡＭ２０２のａｆｓｔｒｆｌｇ番地の格納領域にはＡＦ信号開始フラグが格納され、ｄｒｆｌｇ番地の格納領域にはデータレート指定フラグが格納される。図７に示されているその他の番地の格納領域には、図３Ａに示したメモリマップにおける各番地の格納領域と同一のデータが格納される。
【００９２】
図８Ｂは、図７の不揮発性メモリ２０４のメモリマップを示している。このメモリマップに示されている各番地の記憶領域には、図３Ｂに示したメモリマップにおける各番地の格納領域と同一のデータが記憶される。
【００９３】
次に図９を説明する。同図は、図６の顕微鏡ユニット６０２の操作用ソフトウェアをＨＯＳＴコントローラ６０５で実行させることによってＨＯＳＴコントローラ６０５の不図示の表示部に表示される、顕微鏡ユニット操作用ＧＵＩの画面例を示している。
【００９４】
図９に示す顕微鏡ユニット操作用ＧＵＩは、顕徹鏡ユニット６０２との通信を開始する顕徴鏡通信ボタン４０１、サンプル１０２の選択指示を行うサンプル選択ボタン群４０２、対物レンズ１０５の切換え指示を行うための対物レンズ切換えボタン群４０３、ＡＦ信号の出力の開始及び終了の指示を行うＡＦ信号出力指示ボタン９０１、データレート（サンプリング周期）の指定値の入力を行うデータレート入力部９０２、及びデータレートの設定指示を行うデータレート設定ボタン９０３を備えて構成されている。なお、図９には図示していないが、顕微鏡操作用ＧＵＩは、この他にも、色収差レンズ駆動モータ１２０の駆動指示や色収差補正レンズ１１０６の現在位置の登録を行うための色収差レンズ駆動指示部が備えられている。
【００９５】
以下、上述したように構成されている図６の半導体検査装置６０１の動作について説明する。
まず、図９に示した顕微鏡ユニット操作用ＧＵＩにおけるデータレート設定ボタン９０３が押下操作されたときの動作を説明する。
【００９６】
データレート設定ボタン９０３の押下操作が検出されると、ＨＯＳＴコントローラ６０５は、コマンド
ｓｅｔ＿ｄｒ  “データレート入力部９０２に入力された値”
を顕微鏡ユニット６０２へ送信する。顕微鏡ユニット６０２の制御部１２１は、このコマンドを受信すると、ＲＡＭ２０２内のｄｒｆｌｇ番地の格納領域にフラグ「０」をセットすると共に、ｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の格納領域に、図９に示した顕微鏡ユニット操作用ＧＵＩにおけるデータレート入力部９０２に入力されていたデータレートの指定値を格納する。
【００９７】
次に、図９に示した顕微鏡ユニット操作用ＧＵＩにおけるＡＦ信号出力指示ボタン９０１が押下操作されたときの動作を説明する。
ＡＦ信号出力指示ボタン９０１の押下操作が検出されると、ＨＯＳＴコントローラ６０５は、コマンド
ＳＴＡＲＴ＿ＡＦ＿ＳＩＧ
を顕微鏡ユニット６０２へ送信する。顕微鏡ユニット６０２の制御部１２１は、このコマンドを受信すると、ＲＡＭ２０２内のａｆｓｔｒｆｌｇ番地の格納領域にフラグ「０」をセットする。また、制御部１２１は、このａｆｓｔｒｆｌｇ番地の格納領域にフラグ「０」がセットされると、図１０にフローチャートで示したＡＦ信号出力処理の実行を開始する。以下、このフローチャートを説明する。
【００９８】
まず、Ｓ２０１では、ＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂをどちらも「Ｈ」レベルに遷移させる処理が行われる。
Ｓ２０２では、ＲＡＭ２０２内のｄｒｆｌｇ番地の格納領域に格納されているデータレート指定フラグの確認を行い、データレートの指示がされているか否か、より具体的にはこのデータレート指定フラグが「０」にセットされているか否かを判定する処理が行われる。ここで、データレート指定フラグが「０」にセットされていることによりデータレートの指示がされていると判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ２０３に処理を進める。一方、データレート指定フラグが「１」にセットされていることによりデータレートの指示がされていないと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ２０４に処理を進める。
【００９９】
Ｓ２０３では、ＡＦＩ／Ｏ２０５ａへ指示を与え、ＡＦユニット１１８に対する制御、すなわち光源駆動部１１９に対するＬＤ１１０１でのレーザ光のパルス点灯制御と受光回路１２２に対する受光処理制御とを、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地に格納されている値で示されているサンプリング周期の下で行わせる。そして、２分割ＰＤ１１１１のセンサＡ及びセンサＢの各々についての前述したＬＤ＿ＯＮ期間の信号値及びＬＤ＿ＯＦＦ期間の信号値を、ＡＦＩ／Ｏ２０５ａを介して取得する処理が行われる。更に、これらの値に基づいたオフセット除去の計算、すなわち
（ＬＤ＿ＯＮ期間に得た信号値）−（ＬＤ＿ＯＦＦ期間に得た信号値）
の計算を行う処理を行い、この計算結果を、オフセット除去後のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号レベルとして、ＲＡＭ２０２内のａ番地及びｂ番地の格納領域にそれぞれ格納する処理が行われる。更に、このオフセット除去後のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号レベルに基づいてＳＵＭ信号を算出し、その算出結果をＲＡＭ２０２内のｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納領域に格納する処理が行われる。そして、以上の処理を終えた後にＳ２１１に処理を進める。
【０１００】
なお、本実施例においては、このＳ２０３の処理における光源駆動部１１９に対するパルス点灯制御では、観察者により指示されたサンプリング周期におけるレーザ光の点灯期間と発光停止期間とを同一の時間とする。すなわち、ＬＤ１１０１のパルス点灯のデューティ比を常に５０％とする。
【０１０１】
Ｓ２０４では、ＲＡＭ２０２内の及びｏｂ番地及びｓｐｌ番地の各格納データを取得し、この格納データに基づき、不揮発性メモリ２０４の
ＭＡＸ＿ＤＲ  ［ｏｂ番地データ］［ｓｐｌ番地データ］番地
の記憶データ値を読み出してＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の格納領域に書き込む処理が行われる。この処理により、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地には、データレート（サンプリング周期）の最大値を示すステップ値が初期値として設定される。
【０１０２】
Ｓ２０５では、ＡＦＩ／Ｏ２０５ａへ指示を与え、ＡＦユニット１１８に対する制御、すなわち光源駆動部１１９に対するＬＤ１１０１でのレーザ光のパルス点灯制御と受光回路１２２に対する受光処理制御とを、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地に格納されている値で示されているサンプリング周期の下で行わせる。そして、２分割ＰＤ１１１１のセンサＡ及びセンサＢの各々についての前述したＬＤ＿ＯＮ期間の信号値及びＬＤ＿ＯＦＦ期間の信号値を、ＡＦＩ／Ｏ２０５ａを介して取得する処理が行われる。更に、これらの値に基づいたオフセット除去の計算、すなわち
（ＬＤ＿ＯＮ期間に得た信号値）−（ＬＤ＿ＯＦＦ期間に得た信号値）
の計算を行う処理を行い、この計算結果を、オフセット除去後のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号レベルとして、ＲＡＭ２０２内のａ番地及びｂ番地の格納領域にそれぞれ格納する処理が行われる。
【０１０３】
なお、本実施例においては、このＳ２０５の処理における光源駆動部１１９に対するパルス点灯制御でも、各サンプリング周期におけるレーザ光の点灯期間と発光停止期間とを同一の時間とする。すなわち、ＬＤ１１０１のパルス点灯のデューティ比を常に５０％とする。
【０１０４】
Ｓ２０６では、Ｓ２０５の処理によって得られたオフセット除去後のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号レベルに基づいてＳＵＭ信号を算出し、その算出結果をＲＡＭ２０２内のｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納領域に格納する処理が行われる。
【０１０５】
次に、Ｓ２０７において、Ｓ２０６の処理によって算出されたＳＵＭ信号が、不揮発性メモリ２０４のＡＳＣＴＨ１番地に記憶されている第一のオートサンプリング閾値よりも小さいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも小さいとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ２０９に処理を進める。一方、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも小さくないとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ２０８に処理を進め、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の格納データ（データレートを示すステップ値）をデクリメント（１だけ減算）する処理が行われ、その後はＳ２０５へと処理を戻して上述した処理を改めて行う。このＳ２０８の処理により、サンプリングの周期を長くする方向の変更が行われる。
【０１０６】
Ｓ２０９では、Ｓ２０６の処理によって算出されたＳＵＭ信号が、不揮発性メモリ２０４のＡＳＣＴＨ２番地に記憶されている第二のオートサンプリング閾値よりも大きいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも大きいと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ２１１に処理を進める。一方、ＳＵＭ信号が当該閾値よりも大きくないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ２１０に処理を進め、ＲＡＭ２０２内のｄａｔａ＿ｒａｔｅ番地の格納データをインクリメント（１だけ加算）する処理が行われ、その後はＳ２０５へと処理を戻して上述した処理を改めて行う。このＳ２１０の処理により、サンプリングの周期を短くする方向の変更が行われる。
【０１０７】
以上のようにしてＳＵＭ信号の大きさに応じてサンプリング周期を変化させることで、ＳＵＭ信号を一定の範囲内（ＡＳＣＴＨ１からＡＳＣＴＨ２の範囲内）の大きさとするデータレートが決定される。
【０１０８】
Ｓ２１１では、ＲＡＭ２０２内のａ番地及びｂ番地の格納領域にそれぞれ格納されているオフセット除去後のセンサＡ及びセンサＢ各々の出力信号レベルを読み出すと共に、読み出された値に基づいてＡＦ信号を算出する処理が行われる。そして、続くＳ２１２において、算出されたＡＦ信号を、ＡＦ信号Ｉ／Ｏ７０５を介してＺステージコントローラ６０４へと送信する処理が行われる。
【０１０９】
Ｓ２１３以降の処理は合焦判定処理である。この合焦判定処理では、合焦動作におけるＺステージ１１７の移動速度を制御する信号でもあるＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂを、対物レンズ１０５の種類とサンプリング周期とに応じて生成する処理も行われる。
【０１１０】
Ｓ２１３では、ＡＦ信号と合焦判定閾値との大小比較が行われる。すなわち、ＲＡＭ２０２のａｆ＿ｓｉｇ番地の格納データの絶対値が、不揮発性メモリ２０４の
ＦＴＨ［ｏｂ番地データ］［ｓｐｌ番地データ］番地
の格納データよりも小さいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ａｆ＿ｓｉｇ番地の格納データ絶対値の方が小さいと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ２１４に処理を進める。一方、ａｆ＿ｓｉｇ番地の格納データの絶対値の方が小さくないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ２１５に処理を進める。なお、このＳ２１３の判定結果がＹｅｓとなる場合は、サンプル１０２が合焦範囲内に位置している場合であることは図１４Ｃのグラフから明らかである。
【０１１１】
Ｓ２１４では、ＦＣＳ信号７０２ｂを「Ｌ」レベルへと遷移させる処理が行われる。
Ｓ２１５では、ＳＵＭ信号とノイズ判定閾値との大小比較が行われる。すなわち、ＲＡＭ２０２のｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納データが、不揮発性メモリ２０４の
ＮＴＨ［ｏｂ番地データ］［ｓｐｌ番地データ］番地
の格納データよりも大きいか否かを判定する処理が行われる。ここで、ｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納データの方が大きいと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ２１６に処理を進める。一方、ｓｕｍ＿ｓｉｇ番地の格納データの方が大きくないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳ２１７に処理を進める。なお、このＳ２１５の判定結果がＹｅｓとなる場合は、サンプル１０２がサンプル捕捉範囲内に位置している場合であることは図１４Ｂのグラフから明らかである。
【０１１２】
Ｓ２１６では、ＣＡＰ信号７０２ａを「Ｌ」レベルへと遷移させる処理が行われる。
Ｓ２１７では、ＡＦ信号出力の終了指示がされているか否か、すなわち、ＲＡＭ２０２内のａｆｓｔｒｆｌｇ番地の格納領域にフラグ「１」がセットされているか否かを判定する処理が行われる。ここで、ａｆｓｔｒｆｌｇ番地の格納領域にフラグ「１」がセットされていると判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、この図１０に示したＡＦ信号出力処理を終了する。一方、ａｆｓｔｒｆｌｇ番地の格納領域にフラグ「０」がセットされていると判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓ２０２へと処理を戻して上述した処理が繰り返される。なお、ＡＦ信号出力処理が実行中の状態でＡＦ信号出力指示ボタン９０１の押下操作の検出されたことがＨＯＳＴコントローラ６０５から通知されると、制御部１２１は、ＲＡＭ２０２内のａｆｓｔｒｆｌｇ番地の格納領域にフラグ「１」をセットする。
【０１１３】
以上のＡＦ信号出力処理を制御部１２１が行うことにより、図６に示した半導体検査装置において、サンプル１０２と対物レンズ１０５との間隔を制御してサンプル１０２を対物レンズ１０５の合焦位置へ配置するために使用される当該間隔の制御のための信号であるＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂが、受光回路１１２で取得されたデータ（サンプル１０２で反射し対物レンズ１０５を通過した光の強度に応じた大きさの電気信号を表すデータ）に基づいて行われる。ここで、当該データのデータレート（サンプリングの周期）を、観察者による指示に応じて、若しくは、当該電気信号の大きさ、つまりサンプル１０２で反射した光の強度に応じて、変更する制御が行われるので、反射率の異なる様々なサンプル１０２に対し適切なＡＦ動作を行うことができる。
【０１１４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。
例えば、実施例１及び実施例２では、ＡＦ動作の制御方式としてアクティブＡＦ方式を採用した例を説明した。この他にも、ＡＦ制御方式としては、コントラスト検出法などのパッシブＡＦを採用して本発明を実施することも可能である。
【０１１５】
また、実施例１では、ＡＦパラメータの設定や顕微鏡本体の操作のためにＰＣ１２３を用いるようにしていたが、この代わりに、卓上型の形態であり、制御部１２１とのＩ／Ｏを有している専用の操作部を用いてこのような設定及び操作を行うようにしてもよい。
【０１１６】
また、実施例１及び実施例２では、ＬＤ１１０１のパルス点灯のデューティ比を常に５０％とし、サンプル１０２からの反射光の光量差を、サンプリング周期（データレート）を変化させることで補うようにしていた。これに加え、前述した特許文献３で開示されていたように、ＬＤ１１０１のパルス点灯制御における点灯側のデューティ比を５０％以下の範囲で変化させると共に光センサの出力信号の時間積分における積分時間を変化させて光量差を補うようにしてもよい。
【０１１７】
また、実施例１では、ＡＦ動作時におけるサンプリング周期を図３Ｃに示した計１６ステップとしていたが、このステップ数を増減してもよく、また、各ステップにおけるサンプリング周期を観察者が任意に設定できるように呼うせてしてもよい。
【０１１８】
また、実施例１では、ＡＦパラメータを不揮発性メモリ２０４に格納するようにし、観察者がＰＣ１２３を操作して変更することができるように構成していた。この代わりに、ＡＦパラメータを固定値としてＲＯＭ２０３に予め格納しておくように構成してもよい。
【０１１９】
また、実施例１では、対物レンズ１０５とサンプル１０２との間隔を変化させるためにＺステージ１１７を移動させていたが、この代わりに、Ｚレボルバシステムを用い、レボルバ１０４側を移動させるようにしてもよい。
【０１２０】
また、実施例２では、ＡＦ信号とＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂとを制御部１２１からＺステージコントローラ６０４へ送るようにしていたが、ＡＦ信号とＣＡＰ信号７０２ａ及びＦＣＳ信号７０２ｂとのうちのどちらか一方のみを送るようにし、Ｚステージコントローラ６０４は、制御部１２１から送られてきた信号のみでＺステージ６０３の移動制御を行ってＡＦ動作を行うことも可能である。
【０１２１】
また、実施例１の顕微鏡装置において、サンプリング周期を、実施例２の半導体検査装置のように、ＧＵＩ等で観察者が任意に指定できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】実施例１に係る焦点検出装置を含む顕徴鏡装置の概略構成を示す図である。
【図２】図１における制御部の内部構成を示す図である。
【図３Ａ】図２におけるＲＡＭのメモリマップである。
【図３Ｂ】図２における不揮発性メモリのメモリマップである。
【図３Ｃ】サンプリング周期とステップ値との対応付けの例を示す図である。
【図４】顕微鏡操作用ＧＵＩの画面例を示す図である。
【図５】ＡＦ制御処理の処理内容をフローチャートで示した図である。
【図６】実施例２に係る焦点検出装置を含む半導体検査装置の概略構成を示す図である。
【図７】図６における制御部の内部構成を示す図である。
【図８Ａ】図７におけるＲＡＭのメモリマップである。
【図８Ｂ】図７における不揮発性メモリのメモリマップである。
【図９】顕微鏡ユニット操作用ＧＵＩの画面例を示す図である。
【図１０】ＡＦ信号出力処理の処理内容をフローチャートで示した図である。
【図１１】アクティブＡＦ方式を採用している顕微鏡の光学系の構成例を示す図である。
【図１２】フォトダイオードの出力信号からオフセットを除去する手法を説明する図である。
【図１３】中倍対物レンズの２分割フォトダイオードでのＡＦ光の結像の様子を示す図である。
【図１４Ａ】Ｚステージ位置と２分割フォトダイオードの出力信号との関係をグラフで示した図（その１）である。
【図１４Ｂ】Ｚステージ位置と２分割フォトダイオードの出力信号との関係をグラフで示した図（その２）である。
【図１４Ｃ】Ｚステージ位置と２分割フォトダイオードの出力信号との関係をグラフで示した図（その３）である。
【図１５Ａ】Ｚステージ位置とＳＵＭ信号との関係をグラフで示した図（その１）である。
【図１５Ｂ】Ｚステージ位置とＳＵＭ信号との関係をグラフで示した図（その２）である。
【図１６】従来技術の問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  顕微鏡本体
１０２  サンプル
１０３  Ｘ−Ｙステージ
１０４  レボルバ
１０５  対物レンズ
１０６  マウンタ
１０７  レボルバモータ
１０８  レボルバセンサ群
１０９  照明ユニット
１１０  顕微鏡光源
１１１  照明系レンズ
１１２  光学絞り
１１３  ハーフミラー
１１４  鏡筒
１１５  接眼レンズ
１１６  ＣＣＤカメラ
１１７  Ｚステージ
１１８  ＡＦユニット
１１９  光源駆動部
１２０  色収差レンズ駆動モータ
１２１  制御部
１２２  受光回路
１２３  ＰＣ
２０１  ＣＰＵ
２０２  ＲＡＭ
２０３  ＲＯＭ
２０４  不揮発性メモリ
２０５ａ  ＡＦＩ／Ｏ
２０５ｂ  ＺステージＩ／Ｏ
２０５ｃ  レボルバＩ／Ｏ
２０５ｄ  ＰＣＩ／Ｏ
２０６ａ  色収差レンズドライバ
２０６ｂ  Ｚステージドライバ
２０６ｃ  レボルバドライバ
６０１  半導体検査装置
６０２  顕微鏡ユニット
６０３  Ｚステージ
６０４  Ｚステージコントローラ
６０５  ＨＯＳＴコントローラ
７０１  ＡＦアナログ信号線
７０２  合焦信号出力線
７０２ａ  ＣＡＰ信号
７０２ｂ  ＦＣＳ信号
７０３  ＨＯＳＴシステムＩ／Ｏ
７０４  ＡＦ信号Ｉ／Ｏ
７０５  合焦状態信号Ｉ／Ｏ
１１０１  レーザダイオード
１１０２  コリメートレンズ
１１０３  投光側ストッパ
１１０４  偏光ビームスプリッタ
１１０５  集光レンズ
１１０６  色収差補正レンズ
１１０７  λ／４板
１１０８  ダイクロックミラー
１１０９  受光側ストッパ
１１１０  受光側集光レンズ
１１１１  ２分割フォトダイオード
１１１２  Ｉ−Ｖ変換増幅器
１１１３  Ａ／Ｄ変換器
【図１】
2007292895.tif 000003
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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