자동 초점 제어 유닛, 전자 기기, 자동 초점 제어 방법 document_id A220623110856

종래, 광학 현미경이나 심도 측정기 등의 광학 기기의 분야에 있어서, 관찰하는 검사 시료에 자동적으로 초점을 맞추기 위한 장치로서, 오토 포커스 장치가 이용되고 있다. 이 오토 포커스 장치에는 검사 시료에 대해 레이저광을 조사하고, 이 레이저광이검사 시료상에서 반사하여 이루어지는 반사 레이저광을 검출하고, 이 반사 레이저광에 의해 검사 시료와의 위치 관계를 측정하고, 자동적으로 초점을 맞추는 것이 있다. 이 오토 포커스 장치는 포토 다이오드 등의 광검출기를 구비하고, 이 광검출기에서 반사 레이저광을 검출한다. 이와 같은 오토 포커스 장치가 광학 현미경 등에 이용되는 경우, 레이저광은 광원로부터 조사되고, 대물 렌즈를 통하여 검사 시료에 조사된다. 대물 렌즈를 통하여 조사된 레이저광은 검사 시료상에서 반사 레이저광이 되어, 재차 대물 렌즈를 통하여 광검출기에 조사된다. 반사 레이저광은 광검출기상에, 검사 시료와 대물 렌즈와의 거리에 응한 스폿을 형성한다. 이 오토 포커스 장치가 탑재된 광학 현미경에서는 반사 레이저광이 광검출기상의 소정의 위치에 스폿을 형성하도록 대물 렌즈를 이동시킨다. 이로써, 이 광학 현미경에서는 초점 맞춤이 행하여진다. 현미경 등에 사용된 초점 검출 방법으로서는 예를 들면, 나이프 에지(knife-edge)법, 차동 스폿 사이즈(different spot-size)법, 비점수차(astigmatism)법, 수평 이동(lateral shift)법, 푸코(Foucault)법이라고 불리는 방법이 알려져 있고, 그 중에서도 나이프 에지법을 이용한 방법이 일반적으로 이용되고 있다. 나이프 에지법은 나이프 에지 미러와 2분할 수광 소자를 이용하여 자동 초점 맞춤을 행하는 초점 검출 수법이고, 예를 들면, 도 12에 도시하는 바와 같이 반도체 레이저 다이오드(102)로부터 출사된 레이저광을 나이프 에지 미러(105)에 의해 광속의 약 반분 정도를 차폐한 후, 콜리메이터 렌즈(106 및 대물 렌즈(101)를 통하여 검사 시료(103)에 조사하고, 검사시료(103)로부터의 반사 레이저광을 나이프 에지 미러(105)의 미러면에 의해 2분할 수광소자(104)측으로 반사시킨다. 2분할 수광 소자(104)는 대물 렌즈(101)가 검사 시료(103)의 표면에 대해 초점 맞춤이 이루어지고 있는 때에는 반사 레이저광이 2분할 수광 소자(104)를 구성하는 2개의 수광부에 등량 입사하도록 미리 위치 결정되어 있다. 검사 시료(103)에 초점이 맞추어지지 않은 경우, 검사 시료(103)로부터의 반사 레이저광은 2분할 수광 소자(104)에의 입사 위치가 어긋나, 2분할 수광 소자(104)를 구성하는 2개의 수광 소자로부터의 출력에 차가 생기다. 따라서, 나이프 에지법에서는 이들 2개의 수광 소자로부터의 출력이 등량이 되는 위치에 검사 시료(103) 또는 대물 렌즈(101)를 광축 방향으로 이동시킴에 의해, 검사 시료(103)에 대한 초점 맞춤을 실현하고 있다. 그런데, 근래, LCD 패널이나 전자 디바이스 등은 미세한 회로 패턴이 형성됨과 함께, 기판의 대형화가 진행되어, 그 제조 공정이나 검사 공정에서는 고속이며 정확하게 검사 대상 영역을 특정하고, 초점 맞춤을 행할 것에의 요구가 높아지고 있다. 그래서, 현미경에 의한 부품 검사에서는 배율이 다른 복수의 대물 렌즈를 구비하고, 대형의 검사 시료에 대해 얼라인먼트 마크의 검출시에는 저배율의 대물 렌즈를 이용하고, 검사 시료의 소정 영역의 관찰에는 고배율의 대물 렌즈를 이용하는 등, 관찰 부위의 위치나 상태 등에 의해 대물 렌즈를 전환하여 이용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 나이프 에지법을 이용한 초점 검출 방법에서는 대물 렌즈(101)를 전환함에 의해 광축 어긋남이나 색수차가 발생한 경우, 도 13에 도시하는 바와 같이 2분할 수광 소자(104)에 입사하는 위치가 어긋나기 때문에, 대물 렌즈(101)마다 2분할 수광 소자(104)로부터의 출력에 보정치를 가하는 것 등이 필요하다. 또한, 색수차를 보정하는 수법으로서, 색수차 보정 렌즈를 광축 방향으로 이동시켜서 색수차 특성이 다른 대물 렌즈로 교환한 경우에도 초점 맞춤 오차를 보정할 수 있도록 한 초점 제어 방법도 제안되어 있지만, 이러한 수법에서는 색수차 보정 렌즈를 광축 어긋남이 발생하는 일 없이 이동시키는 수단이 필요하고, 고정밀도의 조립이 요구된다. 또한, 광학 부품을 늘림으로서 초점 검출 장치로서의 비용 업으로 이어질 뿐만 아니라, 초점 검출 장치의 구성이 대형화하게 되고, 종래로부터의 표준적인 현미경에 대해 초점 검출 장치를 탑재하는 것이 곤란하게 되어 버린다.(일본국 특개평10-161195호 공보 및 일본국 특개평11-249027호 공보를 참조)