JPS59101832A - Automatic focuser - Google Patents
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- JPS59101832A JPS59101832A JP21140682A JP21140682A JPS59101832A JP S59101832 A JPS59101832 A JP S59101832A JP 21140682 A JP21140682 A JP 21140682A JP 21140682 A JP21140682 A JP 21140682A JP S59101832 A JPS59101832 A JP S59101832A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は自動焦点合わせ装置に関するものであシ、更に
詳しくは半導体パターン検査装置や微小寸法測定装置の
撮像装置の自動焦点合わせ装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an automatic focusing device, and more particularly to an automatic focusing device for an imaging device of a semiconductor pattern inspection device or a minute dimension measuring device.
従来の自動焦点合わせ装置として、高度な自動焦点合わ
せが要求されるホトマスク外観検査装置を例に挙げ、従
来技術の欠点について説明する。第1図はホトマスク外
観検査装置における従来の自動焦点合わせ装置の一例を
示す図である。同図において、被検査物体であるホトマ
スク1は、X−Yステージ2.Zステージ6上に載置さ
れている。ホトマスク1の上方には対物レンズ4が配置
され、対物レンズ4によってホトマスク1のパターンが
拡大投影され、対物レンズ4の上方に設置されたパター
ンセンf5上に結像する。一方、ホトマスク10回路パ
ターンの設計データを画像信号として記憶している磁気
テープ6と、上記パターンセンサ5の出力信号は、欠陥
判定部7と電気的に接続されている。パターン検出のた
めの対物レンズ4の下方には、ノズルが形成されておシ
、エアが供給される構造になっている。このエアはギャ
ップ検出部8を通して供給される。ギャップ検出部8は
対物レンズ4のノズルの背圧とエア供給圧の差を検出す
ることによシ、ギヤ、プgを検知するものであ)、この
ギャップgの検出はエアマイクロメータの原理を用いた
ものである。そして、2ステージ3を駆動するコントロ
ーラ9は、ギャップ検出部8に連結されている。As a conventional automatic focusing device, a photomask visual inspection device that requires a high degree of automatic focusing will be taken as an example, and the drawbacks of the conventional technology will be explained. FIG. 1 is a diagram showing an example of a conventional automatic focusing device in a photomask visual inspection device. In the figure, a photomask 1, which is an object to be inspected, is placed on an X-Y stage 2. It is placed on the Z stage 6. An objective lens 4 is disposed above the photomask 1, and the pattern of the photomask 1 is enlarged and projected by the objective lens 4, and an image is formed on a pattern sensor f5 disposed above the objective lens 4. On the other hand, the magnetic tape 6 storing the design data of the circuit pattern of the photomask 10 as an image signal and the output signal of the pattern sensor 5 are electrically connected to the defect determination section 7. A nozzle is formed below the objective lens 4 for pattern detection, and air is supplied to the nozzle. This air is supplied through the gap detection section 8. The gap detection unit 8 detects the gap g by detecting the difference between the back pressure of the nozzle of the objective lens 4 and the air supply pressure), and the detection of the gap g is based on the principle of an air micrometer. It uses A controller 9 that drives the two stages 3 is connected to a gap detection section 8.
ホトマスク1の検査は、第2図に矢印で示す順序でホト
マスク1の全面について行なわれる。The inspection of the photomask 1 is performed on the entire surface of the photomask 1 in the order indicated by the arrows in FIG.
検査の友めX−Yステージ2を走査中、パターンセンf
5と磁気テープ6の出力信号を欠陥判定部7で比較し、
違いが検出されれば異常部と判定する。この検査の間、
ホトマスク1にはうねシがあ夛、x−yステージ2の直
進運動の呉差も加わるので、対物レンズ4を常にピント
合わせする必要がある。しかも最近ではLSIパターン
の微細化に伴ない、1μm以下の欠陥をも検出する必要
が生じている。このため高い解像力のレンズ、例えばN
A O,9・焦点深度0.2μmの高解像レンズを用い
ることが必要である。これらのことから、焦点合わせ精
度も0.1μm程度が要求されておシ、高精度の焦点9
合わせが必要である。従来から用いられている上記のエ
ア妄イクロメータ方式でも、0.1μmの焦点合わせは
可能である。即ち、ギャップ検出部8でギヤ、ズgの変
位を電圧に変換し、コントローラ9ではギャップ検出部
8の電圧の変化にもとづきzステージ3の駆動源(図示
せず)を駆動してギャップgJkg±0.2μmの範囲
になる様にしている。While scanning the inspection friend X-Y stage 2, the pattern sensor f
5 and the output signals of the magnetic tape 6 are compared in a defect determination section 7,
If a difference is detected, it is determined that there is an abnormality. During this inspection,
Since the photomask 1 has a lot of ridges and there is also a difference in the linear motion of the x-y stage 2, it is necessary to keep the objective lens 4 in focus at all times. Moreover, with the recent miniaturization of LSI patterns, it has become necessary to detect defects of 1 μm or less. For this reason, lenses with high resolving power, such as N
It is necessary to use a high-resolution lens with a depth of focus of 0.2 μm. For these reasons, focusing accuracy of about 0.1 μm is required, and high-precision focusing 9
It is necessary to match. Focusing of 0.1 .mu.m is also possible with the conventionally used air cyclometer method. That is, the gap detection section 8 converts the displacement of the gear z g into voltage, and the controller 9 drives the drive source (not shown) of the z stage 3 based on the change in the voltage of the gap detection section 8 to determine the gap gJkg±. It is made to be within the range of 0.2 μm.
しかし、第1図に示すエアマイクロメータ方式では、被
観察物体(ホトマスク1)に空気等のガスを吹きつける
ため、このガスが汚れていると被観察物体に異物を吹き
つけることになシ、この異物を欠陥と判定する恐れもあ
シ、又被観察物体を傷つけたシ汚したシする欠点がある
。However, in the air micrometer method shown in Fig. 1, a gas such as air is blown onto the object to be observed (photomask 1), so if this gas is dirty, there is a risk of blowing foreign matter onto the object to be observed. There is a risk that this foreign material may be judged as a defect, and there is also the drawback that it may damage or stain the observed object.
又、ガスを吹出すため被観察物体の周囲の雰囲気が汚れ
ていると、高解像の対物レンズ4にも異物が巻き上げら
れて付着し、解像度を悪くする欠点がある。さらに、こ
の方式では流体(ガス)を介してギャップ検出を行なっ
ているため、流体の伝達速度によフ焦点検出スピードが
左右される。即ち、第1図において、ギャップ検出部8
から対物レンズ4までの配管10を短かく、太くして、
流体抵抗を極力小さくして、焦点検出スピードを速くシ
、検査時間を短くする必要がある。しかし、この流体を
用いた焦点合わせ方式では、たかだか数10〜100H
z程度の応答速度しか得られない欠点がある。しかも、
この方式では対物レンズ4の検出部を直接検出すること
は不可能であシ、対物レンズ4の視野の範囲5〜iom
程度のギャップを検出しているため、被観察物体に細か
いうねシや凹凸があると正確な焦点合わせができない欠
点がある。Furthermore, if the atmosphere around the object to be observed is dirty due to the gas being blown out, there is a drawback that foreign matter is rolled up and attached to the high-resolution objective lens 4, which deteriorates the resolution. Furthermore, since this method performs gap detection via fluid (gas), the focal point detection speed is influenced by the transmission speed of the fluid. That is, in FIG. 1, the gap detection section 8
The piping 10 from to the objective lens 4 is made shorter and thicker,
It is necessary to minimize fluid resistance, increase focus detection speed, and shorten inspection time. However, in the focusing method using this fluid, it takes only several tens to 100 hours.
It has the disadvantage that only a response speed of about z can be obtained. Moreover,
In this method, it is impossible to directly detect the detection part of the objective lens 4, and the field of view of the objective lens 4 is
Since it detects a gap of about 100 degrees, it has the disadvantage that accurate focusing cannot be achieved if the object to be observed has fine ridges or irregularities.
第3図は、上記したエアマイクロ方式による自動焦点合
わせ装置の欠点を除去するため考えられた、光を用いた
完全な非接触方式の焦点合わせ装置を示す図である。こ
の方式は、検出光と異なる焦点合わせ用の照明光を用い
、この照明光による像を被観察物体上に投影し、その反
射光の強度を検出する光強度センサを用いて検出し、被
観察物体の移動による光強度の強弱を検出して焦点合わ
せを行なうものである。第3図を用いて更に詳しく説明
すると、ホトマスク1の上方に対物レンズ4が配置され
、対物レンズ4によってホトマスク1のパターンはパタ
ーンセンサ5上に拡大投影されて結像する。上記パター
ンセン9′5に結像する光路L1の途中にミラー11を
配し、ミラー11を介して照射光を入光する。この照射
光の像Sを光路L2上に配置し、この像Sを対物レンズ
4によシホトマスク1面上に結像する。この像を81と
して、さらに光路L2をミラー12で分岐し、ホトマス
ク1上の像S1を光強度センサ13の検出面に投影し検
出する。光強度センナ13の検出面上の像を82とする
。ここで、光強度センf13は上下方向に往復移動がで
きる様にしている。FIG. 3 is a diagram showing a completely non-contact type focusing device using light, which was devised to eliminate the drawbacks of the above-mentioned air micro type automatic focusing device. This method uses illumination light for focusing, which is different from the detection light, projects an image of this illumination light onto the object to be observed, and detects it using a light intensity sensor that detects the intensity of the reflected light. Focusing is performed by detecting the strength and weakness of light intensity due to the movement of an object. To explain in more detail with reference to FIG. 3, an objective lens 4 is disposed above the photomask 1, and the pattern of the photomask 1 is enlarged and projected onto the pattern sensor 5 by the objective lens 4 to form an image. A mirror 11 is disposed in the middle of the optical path L1 that forms an image on the pattern sensor 9'5, and the irradiation light is incident through the mirror 11. An image S of this irradiation light is placed on the optical path L2, and this image S is focused by the objective lens 4 onto the surface of a photomask. Using this image as 81, the optical path L2 is further branched by a mirror 12, and the image S1 on the photomask 1 is projected onto the detection surface of the light intensity sensor 13 and detected. The image on the detection surface of the light intensity sensor 13 is denoted by 82. Here, the light intensity sensor f13 is configured to be able to reciprocate in the vertical direction.
ホトマスク1のパターンの拡大投影像カフ<ターンセン
f5に合焦点になるとき、即ちホトマスク1が図中の0
面にあるとき、光強度センサ13の出力が最大になるよ
う、光強度センサ13の往復移動の中心位置が図中のO
′面になる様に調整しておく。今、ホトマスク1が0面
にあるときは、光強度セン?13の検出像S2もO′面
で最大の光強度となシ、光強度センサ16を往復移動さ
せたときの移動量と出力の関係は第4図(a)に示す様
になる。即ち、02面で最大出力となり、L′だけ移動
しているp’ Ifrt Q’面では出力が小さくなる
。合焦点範囲を決めるためには、第4図(b)に示す様
に、ホトマスク1が0面にあるとき光強度センサ16は
01面で最大出力となる。When the enlarged projected image of the pattern of the photomask 1 becomes the focused point at cuff < Turnsen f5, that is, the photomask 1 is at 0 in the figure.
The center position of the reciprocating movement of the light intensity sensor 13 is set at O in the figure so that the output of the light intensity sensor 13 is maximized when
Adjust it so that it is ’ side. Now, when photomask 1 is on surface 0, is the light intensity sensor? The detected image S2 of 13 also has the maximum light intensity on the O' plane, and the relationship between the amount of movement and the output when the light intensity sensor 16 is moved back and forth is as shown in FIG. 4(a). That is, the maximum output is achieved on the 02 plane, and the output becomes smaller on the p' Ifrt Q' plane, which has moved by L'. In order to determine the focal point range, as shown in FIG. 4(b), when the photomask 1 is on the 0 plane, the light intensity sensor 16 has a maximum output on the 01 plane.
このときの0′面での最大出力の例えば90チで域値処
理をして、この90%以上の出力が得られたときの域値
の中心を合焦点位置とし、この合焦点位置が図中のθの
範囲にあれば合焦点とする方法もある。ただし、このと
きパターンセンナ5も当然合焦点になっていなければな
らない。At this time, perform threshold value processing at, for example, 90 degrees of the maximum output on the 0' plane, and set the center of the threshold value when an output of 90% or more is obtained as the in-focus point position, and this in-focus point position is There is also a method of using the focal point as long as it is within the range of θ. However, at this time, the pattern sensor 5 must also be in focus.
検査中にホトマスク1が移動し、第6図のP。The photomask 1 moves during the inspection, and the photomask 1 moves as indicated by P in FIG.
面に動いたとすると、往復運動している光強度センサ1
6の出力は、第4図(C)に示す様にP/の位置で最大
出力となシ、0′の位置では出力が小さくなり、Q’で
はさらに小さくなる。この出力の変化によシホトマスク
1が移動している方向が検出できる。ここで焦点合わせ
をするためには、光強度センf16の出力が第4図(b
)に示すθの範囲内に入いる様にホトマスク1を移動す
ればよい。If the light intensity sensor 1 moves in a reciprocating manner,
As shown in FIG. 4(C), the output of No. 6 is maximum at the P/ position, becomes small at the 0' position, and becomes even smaller at Q'. The direction in which the photomask 1 is moving can be detected by this change in output. In order to focus here, the output of the light intensity sensor f16 is
) The photomask 1 may be moved so that it falls within the range of θ shown in ).
しかし、第3図に示す自動焦点合わせ装置は、光強度セ
ンf13を往復移動させる必要があるため、駆動装置が
必要になシ、装置全体が複雑化・大塵化する欠点がある
。又、その移動ストロークも、例えば40倍の対物レン
ズ4で結像し1μmの焦点ずれが生じた場合、光強度セ
ンサ13を約1.6鶏動かさなければならない。このた
め、焦点ずれの検出ストローク±5μmとしても、光強
度センf13のストロークは16101)となる。この
16膓のストロークな機械的に往復運動させるため、そ
の運動速度に限界があシ、検出速度が遅いという欠点が
ある。又、被観察物体の反射率に変動があると、光強度
センf13にも出力の変動が生じ、反射率が2倍以上達
う様な被観察物体は焦点合わせができない欠点がある。However, the automatic focusing device shown in FIG. 3 requires a reciprocating movement of the light intensity sensor f13, so a driving device is not required, and the device as a whole becomes complicated and dusty. Further, regarding the movement stroke, for example, when an image is formed by the objective lens 4 with a magnification of 40 times and a focus shift of 1 μm occurs, the light intensity sensor 13 must be moved by about 1.6 degrees. Therefore, even if the defocus detection stroke is ±5 μm, the stroke of the light intensity sensor f13 is 16101). Since this mechanical reciprocating movement is performed with 16 strokes, there is a limit to the movement speed and the detection speed is slow. Further, if there is a change in the reflectance of the object to be observed, the output of the light intensity sensor f13 will also change, and there is a drawback that it is impossible to focus an object to be observed whose reflectance is twice or more.
第5図は、上記した第3図に示す自動焦点合わせ装置の
欠点を除去するため、光強度センナを2個用いてこれを
固定したことを特徴とするものである。図示する様に、
パターンセンサ5に結像する光路L1の途中にミラー1
6を配置し、ミラー16を介して照射光を入光する。こ
の照射光の像Sを光路L3上につ<シ、この像Sを対物
レンズ4でホトマスク1上に像S1として結像させる。In order to eliminate the drawbacks of the automatic focusing device shown in FIG. 3 described above, FIG. 5 is characterized in that it is fixed using two light intensity sensors. As shown,
A mirror 1 is placed in the middle of the optical path L1 that forms an image on the pattern sensor 5.
6 is arranged, and the irradiation light is incident through the mirror 16. The image S of this irradiation light is placed on the optical path L3, and the image S is formed on the photomask 1 by the objective lens 4 as an image S1.
この像S1はミラ−17,18で分岐された光路L4
、 LS上に像S2として投影される。1そして、図示
する様に像S2の前方と後方に2つの光強度センサ14
,15を配置する。This image S1 is an optical path L4 branched by mirrors 17 and 18.
, is projected onto LS as image S2. 1, as shown in the figure, two light intensity sensors 14 are installed in front and behind the image S2.
, 15 are placed.
ホトマスク1のパターンの拡大投影像カ/ζターンセン
+5に合焦点になるとき、即ちホトマスク1が0面にあ
るとき、像S2はQ′面に結像する。又、ホトマスク1
00面からλだけ上02面の合焦点面P′面に光強度セ
ン−!ll″15が配置され、0而から2だけ下のQ面
の合焦点面Q′面に光強度センサ14が配置されている
。上記構成で、ホトマスク1が0面に位置するとき、光
強度センサ14,15は同等の出力を示し、出力差は0
になる。次に、検査中ホトマスク1が0面から2面に近
すけば、光強度センf15の出力が上がシ、光強度セン
サ14の出力が下がる。このとき、光強度センナ14.
15の出力の差をとれば、ホヤマスク1の移動方向が明
らカニナル。コノため、光強度センf 14,15の出
力差カー〇になるまでホトマスク1を移動すれば焦点が
合うようになる。検査中にこの動作を繰シ返して行なえ
ば、自動的に焦点合わせができる。When the enlarged projected image of the pattern of the photomask 1 is focused on the enlarged projected image F/ζTernsen+5, that is, when the photomask 1 is on the 0 plane, the image S2 is formed on the Q' plane. Also, photomask 1
The light intensity is centered on the focused plane P' of the 02 plane above the 00 plane by λ! A light intensity sensor 14 is arranged on the focused plane Q' plane of the Q plane, which is 2 below from 0. With the above configuration, when the photomask 1 is located on the 0 plane, the light intensity Sensors 14 and 15 show equivalent outputs, and the output difference is 0.
become. Next, as the photomask 1 approaches the surface 0 to surface 2 during inspection, the output of the light intensity sensor f15 increases and the output of the light intensity sensor 14 decreases. At this time, the light intensity sensor 14.
If we take the difference between the outputs of 15, it is clear that the direction of movement of Hoya Mask 1 is caninal. Therefore, if the photomask 1 is moved until the output difference between the light intensity sensors f14 and f15 reaches 〇, the image will come into focus. By repeating this operation repeatedly during an inspection, focusing can be achieved automatically.
第5図に示す自動焦点合わせ装置は、第6図に示す自動
焦点合わせ装置と比較して、光強度センナを可動しない
ため駆動装置を必要とせず。Compared to the automatic focusing device shown in FIG. 6, the automatic focusing device shown in FIG. 5 does not require a driving device because the light intensity sensor is not movable.
検出速度も速くなる利点がある。又、被観察物体の反射
率に違いが生じても、光強度センサ14゜15の出力差
によ多焦点合わせなしてl/するため、正確に焦点合わ
せができる利点がある。This has the advantage of increasing detection speed. Further, even if there is a difference in the reflectance of the object to be observed, there is an advantage that accurate focusing can be achieved because the difference in the outputs of the light intensity sensors 14 and 15 is used to perform l/ without multi-focusing.
しかし、第5図に示す自動焦点合わせ装置番もホトマス
ク1のパターンを検出するノベターンセンf5に直接焦
点合わせなするので+−iなく、焦点合わせ用の像sk
用いて間接的に、(ターンセンチ5に焦点合わせをする
ため、例えば検査中又は長時間使用中に像Sの位置が狂
うと、焦点検出部では焦点が合っていても、)ζターン
センサ5で検出されるホトマスク10ノ曵ターン像をま
焦点がずれる欠点がある。又、照明光によるホトマクス
1上のスボ、ト光を検出しているので、表面にパターン
が形成されておシ、パターン■有無で反射率が異なる物
体では、自動焦点合わせ精度を向上させることはできな
い。However, since the automatic focusing device number shown in FIG.
The ζ turn sensor 5 indirectly uses the ζ turn sensor 5 (because it focuses on the turn centimeter 5, for example, if the position of the image S goes out of order during an inspection or during long-term use, even if the focus is in focus in the focus detection section) There is a drawback that the focal point of the photomask 10 detected by this method is out of focus. In addition, because it detects the spots and spots on the photomatrix 1 caused by illumination light, it is difficult to improve automatic focusing accuracy for objects with patterns formed on their surfaces, and the reflectance of objects differs depending on the presence or absence of patterns. Can not.
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、高
精度の焦点合わせな可能とし、例えば半導体パターン検
査装置等の自動焦点合わせ装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the above-described drawbacks of the prior art and to provide an automatic focusing device for, for example, a semiconductor pattern inspection device, which enables highly accurate focusing.
本発明の自動焦点合わせ装置は、被観察物体を観察する
レンズを用いた第1の撮像装置と、上記第1の撮像装置
の合焦点面からのずれを検出する第2の撮像装置とを備
えていることを特徴としている。The automatic focusing device of the present invention includes a first imaging device using a lens for observing an object to be observed, and a second imaging device for detecting a deviation from the in-focus plane of the first imaging device. It is characterized by
以下添付の図面に示す実施例にょ勺、更に詳細に本発明
について説明する。The present invention will now be described in more detail with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.
第6図(a)は本発明の自動焦点合わせ装置の原理を示
す図である。図示する様にホトマクス1の上方に対物レ
ンズ4が配置され、対物レンズ4によってホトマスク1
のパターンは拡大投影され、対物レンズ4の上方に配置
されたバター:/センf5上に結像する。パターンセン
fSKMi像する光学系光路M1の途中に、半透過ミラ
ー2Jを配置して光路M1を分岐し、分岐し次光路をM
2とする。さらに光路M2の途中にも同様に半透過ミラ
ー22を配して光路M2を分岐し、分岐した光路をM3
とする。FIG. 6(a) is a diagram showing the principle of the automatic focusing device of the present invention. As shown in the figure, an objective lens 4 is placed above the photomask 1, and the objective lens 4 allows the photomask to be
The pattern is enlarged and projected, and an image is formed on butter:/sen f5 placed above the objective lens 4. A semi-transparent mirror 2J is placed in the middle of the optical path M1 of the optical system that images the pattern sensor fSKMi, and the optical path M1 is branched.
Set it to 2. Furthermore, a semi-transmissive mirror 22 is similarly arranged in the middle of the optical path M2 to branch the optical path M2, and the branched optical path is converted into the optical path M3.
shall be.
第6図(b)は対物レンズ4の視野の拡大図であシ、ホ
トマスク1のパターン26を検出するパターンセンチ5
の検出範囲24を示している。FIG. 6(b) is an enlarged view of the field of view of the objective lens 4, and the pattern centimeter 5 for detecting the pattern 26 of the photomask 1.
The detection range 24 is shown.
対物レンズ4によるホトマスク1の0面のバII −ン
23の合焦点面。1面にパターンセンf5を配し、0面
よシ!たけ上のPrl1iの合焦点面21面にパターン
センf20を配し、0面よpまたけ下の0面の合焦点面
。1面に気ターンセ:/f19を配している。This is the focused plane of the vane II-n 23 on the 0 plane of the photomask 1 by the objective lens 4. Arrange pattern sensor f5 on the 1st side, and move on to the 0th side! A pattern sensor f20 is placed on the 21st focused plane of Prl1i at the top, and the 0th focused plane is below the 0th plane. The first side has Ki Turnse:/f19.
上記構成において、検査中ホトマスク1が移動し0縮か
らP面に近すけば、パターンセンチ5の焦点が除々にず
れてきてパターンセンf20に焦点が合ってくる。パタ
ーンセンf19では、さらに焦点がずれてくる。このと
きの信号処理の一例なオフ図を用いて説明する。オフ図
(a) &Lパターンセン? 19.20でホトマスク
1のパターン26を検出したときのバターシエッジ信号
を示し、オフ図(b) 、 (d)はパターンセンf
19.20のパターンエツジ信号の微分信号を示し、オ
フ図(0)(e)は上記微分信号の差をとっ念差分信号
な示している。In the above configuration, as the photomask 1 moves during inspection and approaches the P plane from zero reduction, the focus of the pattern centimeter 5 gradually shifts and comes into focus on the pattern centimeter f20. At pattern sensor f19, the focus is further shifted. This will be explained using an off diagram that is an example of signal processing at this time. Off diagram (a) &L pattern sensor? 19.20 shows the batashi edge signal when pattern 26 of photomask 1 is detected, and off diagrams (b) and (d) show the pattern sensor f.
19.20 shows the differential signal of the pattern edge signal, and off-graphs (0) and (e) show the difference between the above-mentioned differential signals as a differential signal.
今、ホトマスク1が0面からP面に近ずくと、パターン
センチ19.20のパターンエツジ信号に違いが生じる
。このときのパターンエツジ信号の微分信号は、オフ図
(b)に示す様になる。さらに、両微分信号の差をとる
とオフ図(c)に示した様になり、この差分信号の出力
が0になるところがホトマスク100面が位置すること
になる。Now, when the photomask 1 approaches the P side from the 0 side, a difference occurs in the pattern edge signals at pattern centimeters 19 and 20. The differential signal of the pattern edge signal at this time is as shown in off-line diagram (b). Furthermore, if the difference between the two differential signals is taken, the result will be as shown in the off-line diagram (c), and the area where the output of this difference signal becomes 0 is located at the surface of the photomask 100.
このため、ホトマスク1のパターン24の拡大投影像を
パターンセンチ5に焦点合わせするためには、オフ図(
d) 、 (e)に示すような出力になるようホトマス
ク1を移動すればよい。Therefore, in order to focus the enlarged projected image of the pattern 24 of the photomask 1 on the pattern cm 5, it is necessary to
d) The photomask 1 may be moved so that the output is as shown in (e).
第8図は上記の自動焦点合わせ方式を用いた自動焦点合
わせ装置の一実施例を示す図であり、第1図に示したホ
トマスク外観検査装置に応用した例である。第1図と異
なるところは、焦点合わせ釦用いたギャップ検出部8の
かわジに一オ6図に示したパターン七79″19.20
と半透過ミラー21,22、さらに信号処理回路25を
追加したもので、パターンセンチ19.20の出力信号
は信号処理回路25に入力されるように電気的に接。FIG. 8 is a diagram showing an embodiment of an automatic focusing device using the above-mentioned automatic focusing method, and is an example applied to the photomask appearance inspection device shown in FIG. 1. The difference from Fig. 1 is that the gap detection section 8 using the focusing button is replaced by the pattern 779''19.20 shown in Fig. 6.
and semi-transparent mirrors 21 and 22, and a signal processing circuit 25 are added, and the output signals of pattern centimeters 19 and 20 are electrically connected so as to be input to the signal processing circuit 25.
続され、信号処理回路25は2ステージ3を駆動するコ
ントローラ9に接続されている。その他の構成と検査装
置の動作は、第1図に示したものと同じである。The signal processing circuit 25 is connected to a controller 9 that drives the two stages 3. The other configuration and operation of the inspection device are the same as those shown in FIG.
パターンセンf 19.20で検出したホトマスク1の
パターンエツジ信号は信号処理回路25に入力される。The pattern edge signal of the photomask 1 detected by the pattern sensor f19.20 is input to the signal processing circuit 25.
信号処理回路25は、上記した様なパターンエツジ信号
の処理を行ない、焦点ずれの量と方向をコントローラ9
に出力する。コントローラ9は信号処理回路25の出力
に基づいて2ステージ3を制御する。この動作を検出中
リアルタイムで行なえば、自動的に焦点が合う。The signal processing circuit 25 processes the pattern edge signal as described above, and controls the amount and direction of defocus by the controller 9.
Output to. The controller 9 controls the two stages 3 based on the output of the signal processing circuit 25. If this operation is performed in real time during detection, the focus will be automatically adjusted.
第9図及び第10図は本発明の第2の実施例を示す図で
ある。レンズを用いた撮像装置でホトマスク等のパター
ンを投影し、その拡大投影像を光電子で検出する方式で
は、光電素子の形状により、通常は対物レンズの視野内
の一部を検出している。このため、対物レンズの視野内
の検出に使用していない部分の拡大投影像の一部を焦点
合わせに用いる方式も考えられる。第9図(a)は上記
の方式を用いた焦点合わせ方式の原理を示す図である。FIGS. 9 and 10 are diagrams showing a second embodiment of the present invention. In a method in which a pattern such as a photomask is projected using an imaging device using a lens, and the enlarged projected image is detected using photoelectrons, a part of the field of view of the objective lens is usually detected depending on the shape of the photoelectric element. For this reason, a method may also be considered in which a part of the enlarged projected image, which is not used for detection within the field of view of the objective lens, is used for focusing. FIG. 9(a) is a diagram showing the principle of a focusing method using the above method.
又、第9図(1))は対物レンズ4の視野の拡大図であ
る。即ち第9図(a) (b)では、ホトマスク1のパ
ターン29の欠陥を検出するパターンセンナ26が検出
範囲26′を検出し1、焦点合わせに用いられる一パタ
ーンセンナ27.28は検出範囲27’、28’を検出
する。ホトマスク1上の0面のパターン290合焦点W
JO1面にパターンセンf 26を配し、0面よシ2だ
け上の2面の合焦点面P′面にパターンセンサ28を配
し、さらに0面より2だけ下の9面の合焦点面Q’面に
パターンセンf 27を配している。この方式の焦点合
わせ装置でも、パターンセン?27.28の検出感度を
合わせておけば、オフ図に示した信号処理方法と同様に
して合焦点位置を検出できることは言うまでもない。Further, FIG. 9(1)) is an enlarged view of the field of view of the objective lens 4. That is, in FIGS. 9(a) and 9(b), the pattern sensor 26 for detecting defects in the pattern 29 of the photomask 1 detects the detection range 26', and the pattern sensor 27 and 28 used for focusing detects the detection range 27. ', 28' is detected. Pattern 290 of surface 0 on photomask 1 Focus point W
A pattern sensor f26 is arranged on the JO1 plane, a pattern sensor 28 is arranged on the two focused planes P' which are two planes above the zero plane, and a nine focused plane which is further 2 below the zero plane. Pattern sensor f27 is arranged on the Q' side. Even with this type of focusing device, is there a pattern sensor? It goes without saying that if the detection sensitivities of 27 and 28 are adjusted, the in-focus position can be detected in the same manner as the signal processing method shown in the off-line diagram.
第10図は第9図に示す焦点合わせ方式を具体化した自
動焦点合わせ装置の実施例を示す図である。第10図に
示す自動焦点合わせ装置は、第8図に示す装置のパター
ンセン? 19.20の代わりにパターンセンナ27.
28 ft用い、半透明ミラー21.22の代わシにミ
ラー30.31を用いたものである。尚、パターンセン
+ 5.27.28は、9ニアセンチである。その他の
構成は第8図と全く同様である。上記したオ6図、オ9
図の焦点合わせ方式では、合焦点検出のための可動部分
は全くなく、シかも焦点合わせのための特別な照明も不
要で、自動焦点合わせ装置を小形化できる。又、この方
式では、検出パターンの投影像を直接観察して焦点合わ
せするため、高精度で狂いのない焦点合わせな実行でき
る。又、第9図に示す方式建よれば、パターンの検出光
路とは独立した光路な用いて焦点合わせをしているため
、即ちパターンの検出光路にミラー等の光学素子を用い
る必要がないため、検出光への光量ロスが全くない。又
、パターン検出するパターンセンサの位置を組み替える
ことによシ、パターンの検出前に焦点合わせをすること
ができさらに高精度で高速検出の焦点合わせをすること
ができる。FIG. 10 is a diagram showing an embodiment of an automatic focusing device embodying the focusing method shown in FIG. 9. The automatic focusing device shown in FIG. 10 is similar to the pattern sensor of the device shown in FIG. 19. Pattern Senna 27. instead of 20.
28 ft, and a mirror 30.31 is used in place of the translucent mirror 21.22. Note that Pattern Sen+ 5.27.28 is 9 near centimeters. The rest of the configuration is exactly the same as that in FIG. Figures O6 and O9 above
The focusing method shown in the figure has no moving parts for detecting the in-focus point, and also requires no special illumination for focusing, making it possible to downsize the automatic focusing device. Further, in this method, since the projected image of the detection pattern is directly observed and focused, it is possible to perform focusing with high precision and without deviation. Furthermore, according to the method shown in FIG. 9, since focusing is performed using an optical path independent of the pattern detection optical path, there is no need to use an optical element such as a mirror in the pattern detection optical path. There is no loss of light amount to the detection light. Furthermore, by rearranging the position of the pattern sensor that detects the pattern, focusing can be performed before detecting the pattern, and focusing can be performed with high precision and high speed detection.
以上の説明から明らかな様に、本発明によれば、被観察
物体と接触することなく、対物レンズの視野内を直接観
察して焦点合わせを行なうため、0.1μm以下の高精
度焦点合わせが可能となシ、シかもKHzオーダの高速
焦点検出を行なうことができる。この焦点合わせ装置を
LSI検査装置の自動焦点合わせ装置に適用すると、焦
点深度が±0.2μmの高解度の対物レンズを用いて高
速・高精度の焦点合わせがで@、O,S〜1μmの小さ
な欠陥も高速で検査可能になった。この結果、LSIホ
トマスクの歩留シ、ひいてはLSIの歩留りを大幅に向
上させることが可能になった。As is clear from the above description, according to the present invention, since focusing is performed by directly observing the field of view of the objective lens without contacting the object to be observed, high-precision focusing of 0.1 μm or less is possible. It is possible to perform high-speed focus detection on the order of KHz. When this focusing device is applied to the automatic focusing device of LSI inspection equipment, high-speed and high-precision focusing can be performed using a high-resolution objective lens with a depth of focus of ±0.2 μm @, O, S ~ 1 μm Even small defects can now be inspected at high speed. As a result, it has become possible to significantly improve the yield of LSI photomasks and, by extension, the yield of LSI.
尚、本発明はLSIホトマスク検査に限定されることな
(、LSIやLSI用り、エフ1バブルメモリ等の微細
なパターンの外観検査や寸法検査の自動焦点合わせ装置
に利用できることはいうまでもない。It should be noted that the present invention is not limited to LSI photomask inspection (it goes without saying that it can be applied to an automatic focusing device for visual inspection and dimension inspection of fine patterns such as LSIs, LSIs, and F1 bubble memories). .
第1図は従来の自動焦点合わせ装置を示す説明図、第2
図はフォトマスクの欠陥検査手順を示す説明図、第6図
は従来の自動焦点合わせ方式の原理を示す説明図、第4
図(a) 、 (1)) 、 (0)は第6図に示す光
強度上ンサを往復移動させたときの移動量と出力の関係
を示す図、第5図は従来の自動焦点合わせ方式の原理を
示す説明図、第6図(a)は本発明の自動焦点合わせ装
置の原理を示す説明図、第6図(b)は第6図(a)に
示すパターンセンナの視野の拡大図、オフ図(a)は第
6図(a)に示スt<ターンセン夛のパターンエツジ信
号を示す図、オフ図(b) j (d)はパターンエツ
ジ信号ノ微分信号を示す図、オフ図(0) 、 (θ)
は上記微分信号の差をとった差分信号を示す図、オ8図
は本発明の自動焦点合わせ装置の第1の実施例を示す図
、オ9図は本発明の自動焦点合わせ装置の原理を示す説
明図、第10図は本発明の自動焦点合わせ装置の第2の
実施例を示す図である。
1・・・ホトマスク、 2・・・X−Yステージ、3・
・・2ステージ、 4・・・対物レンズ、5.19.2
0,26,27.28・・・パターンセンチ、7・・・
欠陥判定部、 8・・・ギヤ、プ検出部、9・・・コン
トローラ、1!1,14.15・・・光強度センチ、2
5・・・信号処理回路。
第 1図
錦 2 図
第3区
男4図
第5図
第6図
(久)
男7閃
(b) (d)第3図
り′Figure 1 is an explanatory diagram showing a conventional automatic focusing device, Figure 2 is an explanatory diagram showing a conventional automatic focusing device;
The figure is an explanatory diagram showing the photomask defect inspection procedure, Fig. 6 is an explanatory diagram showing the principle of the conventional automatic focusing method, and Fig.
Figures (a), (1)), and (0) are diagrams showing the relationship between the amount of movement and the output when the light intensity sensor shown in Figure 6 is moved back and forth, and Figure 5 is for the conventional automatic focusing method. FIG. 6(a) is an explanatory diagram showing the principle of the automatic focusing device of the present invention. FIG. 6(b) is an enlarged view of the field of view of the pattern sensor shown in FIG. 6(a). , OFF diagram (a) is a diagram showing the pattern edge signal of t<turnsen shown in FIG. 6(a), OFF diagram (b) j (d) is a diagram showing the differential signal of the pattern edge signal, OFF diagram (0), (θ)
is a diagram showing a differential signal obtained by taking the difference between the above differential signals, Figure O8 is a diagram showing the first embodiment of the automatic focusing device of the present invention, and Figure O9 is a diagram showing the principle of the automatic focusing device of the present invention. The explanatory diagram shown in FIG. 10 is a diagram showing a second embodiment of the automatic focusing device of the present invention. 1... Photomask, 2... X-Y stage, 3...
...2 stages, 4...objective lens, 5.19.2
0, 26, 27.28...pattern centimeters, 7...
Defect determination section, 8... Gear, detection section, 9... Controller, 1!1, 14.15... Light intensity cm, 2
5...Signal processing circuit. Figure 1 Nishiki 2 Figure 3 Ward Otoko 4 Figure 5 Figure 6 (ku) Otoko 7 Flash (b) (d) 3rd figure'
Claims (1)
、上記レンズの視野内を観察し、上記第1の撮像装置の
合焦点面からのずれを検出する第2の撮像装置とを備え
てなることを特徴とする自動焦点合わせ装置。A first imaging device using a lens for observing an object to be observed, and a second imaging device for observing within the field of view of the lens and detecting a deviation from a focused plane of the first imaging device. An automatic focusing device characterized by:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21140682A JPS59101832A (en) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | Automatic focuser |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP21140682A JPS59101832A (en) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | Automatic focuser |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59101832A true JPS59101832A (en) | 1984-06-12 |
Family
ID=16605425
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP21140682A Pending JPS59101832A (en) | 1982-12-03 | 1982-12-03 | Automatic focuser |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59101832A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018004957A (en) * | 2016-07-01 | 2018-01-11 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | Focusing device, focusing method and pattern inspection method |
-
1982
- 1982-12-03 JP JP21140682A patent/JPS59101832A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018004957A (en) * | 2016-07-01 | 2018-01-11 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | Focusing device, focusing method and pattern inspection method |
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