JP2565219B2

JP2565219B2 - 焦点ずれ検出装置

Info

Publication number: JP2565219B2
Application number: JP20854786A
Authority: JP
Inventors: 守男御園生
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1996-12-18
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JPS6363011A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、撮像手段と被撮像物との相対的な焦点ずれ
を検出するための装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の様な焦点ずれ検出装置において、複
数の撮像手段で撮像した互いに等しい複数のパターンの
夫々の輝度信号から所定レベル以上の微分信号を求め、
その計数値同士を比較して焦点ずれを検出することによ
って、被撮像物の表面状態やシェーディングや光源の明
暗変化等に影響されることなく所望の許容範囲外の焦点
ずれを正確に検出することができる様にしたものであ
る。

〔従来の技術〕

焦点ずれ検出装置としては、例えば、撮像手段と被撮
像物との間の空気圧を微小圧力検出器で検出して焦点ず
れを検出する装置や、被撮像物をレーザ光で照射しその
反射光を光検出器で検出して焦点ずれを検出する装置等
が従来から知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし空気圧を検出する方式の装置では、空気に対し
て安定な被撮像物でなければ、つまり表面が平面的な被
撮像物でなければ、焦点ずれを検出することができな
い。

また反射光を検出する方式の装置では、表面が乱反射
を生じない被撮像物でなければ、焦点ずれを検出するこ
とができない。しかもこの方式の装置では、シェーディ
ングや光源の明暗変化等によっても光検出器からの出力
が変化するので、焦点ずれを正確に検出することができ
ない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による焦点ずれ検出装置は、被撮像物11の互い
に等しい複数のパターン12a〜12dを夫々撮像して輝度信
号に変換する複数の撮像手段13a、13b、14a、14b、15
a、15bと、前記輝度信号の微分信号を得る微分器23a、2
3bと、信号レベルが第１の所定値Th₁以上である前記微
分信号を計数する計数器26a、26bと、前記複数のパター
ン12a〜12dに対する前記計数の値同士の比と第２の所定
値とを比較する比較器27とを夫々具備し、前記比較の結
果に基いて前記複数の撮像手段13a、13b、14a、14b、15
a、15bと前記被撮像物11との相対的な焦点ずれを検出す
る様にしたものである。

〔作用〕

本発明による焦点ずれ検出装置は、複数の撮像手段13
a、13b、14a、14b、15a、15bで撮像した互いに等しい複
数のパターン12a〜12dの夫々の輝度信号から所定レベル
Th₁以上の微分信号を求め、その計数値同士を比較する
ことによって、焦点ずれを検出している。従って、複数
のパターン12a〜12dの夫々の明暗差に基いて焦点ずれを
検出している。

また、第２の所定値を選定すれば、検出されるべき焦
点ずれ量を選定することができる。

〔実施例〕

以下、半導体ウエハのパターン検査装置に適用した本
発明の一実施例を、第１図〜第５図を参照しながら説明
する。

第１図が本実施例の回路の全体を示しているが、まず
半導体ウエハのパターン検査について第２図を参照しな
がら説明する。例えば、縮小投影露光装置を用いて半導
体装置のリソグラフィ工程を行う場合は、互いに等しい
何個かのパターンを有するレチクル（図示せず）を用い
て、ウエハ11の表面を順次に露光させてゆく。従ってウ
エハ11の表面には、互いに等しい多数のパターンが形成
される。

しかし、レチクルの一部に欠陥が発生していると、一
度に露光されるパターン12a〜12dのうちの例えばパター
ン12aは、何れの露光においても欠陥を有することにな
り、半導体装置の製造歩留が大きく低下する。

このために、一旦、テスト用のウエハ11を露光させ、
このウエハ11を検査して、レチクルの完全性を事前に確
認することが行われている。

この様な検査を行うパターン検査装置に適用されてお
り第１図に示されている本実施例では、異なる露光によ
ってウエハ11に形成されており60〜80mmだけ離間してい
るパターン12aとパターン12bとをまず拡大撮像する。こ
の拡大撮像は、やはり60〜80mmだけ離間している２本の
顕微鏡13a、13bとウエハ11の載置台（図示せず）とを相
対的に且つ連続的に移動させつつ、ストロボ放電管14
a、14bでパターン12a、12bを照明して、顕微鏡13a、13b
に接続されているCCDカメラ15a、15bでパターン12a、12
bを撮像する。

CCDカメラ15a、15bは492行510列の画素を有している
が、これらの画素から順次に転送される輝度信号は、A/
D変換器16a、16bで８ビットに量子化されてから、フレ
ームメモリ17a、17b記憶される。

つまり各画素からの輝度信号は、明るさに応じて256
階調に量子化される。また各画素からの輝度信号を一旦
フレームメモリ17a、17bに記憶させるのは、一般のCCD
カメラ15a、15bの信号転送方式がインタレース方式であ
ることに起因している。つまり、きめの細かい画像を検
査して高精度の結果を得るために、画像を連続的な形に
変換しているのである。

処理中の輝度信号を確認するために、フレームメモリ
17a、17bから取り出された輝度信号の一部が、D/A変換
器21a、21bを介してモニタテレビ22a、22bへ入力され
る。

また、撮像した画面中からパターンの境界部分つまり
明るさのレベルに差のある部分のみを抽出するために、
フレームメモリ17a、17bから取り出された輝度信号の残
部が微分器23a、23bへ入力される。

これらの微分器23a、23bにおける微分処理には、縦方
向の境界部分のみを抽出する水平（Ｘ）方向の微分と、
横方向の境界部分のみを抽出する垂直（Ｙ）方向の微分
とがある。

例えば、第３図Ａに示す様に１つの画面24中に図示の
様なパターンがあると、水平方向の微分によって第３図
Ｂに示す様な情報が得られ、垂直方向の微分によって第
３図Ｃに示す様な情報が得られる。そして、これらの情
報によってパターンが認識され、パターン検査が行われ
る。

第４図は、微分器23a、23bにおける微分処理の方法を
示している。即ち、まず画面24中における図示の様な４
行４列の画素から輝度信号を得て、 Xd＝｜（Ａ＋Ｅ＋Ｇ＋Ｉ）−（Ｄ＋Ｆ＋Ｈ＋Ｌ）｜ Yd＝｜（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）−（Ｉ＋Ｊ＋Ｋ＋Ｌ）｜の演算を行う。

Ａ〜Ｌは０〜255の値を有しているので、微分結果X
d、Ydは０〜1020の範囲内にある。

これらの微分結果Xd、Ydの値が大きい程、選択された
４行４列の画素内で明るさのレベルが大きく変化してい
ることを示している。

微分結果Xd、Ydは比較器25a、25bで所定の閾値Th₁と
比較され、２値化された比較結果が得られる。つまり、
微分結果Xd、Ydが閾値Th₁よりも大きければ１の比較結
果が得られ、微分結果Xd、Ydが閾値Th₁以下であれば０
の比較結果が得られる。そして、水平方向の１の比較結
果と垂直方向の１の比較結果とを、計数器26a、26bで計
数しておく。

次に、水平方向へ１画素分だけずらせた４行４列の画
素について、上述の様な微分処理、比較処理及び計数処
理を行う。そして、同様な処理を水平方向の総ての画素
について行い、また、垂直方向へ１画素分だけずらせて
同様な処理を行い、更に、これらの処理を画面24の全体
について行う。

この様な処理は左右の顕微鏡13a、13bによって得られ
る両方の画面24について同時に行われ、左右の画面24に
ついての計数値L_f、R_fが計数器26a、26bで得られる。な
おこの様な計数値L_f、R_fは、当然のことながら、パター
ン12a〜12dが複雑であれば大きく、単純であれば小さ
い。

その後、計数値L_f、R_f同士の比と所定の閾値Th₂とを
比較器27で後述の様に比較することによって、顕微鏡13
a、13bとウエハ11とが相対的に焦点ずれを起こしている
か否かを判定する。

本実施例では、左右の顕微鏡13a、13bが同一のパター
ン12a〜12dを常に撮像しているので、比L_f/R_fは１に等
しい筈である。しかし、ウエハ11の表面の反り等によっ
て左右の顕微鏡13aについて焦点ずれが発生している
と、比L_f/R_fは１より小さくなり、逆に右方の顕微鏡13b
について焦点ずれが発生していると、比L_f/R_fは１より
大きくなる。

そこで、焦点ずれの許容範囲をも考慮して、比L_f/R_f
が、 Th₂＜L_f/R_f＜1/Th₂ を満足していれば焦点ずれが無く、満足していなければ
左右の顕微鏡13a、13bの少なくとも何れかについて焦点
ずれが発生していると判定する。

従って、Th₂を選定することによって、焦点ずれの検
出精度を選定することができる。つまり、Th₂が１に近
い程、僅かな焦点ずれも検出される。

本実施例を適用したパターン検査装置は、以上の様に
して焦点ずれを検出するのみならず、検出結果に基いて
焦点合せ開始信号を出力し、焦点調整をも自動的に行
う。

即ち焦点ずれを検出すると、顕微鏡13a、13bとウエハ
11の載置台との相対的な移動を停止させると共に、両者
を顕微鏡13a、13bの光軸方向において合焦位置よりも近
接させる。そして、この位置から両者を段階的に離間さ
せてゆき、各段階において計数値L_f、R_fを求める。

第５図は、この様な焦点調整処理で得られる計数値
L_f、R_fを示している。この第５図からも明らかな様に、
計数値L_f、R_fは合焦位置で最も大きい。従って、顕微鏡
13a、13bとウエハ11の載置台とを段階的に離間させてゆ
き、計数値L_f、R_fが減少し始めた位置から一段階だけ元
へ戻すことによって、自動的に焦点調整が行われる。な
お、この様な焦点調整処理は、左右の顕微鏡13a,13bに
ついて夫々独立に行われる。

〔発明の効果〕

本発明による焦点ずれ検出装置は、互いに等しい複数
のパターンの夫々の明暗差に基いて焦点ずれを検出する
様にしているので、被撮像物の表面の凹凸やうねりや反
射等の状態に影響されることなく焦点ずれを正確に検出
することができる。

しかも、輝度信号から所定レベル以上の微分信号を得
ることによってパターンの明暗差を求める様にしている
ので、シェーディングや光源の明暗変化等に影響される
ことなく焦点ずれを正確に検出することができる。

また、検出されるべき焦点ずれ量を選定することがで
きるので、所望の範囲外の焦点ずれを検出することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を説明するためのものであり、
第１図は回路のブロック図、第２図は装置の一部の斜視
図、第３図は撮像したパターン及びその微分結果の平面
図、第４図は撮像したパターンの微分方法を説明するた
めの平面図、第５図は焦点調整処理で得られるデータの
グラフである。なお図面に用いた符号において、 11……ウエハ 12a〜12d……パターン 13a,13b……顕微鏡 14a,14b……ストロボ放電管 15a,15b……CCDカメラ 23a,23b……微分器 26a,26b……計数器 27……比較器である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被撮像物の互いに等しい複数のパターンを
夫々撮像して輝度信号に変換する複数の撮像手段と、前記輝度信号の微分信号を得る微分器と、信号レベルが第１の所定値以上である前記微分信号を計
数する計数器と、前記複数のパターンに対する前記計数の値同士の比と第
２の所定値とを比較する比較器とを夫々具備し、前記比較の結果に基いて前記複数の撮像手段と前記被撮
像物との相対的な焦点ずれを検出する様にした焦点ずれ
検出装置。