JP3120176B2 - 自動合焦照明装置 - Google Patents

自動合焦照明装置

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JP3120176B2 JP01006744A JP674489A JP3120176B2 JP 3120176 B2 JP3120176 B2 JP 3120176B2 JP 01006744 A JP01006744 A JP 01006744A JP 674489 A JP674489 A JP 674489A JP 3120176 B2 JP3120176 B2 JP 3120176B2
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は半導体マスク等の検査装置に使用する照明装
置に係わり、特に、被検物の厚みを正確に把握し、被検
物の厚みに応じて透過照明光学系の合焦を自動的に行う
ことのできる自動合焦照明装置に関するものである。
「従来の技術」 従来の半導体マスク等の検査装置に搭載されていた照
明装置は、検査や観察を行う結像光学系は焦点を自動的
に合わせることのできる自動合焦機能が採用されてい
た。しかし、被検物を照明するための透過照明光学系に
は、自動合焦機能は採用されていなかった。そこで半導
体マスク等の検査を行う前に、まず、被検物に対する結
像光学系の合焦を行い、透過照明光学系の調整は、被検
物の厚み、屈折率等のパラメータを与え、このパラメー
タに対応する位置に透過照明系の移動させることにより
行っていた。即ち、個々の被検物に対して合焦操作を行
うのでなく、各種パラメータから得られた所定の合焦位
置に透過照明光学系を移動させて調整を行っていた。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら上記従来型の半導体マスク等の検査装置
に使用する照明装置は、結合光学系のみならず、透過照
明光学系の移動装置等が必要となり、構造が複雑化して
コストがかかり、装置全体を小型化することができない
という問題点があった。
更に、上記従来型の半導体マスク等の検査装置に使用
する照明装置は、個々の被検物に対して合焦操作を行わ
ないため、正確に被検面を照明することができないとい
う問題点があった。
「課題を解決するための手段」 本発明は上記課題に鑑み案出されたもので、被検物が
載置される基準台と、この基準台の上に載置された被検
物の基準台と接しない側の第1面の像を形成する結像光
学系と、前記第1面の位置を前記第1面での反射光を用
いて検出するための位置検出部と、この被検物の前記被
検物の第1面を、基準台と接する側の第2面側から照明
するための透過照明光学系とからなり、前記結合光学系
の合焦を行うための第1駆動部と、前記透過照明光学系
の合焦を行うための第2駆動部と、前記位置検出部から
の検出信号から基準台から被検物の第1面までの距離に
基づき、前記第1駆動部に前記結像光学系の合焦を行わ
せるための第1制御信号及び前記第2駆動部に前記透過
照明光学系の合焦を行わせるための第2制御信号とを形
成するための制御演算部と、からなり、被検物の厚みに
応じて、前記第2面側から前記第1面上での適切な透過
照明が行える様に構成されている。
また本発明の制御演算部は、位置検出部からの検出信
号に基づき、被測定物の厚みを求める様に構成すること
もできる。
「発明の実施の形態」 以上の様に形成された本発明は、基準台が被検物を載
置し、結像光学系が、基準台の上に載置された被検物の
基準台と接しない側の第1面の像を形成し、位置検出部
が、第1面の位置を第1面での反射光を用いて検出し、
透過照明光学系が、被検物の被検物の第1面を、基準台
と接する側の第2面側から照明し、第1駆動部が、結合
光学系の合焦を行い、第2駆動部が、透過照明光学系の
合焦を行い、制御演算部が、位置検出部からの検出信号
から基準台から被検物の第1面までの距離に基づき、第
1駆動部に結像光学系の合焦を行わせるための第1制御
信号及び第2駆動部に透過照明光学系の合焦を行わせる
ための第2制御信号とを形成し、被検物の厚みに応じ
て、第2面側から第1面上での適切な透過照明が行うこ
とができる。
また本発明の制御演算部が、位置検出部からの検出信
号に基づき、被測定物の厚みを求めることもできる。
「実施例」 本発明の一実施例を図面に基いて説明する。第1図は
本実施例の自動合焦装置の構成を示すもので、自動合焦
装置は結像光学系1と透過照明系2の2つの光学系を有
している。結像光学系1は、発光部11と反射部材121〜1
24と、受光部13と、位置検出手段14と、第1の駆動部15
と、移動量検出部16とからなっている。発光部11は、赤
外線やレーザー光線を放射させるためのもので、赤外LE
Dや半導体レーザー等が採用される。この発光部11から
放射された光線は、第1の反射部材121と第2の反射部
材122で反射され、被検物200の被検面に斜めに照射され
る。被検物200の被検面で反射された光線は、第3の反
射部材123、第4の反射部材124で反射され、受光部13に
入射されるようになっている。この光路は、光テコを構
成する様になっている。受光部13は、入射光から被検物
200の被検面の位置を計測するものであり、本実施例で
は半導体位置検出器(PSD)が採用されている。この半
導体位置検出器(PSD)は、この半導体位置検出器表面
における光スポットの輝度中心を出力するためのもので
ある。
ここで、半導体位置検出器(PSD)13の構造を第3図
に基いて説明する。半導体位置検出器13は、高抵抗半導
体表面の片面、或は両面に均一な抵抗層131が形成され
ており、この抵抗層131の両端に信号取り出し用の一対
の電極132、133が設けられている。表面層はPN接合を形
成しており、光電効果により光電流を生成する様に構成
されている。
PSDの電極A132と電極B133との距離をL、抵抗をRL
し、電極A132から光の入射位置をまでの距離をX、その
部分の抵抗をRXとする。光の入射位置で発生した光生成
電荷は、光の入射エネルギに比例する光電流(I0)とし
て抵抗層131に到達する。そして光電流は、それぞれの
電極132、133までの抵抗値に逆比例する様に分割され
る。したがって、電極A132及び電極B133から取り出せる
電流IAIBは次の様に計算される。
となり、抵抗層131は均一で、長さと抵抗値は比例する
と仮定すれば、 と表すことができる。そして位置信号をPとし、IAとIB
の和と差を計算し、これらを除すれば、 となり、受光位置を計算することができる。
本実施例では、これらの原理の検出器を2個装備した
2次元PSDを採用しているが、1次元PSDを採用し、一次
元の位置を計測することもできる。
次に第4図に基いて位置検出部14を説明する。位置検
出部14は、受光部13の出力信号から被検物200の被検面
の位置を演算するものである。この位置検出部14は、前
記増幅器141と加算用演算器142と減算用演算器143と除
算用演算器144とからなっている。前記増幅器141は、PS
D13の出力信号を増幅するためのものである。第1の前
置増幅器1411と第2の前置増幅器1412とが、Y軸方向の
位置を検出する出力信号を増幅し、第3の増幅器1413と
第4の増幅器1414とが、X軸方向の位置を検出する出力
信号を増幅する様に構成されている。第1の加算用演算
器1421は、Y軸方向検出用の出力信号であるY1、Y2の加
算を行うものである。更に、第1の減算用演算器1431
は、Y軸方向検出用の出力信号であるY1、Y2の減算を行
うものである。第1の除算用演算器1441は、第1の減算
用演算器1431の出力信号を、第1の加算用演算器1421の
出力信号で除算するものである。この第1の除算用演算
器1441の出力は、上記(5)式を演算した結果と等価で
あり、Y軸方向の位置信号を得ることができる。同様
に、第2の加算用演算器1422と第2の減算用演算器1432
と第3の除算用演算器1442とを接続すれば、X軸方向の
位置信号を得ることができる。
第1の駆動部15は、結合光学系1を被検物200の被検
面に合焦させるためのものである。この合焦は、発光部
11から発光された光線が、被検物200の被検面で反射
し、この反射光が受光部13に入射するが、受光部13に入
射する入射光の位置が、被検物200との距離により変化
することを利用することができる。即ち、位置検出部14
の出力信号により、被検物200までの距離を計測するこ
とが可能である。従って第1の駆動部15が、被検物200
の被検面までの距離に応じて光学系を移動させ、結像光
学系1を合焦させることができる。更に移動量検出部16
は、第1の駆動部15の合焦動作による光学系の移動距離
を計測するものである。移動検出部16は、リニアスケー
ル等を使用してもよく、駆動手段にエンコーダー等を取
り付けて計測してもよい。即ち、合焦動作による光学系
の移動手段の移動量を計測できる物であれば足りる。
次に、透過光学系2を説明する。透過光学系2は、光
源部21と集光手段22と第2の駆動部23とから構成されて
いる。光源部21は、被検物200を照明するための光源で
あり、適宜のランプ等が使用される。集光手段22は、光
源部21の光線を被検物200の被検面に合焦させ、被検面
を照明するものである。第2の駆動手段23は、結合光学
系1の移動量検出部16の検出信号に基き、集光手段22を
調整して透過照明光学系2を被検物200の被検面に合焦
させるものである。
コンピュータ3は、位置検出部14と移動量検出部16の
出力信号に基き、第1の駆動部15と第2の駆動部23を制
御駆動するためのものである。
以上の様に構成された本実施例は、マスクパターンが
形成された半導体マスク(被検物200)を基準台4に載
置する。次に、発光部11から光線を発光させ、半導体マ
スク200に照射させる。半導体マスク200からの反射光を
受光部13に入射させる。受光部13は、反射光の入射位置
に相当する電流を出力し、位置検出手段14が演算処理し
て位置信号をコンピュタ3に出力する。コンピュタ3
は、位置検出手段14の位置信号に基き、半導体マスク20
0までの距離を算出する。そして結合光学系1が、半導
体マスク200の被検面で合焦させるために、第1の駆動
部15を駆動させる。この結果、結像光学系1は自動的に
合焦する。更に移動量検出部16が、第1の駆動部15によ
る結像光学系1の移動量を検出する。即ち、基準台4の
位置から半導体マスク200の合焦位置までの距離を計測
すれば、半導体マスク200の厚みを計測することが可能
となる。この移動量検出部16の検出信号は、コンピュー
タ3に出力され、コンピュータ3が、半導体マスク200
の厚みを考慮して透過照明光学系2の合焦位置を算出す
る。そして、コンピュータ3は第2の駆動部23を駆動さ
せ、透過照射光学系2を半導体マスク200の被検面に合
焦させ、正確に照明させることができる。
次に、本実施例を半導体マスク検査装置に応用した例
を第2図に基いて説明する。この半導体マスク検査装置
は、半導体マスクのパターンを検査するもので、対物レ
ンズ5と、ハーフミラー6と、CCD7と、駆動回路8と、
A/Dコンバータ9と、判断部100と、正規パターンデータ
部110と、コンピュータ120と、外部記憶装置130と、TV
カメラ140と、モニタ150とからなっている。
前述の自動合焦装置により結像光学系1と透過照明系
2とが共に合焦した後、本実施例である半導体マスク検
査装置を動作させる。対物レンズ5が、被検物である半
導体マスク200の像をハーフミラーを透過して、CCD(電
荷結合素子)7上に結像させる。CCD7は、結像された半
導体マスクに対応する電気信号を駆動回路8に送出す
る。駆動回路8ではCCD7の出力信号を増幅等処理した
後、A/Dコンバータ9に出力する。A/Dコンバータ9は、
駆動回路8の画像信号を高速にAD変換する。そして判断
部100が、正規パターンデータ部110に記憶されている画
像データとCCD7で撮像した画像データが一致するか否か
パターンマッチングを行う。そして、コンピュータ120
が、半導体マスク200に傷等の破損部を有るか否かを判
断処理し、判断結果を外部記憶装置130であるフロッピ
ディスク等に記憶させる。この際、CCD7で撮像した画像
をモニタ150に描出させることができる。なお、ハーフ
ミラー6で反射させた光線による像をTVカメラ140で撮
影し、モニタ150に表示することができる。この様に構
成すれば、コンピュータ120に入力されている画像デー
タが適当であるかチェックすることができる。
以上の様に構成された本実施例は、半導体マスク200
の厚みを考慮して結像光学系1と透過照明光学系2の合
焦が行われるので、照明位置が狂うことなく、最適な条
件で半導体マスク200の検査を行うことができる。そし
て、自動合焦をリアルタイムに行うことができるので、
正確かつ効率的に半導体マスクの検査を行うことができ
るという効果がある。
「効果」 以上の様に構成された本発明は、被検物が載置される
基準台と、この基準台の上に載置された被検物の基準台
と接しない側の第1面の像を形成する結像光学系と、前
記第1面の位置を前記第1面での反射光を用いて検出す
るための位置検出部と、この被検物の前記被検物の第1
面を、基準台と接する側の第2面側から照明するための
透過照明光学系とからなり、前記結合光学系の合焦を行
うための第1駆動部と、前記透過照明光学系の合焦を行
うための第2駆動部と、前記位置検出部からの検出信号
から基準台から被検物の第1面までの距離に基づき、前
記第1駆動部に前記結像光学系の合焦を行わせるための
第1制御信号及び前記第2駆動部に前記透過照明光学系
の合焦を行わせるための第2制御信号とを形成するため
の制御演算部と、からなり、被検物の厚みに応じて、前
記第2面側から前記第1面上での適切な透過照明が行え
る様に構成されているので、結合光学系のみを搭載すれ
ばよく、構造が複雑化せず、コストも安い上、装置全体
をコンパクト化することができるという卓越した効果が
ある。
更に本発明の制御演算部は、位置検出部からの検出信
号に基づき、被測定物の厚みを求める様に構成すること
もできるので、被検物の厚みや自重による撓みを考慮し
て合焦させることができ、正確に被検面を照明すること
ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の一実施例を示すもので、第1図は本実施例
の構成を説明する図であり、第2図は本実施例を半導体
マスク検査装置に応用した例を示す図、第3図はPSDの
構造を示す図であり、第4図は位置検出部の構成を示す
図である。 1……結像光学系 14……位置検出部 15……第1の駆動部 16……移動量検出部 2……透過照明光学系 23……第2の駆動部 3……コンピュータ 4……基準台
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−194723(JP,A) 実開 昭61−68321(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被検物が載置される基準台と、この基準台
    の上に載置された被検物の基準台と接しない側の第1面
    の像を形成する結像光学系と、前記第1面の位置を前記
    第1面での反射光を用いて検出するための位置検出部
    と、この被検物の前記被検物の第1面を、基準台と接す
    る側の第2面側から照明するための透過照明光学系とか
    らなり、前記結合光学系の合焦を行うための第1駆動部
    と、前記透過照明光学系の合焦を行うための第2駆動部
    と、前記位置検出部からの検出信号から基準台から被検
    物の第1面までの距離に基づき、前記第1駆動部に前記
    結像光学系の合焦を行わせるための第1制御信号及び前
    記第2駆動部に前記透過照明光学系の合焦を行わせるた
    めの第2制御信号とを形成するための制御演算部と、か
    らなり、被検物の厚みに応じて、前記第2面側から前記
    第1面上での適切な透過照明が行える様に構成されてい
    ることを特徴とする自動合焦照明装置。
  2. 【請求項2】前記制御演算部は、位置検出部からの検出
    信号に基づき、被測定物の厚みを求める様に構成されて
    いることを特徴とする請求項1記載の自動合焦照明装
    置。
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