JPH0150844B2

JPH0150844B2 -

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Publication number: JPH0150844B2
Application number: JP54500645A
Authority: JP
Inventors: Kenesu Reui; Hooru Sandorando
Original assignee: KEI ERU EI INSUTORUMENTSU CORP
Current assignee: KEI ERU EI INSUTORUMENTSU CORP
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1979-04-02
Publication date: 1989-10-31
Also published as: JPS55500510A; US4247203A; WO1979000876A1

Description

発明の背景発明の分野本発明は全体として物体検査装置に関するもの
であり、更に詳しくいえば半導体装置の製作に用
いられるホトマスクの透明度の極めて小さな欠陥
を見つけることができる自動ホトマスク検査シス
テムおよび装置に関するものである。

先行技術についての説明大規模集積回路（LSI）の製造における歩留り
の低下する主な原因の１つは、ホトマスクにまち
まちの欠陥があることである。チツプの寸法が大
きくなり、かつ集積密度が高くなるにつれて、許
容歩留りに相応するレベルまで低下させるため
に、マスクの品質により多くの注意を払わなけれ
ばならない。したがつて、ホトマスクの欠陥を検
出する種々の方法がこれまで用いられてきてい
る。それらの方法には対象とするマスクを既知の
基準マスクと比較する方法、映像増強技術を用い
る方法、隣り合う型を互いに比較する技術を用い
る方法などが含まれる。

マスクの欠陥をどのようにして減少できるかを
決定するためには、まずそのような欠陥の原因を
調べることが必要である。これらの欠陥原因は次
のような３つの種類に分けると便利である。(1)マ
スクの製造中に生ずる欠陥、(2)マスクの貯蔵、取
り扱いまたは輸送中に生ずる欠陥、(3)マスクとウ
エハの位置合わせおよび露光の時に生ずる欠陥。
現在までは、(3)に属する種類の欠陥をなくすこと
について多大の努力と資金が費されてきた。しか
し、マスクとウエハとの位置合わせの間に生ずる
欠陥を減少させるための真空接触焼付けを、業界
ではやめている。マスクの取り扱いと貯蔵中に生
ずる欠陥は、より良好なマスクキヤリヤによつて
減少されてきている。また、マスクを工場の中で
移動させている間に、または位置合わせ装置で使
用している間に、マスクに付着する汚れのあるも
のを除去するために、自動マスク清浄機を利用で
きる。

現在では、業界の動きが引伸し焼付きへ広く向
けられているために、種類(1)の欠陥すなわち、マ
スクが製作される時に生ずる欠陥に注意が集中さ
れてくるようになつてきている。マスクの素材の
制御を厳しくし、製作工程の数を減少させ、すな
わち、サブマスタの工程をなくし、マスタマスク
とサブマスタマスクを検査し、かつ修理すること
によりそれらの欠陥はマスク製作工場において減
少させられている。

マスクの検査は困難な仕事である。たとえば、
大きさが約12.7×12.7cm²（5″×5″）のアレイにお
ける約1.27ミクロン（50マイクロインチ）の大き
さの欠陥を検査することは、所要の映像に一致す
る10¹⁰個の場所を検査することを意味する。その
ような作業を人手で完全に行なうには長い時間を
要し、疲労が生ずる。また、欠陥の基準は主観的
なものであり、小さな欠陥は見逃がされるという
困難も生ずる。検査員が検査すべきマスクの数と
検査成績とからの圧力を受けるような場合と、そ
うでない場合とで、同じマスクについての検査結
果はかなり相違することが示されている。しか
し、検査員が何らの心理的な圧力を受けないよう
な場合でも、小さな欠陥の多くが見逃されること
がある。欠陥密度を決定するための統計的な標本
化の一般的なやり方では、人手により得られる欠
陥密度測定における信頼度レベルが更に低下す
る。マスクの修理またはマスクを一致させること
を行なう場合には、各欠陥の正確な場所を見つけ
なければならならから100％検査がもちろん必要
である。

被検査マスクと基準マスクを比較する前記した
第１の方法を利用する場合には、光学的な比較器
が用いられる。比較する２枚のマスクを共通の台
の上にのせて両方のマスクに下から光をあてる。
そしてマスクを透過した光を濾光して補色を与
え、共通領域が黒または白であるが、違いが着色
領域として現われるように、２つの映像を重ね合
わせる。それら２枚のマスクは互いに正確に位置
合わせして、検査すべき全領域にわたつて個々に
焦点を合わせなければならないがそれを行なうの
にはかなりの熟練と時間を要する。縁部に小さな
くいちがいが起ると縁部は着色して見えるが、欠
陥と縁部のくいちがいとの違いは検査員は検出で
きるのが普通である。しかし、マスク検査装置を
自動化した時は、そのような縁部のくいちがいは
大きな問題となる。更に、２つの映像は空間内で
広く分離されるから、マスクをのせる台に対する
機械的な要求は厳しくなるが、そのために台のコ
ストが高くなることは避けられない。コスト、位
置合わせ時間およびこの方法の実施作業が単調で
あることのために、この種のシステムは種々さま
ざまの欠陥を検査するというよりは、マスクの水
平面合わせと線の幅の変動とを検査するためのオ
ーバレイ比較器として通常用いられる。この方法
を一般的な欠陥検出まで拡張するには、極めて多
量のデータを処理および蓄積することが含まれ、
妥当な検査速度を達成するためには処理速度と演
算速度も高くしなければならない。

映像増強技術は、ほとんどの有効な半導体の幾
何学的配置は直角であるのに対して、欠陥の幾何
学的配置の向きはまちまちである。半導体の幾何
学的配置と欠陥の幾何学的配置との性質のこのよ
うな相違を利用するために、異なる角度の縁部に
対する水平縁部と垂直縁部との輝度を低下させる
ことにより、水平縁部と垂直縁部を弁別する光学
器械が用いられる。この結果は、物体がコヒーレ
ントな光を照射された時に、回折のためにその物
体のフーリエ・スペクトラムが結像レンズの後方
焦点面に形成される、という事実を利用すること
により達成できる。結像レンズの後方焦点面に水
平ストツプと後方ストツプ（空間フイルタ）を置
くことにより、周期的な水平および垂直構造から
のエネルギーのほとんどを阻止できる。これはこ
の構造から最終映像までのエネルギー分布を減少
させる。水平でない垂直構造が他の平面内のエネ
ルギーのほとんどを有し、それらの構造はそれら
の空間フイルタによりそんなに大きくは影響され
ない。この技術的思想の変型は標準的な顕微鏡の
コヒーレントでない照明器の中に空間フイルタを
置くことである。照明器内の空間フイルタの映像
が結像光学系の後方焦点面に接近した位置に生ず
るものとすると、この装置は空間フイルタを結像
装置の中に置くことにより得られるものに非常に
類似することになる。この方法により得られる結
果はコヒーレントな照明系を用いて得られる結果
より多少劣るが、コストが低いことが利点であ
る。これらの方法は他の共通角度すなわち45度と
60度で起る縁部をカバーするまで拡張してうまく
いき、欠陥をかなりはつきりと目で見えるように
示すことができる。しかし、不幸なことに、マス
クの幾何学的配置の隅はそれらの象限内にあらゆ
る角度の成分を含むから、それらの技術により完
全に除去することはできない。したがつて、それ
らの方法によつて欠陥を目で容易に検出できる
が、それらの方法によつて欠陥を自動検出するこ
とは容易ではない。

マスクは独特な反復特性を有するから、全ての
型は同じパターンを有するはずである。１つの型
と他の型との比較に差が生じたとすると、いずれ
かの型を第３の型と比較することによりどちらの
型に欠陥があるかが決定される。このことは、い
くつかの型で同じ場所に欠陥が反復して生じない
ことをもちろん仮定している。欠陥が元の十字線
に欠陥が存在していなければ、いくつかの型の同
じ場所に欠陥が反復して生ずる確率は無視でき
る。たとえば、約2.54cm（１インチ）平方当り10
個の欠陥があり、それらの欠陥の平均的な寸法が
約0.0025cm×0.0025cm（0.001″×0.001″）とする
と、同じ場所に２つのランダムな欠陥が起る確
率、したがつてそれらの欠陥が見逃される確率は
100000のうちの10分の１である。欠陥のこのよう
な寸法と密度においては600枚のマスクでたつた
１個の欠陥が見逃されるだけであろう。

隣に合う型を比較する検査法は高速自動検査に
最も容易に適用できる方法である。この方法では
マスクの設定とピント合わせの作業はただ１回で
よく、基準は不要であり、パターンは同じマスク
の上にあるから、それらのパターンの間の距離は
短くて一定である。そのためにマスクを走査する
ために必要なテーブルの機械的な誤差をあまり厳
しくしなくてすむ。生産用として用いるために自
動焦点は望ましい特徴であり、とくに、マスクの
重量によるガラスのわん曲が光学系の焦点深度と
比較してかなり大きいような大きなマスクを検査
するために望ましい特徴である。

隣り合う型の比較による欠陥検査法でも応じな
ければならない困難な要求は、光学的および機械
的な位置合わせである。２組の光学系を回路の上
に置く場合の精度と、台が動く精度はこの種の装
置が検出できる最小の欠隔を決定する。これは容
易にわかることができる。その理由は、検査中の
２つの幾何学的構成からの映像の位置が合わない
と、装置は位置が合つていない各部分を欠陥とし
て識別する結果となる。したがつて、この装置の
機械が１ミクロンの位置狂いを認めたとすると、
実際の欠陥と位置が合わない有効な幾何学的配置
との間の混乱を避けるために、装置のロジツクは
１ミクロンより小さい欠陥は捨てなければならな
い。

本発明の要約したがつて、本発明の目的は、隣り合う型の比
較による欠陥検出法を利用する自動マスク検査装
置に関して、検査されるマスクの全表面にわたつ
て高い解像力を確保するように、検査光学系の正
しいピントを自動的に維持する機構を提供するこ
とであり、特に焦点モニタ要素を改良することに
係る。

要約すれば、光学的検査装置は、精密なマスク
キヤリツジ装置と、照明用の光学系と、自動焦点
光学系と、隣り合う型を比較して欠陥を見つける
ための電子装置とを含む。本発明の自動焦点光学
系はレーザを有する焦点モニタ要素を含み、その
レーザからのレーザビームがアパーチヤを通され
ることによつてピントをより確実に検出できるよ
うになつている。

検査作業は、各マスクを約1.27ミクロン×1.27
ミクロン（50マイクロインチ×50マイクロイン
チ）のセグメントに分割し、各セグメントを隣り
合う型の上に置かれている２枚の対物レンズで見
ることにより行なわれる。マスクがそれらの対物
レンズの下を動くにつれて、各型の小さなセグメ
ントがデジタル化されて電子メモリに貯えられ
る。マイクロコンピユータをベースとして組込ま
れているコンピユータ・システムが２つの型の間
の「最もよく適合する」デジタル・パターン解析
を完了して、マスクの突き出し、歩進誤差、検査
員により行なわれる整列の誤差、およびその他の
機械的な誤差の影響を自動的になくす。最も良い
適合が計算された後では、それら２つの型の間で
異なる幾何学的配置は欠陥であると見なされる。
そこから、それらの欠陥の大きさと場所がメモリ
に記憶される。検査員によつて最初に行なわれた
設定の情報に基いて、それらの欠陥が回路の高密
度部分に含まれるのか、あるいは実際には製造す
なわち歩どまりに影響を及ぼさないその他の領域
に含まれるのか、についての決定が次に行なわれ
る。検査が終ると、欠陥と、欠陥のある型を示す
情報が与えられ、CRTまたは双眼拡大鏡により
各欠陥を見るために台を自動的に後退させること
ができる。それから、マスクの修理または参考に
するために、その欠陥の場所と性質が磁気テープ
に記録される。

本発明は、添附図面のそれぞれの図に示されて
いる好適な実施例についての以下の詳細な説明を
読むことにより、当業者には明らかとなるであろ
う。

図面において第１図は本発明を収納するコンソールを示す斜
視図、第２図は本発明の機能部品を示す概略ブロ
ツク図、第３図は本発明のキヤリツジ・アセンブ
リを示すハイブリツド・ブロツクおよび斜視図、
第４図は本発明の電子−光学的装置の種々の部品
を示す分解破断斜視図、第５Ａ，５Ｂ図は本発明
の検出回路のブロツク図、第６図は本発明のメモ
リマトリツクスを示すブロツク図、第７〜１０図
は本発明の動作を示すために用いられる線図であ
る。

好適な実施例の詳細な説明まず図面の第１図を参照して、本発明を収納す
るためのコンソールの好適な実施例が１０で示さ
れている。種々の処理電子装置に加えて、この装
置１２に収納される電源と、１４に収納される保
守を容易にするための繰り出しカードケージと、
双眼視ヘツド構成顕微鏡１６と、装置のマイクロ
プロセツサによりプログラムされるオペレータ制
御器１８と、オペレータのメツセージを表示して
マスクを見ることができるようにするための陰極
線管表示器２０と、磁気テープ記録器２２と、キ
ーボード段および顕微鏡制御器２４とを含む。マ
スクをとりつけるコンパートメント２６の中と周
囲には、花こう岩製のベースの上にのせられてい
る空気軸受走査台と、自動焦点検査対物レンズと
が設けられる。全ての照明器がマスクをとりつけ
るコンパートメント２６の下側の部分２８に配置
される。

図面の第２図には、この装置の種々の機能部品
が概略的に示され、検査するマスク３４を送るた
めに花こう岩製のテーブル３２の上にとりつけら
れている空気軸受台３０を含む。この台３０は３
６，３８で概略的に示されているモータによりそ
れぞれＸ方向とＹ方向に動かすことができる。空
気軸受台３０はモータ４２によりθ軸を中心とし
て回転させることができる。花こう岩製のテーブ
ル３２の下側には照明装置４４が配置される。こ
の照明装置４４はテーブル３２に設けられている
開口部を通じてマスク３４の下部を照明する。こ
の照明装置４４については後で詳しく説明する。
左および右検査光学系が４６，４８でそれぞれ示
されており、検査された型の投写映像が双眼視ヘ
ツド５０と、左および右側検出器５２，５４とに
投写される。光学系４６，４８は後で詳しく説明
する、５６で示されている機構によつて自動的に
焦点合わせをされる。検出器５２，５４からのデ
ータは左および右メモリ５８，６０にそれぞれ貯
えられ、それぞれのメモリに貯えられているデー
タは欠陥検出器６２により互いに比較されて欠陥
検出信号を与える。それらの信号はマイクロプロ
セツサ６４へ入力させられる。２つの型の映像を
電子的に精密に位置合わせするために、後で詳し
く説明する精密位置合わせ修正機構６６も用いら
れる。空気軸受台３０の動きはマイクロプロセツ
サ６４により制御される。このマイクロプロセツ
サはプログラム命令、手動制御器７４からの手動
入力および台位置の向き機構７６から受けたデー
タに応答して、Ｘ駆動装置６８とＹ駆動装置７０
およびθ駆動装置７２を動作させる。オペレータ
の指令と、検査される型の視覚的表示はCRT表
示器８０で交互に表示できる。欠陥データは８２
で示されている磁気カセツトテープ記録器に貯え
られる。

次に第３図を参照して、空気軸受台アセンブリ
を構成する動作機構が示されており、花こう岩製
のテーブル９０を含む。このテーブル９０は極め
て平滑な上面９２と、平らで互いにほぼ平行な２
つの側面９４，９６を有する。ベースの中央部分
には穴９８も設けられる。この穴９８を通じてマ
スクを照明できる。キヤリツジ１００が上面９２
の上で空気軸受１０２の前方対と後方対（図示せ
ず）の上にのせられる。キヤリツジ１００は右側
の空気軸受１０４と左側の同様な空気軸受対（図
示せず）とにより、表面９６に平行に動くように
させられる。右側の軸受はキヤリツジ１００に固
定され、キヤリツジ１００が動く時は幅の軸線に
平行で、その幅の軸線を定める側面９６により案
内されるようにするためにキヤリツジに偏倚力を
与えるように、左側の軸受はばねによりテーブル
の縁部９４に押しつけられる。キヤリツジ１００
は横材１０６も含む。この横材１０６は、テーブ
ルの表面９６に直角に延び、したがつてＸ軸に平
行で、Ｘ軸を定める滑らかで平行な前方側面およ
び後方側面を有する。マスク支持台１０８がテー
ブル９０の表面９２の上に空気軸受１１０によつ
て支持される。それらの空気軸受１１０はマスク
支持台１０８の四隅の下側に配置される。空気軸
受１１０は１個だけが図示されている。マスク支
持台１０８は前方および後方の空気軸受１１２に
より、横材１０６の面の１つに平行に動くように
される。マスク支持台１０８には検査するマスク
を支持する穴あき板１１４が回転できるようにし
てとりつけられる。マスクの位置は破線１１６で
示されている。穴あき板１１４は、位置１２２で
支持されているレバー１２０を介して、末端部が
穴あき板１１４の一方の側に接触しているプツシ
ユロツド１２４を作動させる位置１１８に設けら
れるモータにより逆時計回りに回転させられる。
モータ１１８が逆転させられると、戻りばね１２
６が穴あき板１１４を逆転させる。マスク支持台
１０８はモータ１２８によつてＸ方向に動かされ
る。このモータ１２８は減速機１３０を介してベ
ルトおよびプーリ機構１３２を駆動する。この機
構１３２のベルトはブラケツト１３４により台１
０８に結合される。Ｘ方向におけるマスク支持台
１０８の位置はＸ位置符号器１３６によつてモニ
タされる。このＸ位置符号器１３６は減速機１３
０に結合され、装置のマイクロプロセツサへ出力
を与える。マスク支持台１０８はモータ１３８に
よりＹ方向に駆動される。モータ１３８は減速機
１４０とベルト・プーリ機構１４２および関連す
るブラケツト１４４を介してキヤリツジ１００へ
連結される。マスク支持台１０８のＹ軸に沿う位
置はＹ軸符号器１４６によりモニタされる。この
Ｙ位置符号器１４６は減速機１４０に結合され、
位値信号を装置のマイクロプロセツサへ与える。
図示していないが、穴あき板１１４のθ位置をモ
ニタし、それについての情報をマイクロプロセツ
サへ与える装置も設けられる。

台は空気軸受の上に完全にのつているから、く
つつくような摩擦はなく、非常に小さい動きが可
能である。テーブルは、ころがり軸受が設けられ
て小さな誤差を要求される従来の機械加工された
テーブルよりも、構造および製作が簡単である。

先に指摘したように、ホトマスクすなわち光マ
スクの自動検査には光マスクについての２つの想
像上の同一の型を比較することを要する。２つの
型が全く同一であれば、両者は完全であると仮定
される。２つの型が互いに異なる場合には、少な
くとも一方の型にランダムな欠陥が含まれている
はずである。２つの型を電子的に比較するには、
映像を電気信号に変換できるように、両方の型の
映像を２つの別々の検出器上に同時に投写できる
装置を必要とする。それらの電気信号は特殊用映
像解析コンピユータにより比較できる。光学系に
対する主な要求は(1)型の幾何学的配置を拡大して
２つのダイオードアレイの上に投写するための装
置を設けなければならない（各型の幾何学的配置
は別々のダイオードアレイの上に投写される）；
(2)２つの同じ型の上の２つの同じ位置を見ること
ができるように、２つの光学系の間隔はマスク上
の型の間隔の整数倍でなければならないから、同
時に検査されるマスク上の２つの別々の位置を見
る２つの光学系の間隔は変えることができなくて
はならない；(3)顕微鏡を適切な間隔でセツトで
き、かつマスクを適切に位置させることができる
ように、２つのダイオードアレイ上に投写される
像をオペレータが見ることができるようにする装
置を設けなければならない；(4)マスクを可能な最
良のピントに常に保つための機構を設けなければ
ならない。

顕微鏡の２枚の対物レンズにより見られる２つ
の各領域は照明装置により照明しなければならな
い。顕微鏡の対物レンズの間の間隔は変えること
ができるから、マスクを照明する２つの光点の間
隔も変えて顕微鏡の対物レンズの動きを追従でき
ることができなければならない。また、光情報は
電子情報へ変換されるが、マスクから情報をデジ
タル化できる速さは照度に正比例するために、マ
スクの照度は非常に重要である。照明系に対する
別の要求は、顕微鏡の対物レンズ系により見られ
る領域を、非常に一様に照明することである。こ
れを必要とする理由は、照度の変化をマスクの幾
何学的配置の欠陥と混同しないためである。

次に第４図を参照する。この図には照明装置１
５０と映像検出および自動焦点機構１５２が示さ
れている。簡単にするために、右側の部品だけを
示してある。左側の部品は図示されている装置と
鏡像である。動くことができるとして示されてい
る部品を除き、全ての光学系素子は装置のシヤシ
ーに対して静止したままであるようにとりつけら
れ、かつ図示のために光マスクは１５４で部分的
に示されている。

照明装置の主光源は、ある種のすなわちレーザ
を除いては、利用できる最も明るい短アーク水銀
灯１５６である。この水銀灯から放射される光は
その主発光面の両側で等しく、かつ左側と右側の
光学系も同一であるから、２つの装置に１個の水
銀灯１５６を使用できる。１個の光源を用いるこ
とは電源も１台ですむから有利である。また、光
源の寿命時間中にその輝度が低下するにつれて、
２つの照明光路が互いにその輝度が一致するから
有利である。水銀灯１５６から放射された光はコ
リメータレンズ系１５８により集められてから、
反射鏡１６２の助けをかりてレンズ１６０へ送ら
れる。このレンズ１６０は水銀灯のアークをクラ
ツド・ロツド１６４の端部上に再集束させる。

レンズ１６０に入射する光線は平行にされてい
るから、ロツド１６４の端部上に投写されたアー
クの映像の動きとレンズのＸ，Ｙ方向の位置との
間には１対１の対応がある。したがつて、Ｘ，Ｙ
方向におけるレンズの位置を調節することによ
り、水銀灯１５６のアークの映像をクラツド・ロ
ツド１６４の中心に投写させることができる。そ
の映像を正確に動かすことができることは重要で
ある。アークの一部がクラツド・ロツド上に映像
として投写されないとすると、そのアークによる
光が装置から失われ、位置の狂いによりマスクに
照射される光の強さが低下することになる。もち
ろん、レンズ１６０か水銀灯１５６のいずれかを
動かすことによりアークの位置を変えることがで
きる。水銀灯を動かした場合は、左側の光学系に
おける対応するアーク位置にも影響し、左側映像
の照明の輝度にも逆に影響することになる。

クラツド・ロツド１６４は、１つの位置から他
の位置までほとんど無損失で光を伝えることと、
ロツド内での光の多重反射により光エネルギーが
かきまぜられるために光点の照度をより一様にす
る助けをすること、という２つの目的を果す。ロ
ツド１６４の形が通常の円筒形でなくて正方形ま
たは長方形の場合には、多重反射によつて光はよ
り一様にされる。

クラツド・ロツド１６４から出た光はレンズ１
６６によつてレンズ１６８の上に再び結像させら
れる。レンズ１６８は集束レンズ１７０の焦点面
の位置にあり、したがつてレンズ１６８で利用で
きる光をマスク１５４の上に結像させるレンズ１
７０のためのフイールド・レンズである。レンズ
１６６からレンズ１６８へ進む光は反射鏡１７２
とプリズム１７４により向きを変えられることに
も注意されたい。この目的については後で説明す
る。

レンズ１６８における焦点面はクラツド・ロツ
ド１６４の上端部における映像を含み、その映像
はロツドの入力端に入射させられた光のほとんど
全て、すなわち、水銀灯の全映像、を含むから、
マスク１５４の上に投写された光点は水銀灯の平
均輝度にほぼ等しい。したがつて、この装置は、
水銀灯が臨界照明のコースとして用いられる臨界
照明装置である。

前記したように、マスク上の左側と右側の照明
されている点の間の距離は、顕微鏡の対物レンズ
間の間隔が変るにつれて変えなければならない。
これは、プリズム１７４が距離Ｘ／２だけ動く間
にレンズ１６８と反射プリズム１７６およびレン
ズ１７０をユニツトとして距離Ｘだけ動けるよう
にすることにより、光学的性能を何ら変えること
なしに行なわれる。そのような相対運動が起る時
は、レンズ１６６と１６８の間に結ばれている光
路は一定のままであるから、光点の相対運動は装
置の光学的性能を何ら変化させることなしに行な
われる。レンズアセンブリを動かすことができる
機構は、レンズ１６８と反射プリズム１７６およ
びレンズ１７０が適当なとりつけブラケツト１８
２によりとりつけられる上側ロツド１８０と、プ
リズム１７４が適当なとりつけブラケツト１８６
によりとりつけられる下側ロツド１８４とを含む
ことが示されている。バー１８０，１８４はラツ
クとピニオンのアセンブリ１８８，１８９により
互に結合される。これらのアセンブリのピニオン
１９２の円周長はピニオン１９４の円周長の２倍
である。したがつて、軸１９６の回転の各角度増
分ごとに、プリズム１７４は、レンズ１６８を含
んでいるアセンブリにおけるのと同じ向きに、か
つそのアセンブリにおける距離の半分だけ動かさ
れる。したがつて、レンズ１６６と１６８の間の
光路の長さは一定に保たれる。

左側の照明装置の対応する光学部品（図示せ
ず）を支持するために第２のバー１８１，１８５
の組合わせも設けられ、右側の部品とは逆の向き
に右側の部品と等しい距離だけ動くように、それ
らのバーも駆動軸１９６に結合される。したがつ
て、軸１９６を駆動するために適当なモータ１９
８を用いることにより、１つの制御入力によつて
左側と右側との照明器を希望の間隔をおいて引き
離すことができる。軸１９６と何本かのロツドと
の間で円滑に駆動運動を行なわせるために、ロー
ラー２００，２０２が主駆動要素として用いら
れ、ラツクとピニオンのアセンブリが位置合わせ
を確実に行なうことにもおそらく注意されるであ
ろう。

マスクの高さが変ると、後で詳しく説明するよ
うに、この自動焦点機構はマスク上の映像のピン
トを鮮明に合わせ続けるために、対物レンズ２１
０のマスク１５４に対する高さを変える。照明装
置１５０における映像面１６９，１７１に物体が
あると、センサ上にもその物体のピントが合うの
で欠陥があるという誤つた指示を与えることがあ
る。それらの映像面をレンズ素子の表面から離し
て位置させることにより、照明装置内の素子の表
面上へのピント合せに対応する高さを対物レンズ
がとる場合に欠陥であると誤つて指示を与えるこ
とを避けるように照明装置を構成できる。これ
は、前記した光学系のレンズ１６８またはプリズ
ム１７６の表面上に位置するかもしれない映像面
が、それらの光学素子を隔てる空間の中に存在す
るように、レンズ系に何枚かのレンズ素子を用い
ることにより行なわれる。

第４図の上方には顕微鏡の右側部品と、自動焦
点機構の右側部品およびそれらの相互関係がそれ
ぞれ１５２，１５３で示されている。レンズ２１
０は無限遠が修正された対物レンズで、物体２１
２からの光がレンズ２１０により平行にされて可
変焦点レンズアセンブリ（ズーム）２１４へ照射
されるように、マスク１５４の真上に置かれる。
したがつて、レンズ１２０とズームアセンブリ２
１４は倍率がＭの等価な１枚のレンズを構成す
る。物体２１２からの光は対物レンズ２１０を通
つてから、ブラケツト２１５により支持されてい
る反射鏡２１６により90度曲げられてズームアセ
ンブリ２１４を通り、その後方焦点位置に再び結
像させられる。このレンズの組合わせの倍率は
F2÷F1である。ここで、F2はレンズ２１０の焦
点長である。

ここで主題から少しの間はなれて、本発明の装
置の目的は２つの同一の左と右の物体を比較する
ことである。したがつて、左と右の光学系の倍率
が同じであることは重要である。しかし、求めら
れている焦点長誤差のレンズを作ることは非常に
困難である。したがつて、それぞれの対物レンズ
の焦点長の違いによる影響をなくすために調節で
きる可変焦点長を有するズームアセンブリが利用
される。それらのレンズの組合わせの焦点の長さ
を変えることにより、左側と右側の光学系の倍率
を同一にすることが可能である。

図示の特定の構成の別の特徴は、レンズ２１０
からアセンブリ２１４までくる光は平行であるか
ら、両者間の距離が変化しても光学系の実効光学
長は変らないことである。

ここで元の説明へ戻つて、物体２１２からの光
はレンズ２１０により平行にされてから反射鏡２
１６で直角に曲げられてズームアセンブリ２１４
へ入射する。次に、レンズ系２１４は平行に入来
するビームを収束させて、その後方焦点長F2に
その光を結像させる。プリズム２１８は光を直角
に曲げてビーム分割立方体２２０の中を透過させ
る。このビーム分割立方体２２０は、検出ダイオ
ードアレイ２２２の形のセンサが配置されている
映像平面内に物体２１２の拡大像が形成されるよ
うに、光の90％をまつすぐに透過させる。ダイオ
ードアレイ２２２は512個の感光ダイオード列よ
り成る。この感光ダイオード列は実際には走査線
（第８図参照）を形成し、ダイオード列に入射す
る光像が電気信号へ変えられる。ビーム分割立方
体により反射された光はフイルタ２２４を透過さ
せられる。このフイルタの色は左側光学系の同様
なフイルタの色の補色である。フイルタ２２４を
通つた光は反射鏡２２６により向きを変えられて
からビーム分割立方体２２８に入射する。このビ
ーム分割立方体２２８は入射光の50％を透過さ
せ、その透過光は映像平面２３０に結像させられ
る。同様に、左側物体から来る光の50％も映像平
面２３０に結像させられる。したがつて、映像平
面２３０には左側と右側の物体の映像が重畳して
投写されることになる。レンズ２３２はフイール
ドレンズで、映像平面２３０で発散した光をレン
ズ２３４へ向ける。このレンズ２３４は左側と右
側の物体の拡大像を別の映像平面２３６に投写す
る。接眼鏡２３８により左側と右側の物体の重畳
された映像を見ることができる。

照明装置について先に述べたのと同じ理由か
ら、左側と右側の光学系の各対物レンズが型の映
像の対応する部分を見るように、左側と右側の光
学系の対物レンズ間の距離を可変とすることが望
ましい。対物レンズ２１０とズーム系２１４との
間を通る光は平行であるから、両者の間隔は光学
系の動作に影響を及ぼすことなしに変えることが
できる。したがつて、対物レンズ２１０を適当な
ブラケツト・アセンブリ２４２によりバー２４０
へとりつけ、左側の対物レンズを、ローラーとラ
ツクおよびピニオン・アセンブリ２４６によりバ
ー２４０へ連結されているバー２４４へ同様にと
りつけることにより、ローラー軸２４８を回転さ
せてその軸２４８を照明器の軸１９６へ連結させ
ることだけで、対物レンズの間の間隔を変えるこ
とができる。それぞれの照明用光学系と光検出用
光学系は相互に正確に追従するように作ることが
できることがわかるであろう。

反射鏡２１６はブラケツト部２１５にとりつけ
られているから、バー２４０により反射鏡２１６
が左または右へ動かされたとしても、反射鏡２１
６はアセンブリ２１６の光軸に対して中心に維持
されることに注意されたい。この特徴によりレン
ズ２１０とアセンブリ２１４は相対的に動かすこ
とができる。

前記したように、光マスクの自動検査には正確
な拡大と高い解像力とを要する。この装置がマス
ク上の小さな幾何学的配置の存在の有無を検出す
るのであれば、高い解像力が必要である。高い解
像力を得るためには、光学系が大きな開口値を有
することが必要である。その理由は、光学系の制
限解像力は開口値に比例するからである。不幸な
ことに、この光学系の焦点深度は開口値の自乗に
逆比例する。したがつて、マスク解像力を高くし
ようとすると、マスクにピントを合わせ続けるこ
とが困難となる。しかし、本発明に従つて、出願
人らは以下に説明する自動焦点機構を提供した。
この自動焦点機構は、レンズ系による物体の拡大
は、その物体とレンズ系の主面との間の距離の関
数である、という事実を基にしている。これを更
に詳しくいえば、この自動焦点装置は、映像がレ
ンズから、そしてその理想的な焦点位置から更に
遠くへ動くと、映像面内の視野の周辺部内の点が
光軸へ向つて動き、同様に、物体がレンズへ接近
すると視野の周辺部内の点が光軸から離れる向き
へ動く、という事実を基にしている。したがつ
て、細い光ビームを視野の周辺部内のある点に焦
点を合わせ、それから既知の位置に対するこの点
の位置を検出することにより、対物レンズと物体
との間の距離を決定できる。これは、好適な実施
例においては、平行な光ビームを発生するレーザ
２５０と、その光を変調する回転チヨツパ円板２
５１と、Ｄ形のビーム決定アパーチヤ２５５と、
レーザビームを焦点面２２３に集束させるレンズ
２５２とを用いることにより行なわれる。レンズ
２１４の視野の周辺部内のある位置において平面
２２３にレーザビームを集束させるように、レン
ズ２５２が位置させられる。平面２２３に集束す
る光はその点から発散し、分割器２２０の中をま
つすぐに通つてプリズム２１８で反射されズーム
レンズ２１４に入射する。ビーム分割器２２０か
ら反射された光は光学系から失われるから無視さ
れる。光はズームレンズ２１４の後方焦点である
焦点面２２３内の点から出ると見なせるから、そ
の光はズームレンズ２１４により平行にされてか
ら顕微鏡の対物レンズ２１０に入射する。対物レ
ンズ２１０の後端部に入射する光は平行にされて
いるから、その光はそのレンズの前方焦点面に集
束される。反射鏡またはその他の鏡のような反射
器（フオトマスクは鏡のような反射器である）が
レンズ２１０の焦点面に存在するものとすると、
光は焦点面内の物体から出たかのようにレンズ２
１０を通つて後方へ反射される。その光はレンズ
２１０により平行にされてからレンズ系２１４を
通つて、その焦点面２２３内の光が出る点に正確
に焦点を結ぶ。しかし、その光は焦点面２２３へ
戻る間にプリズム２１８により上方へ曲げられて
ビーム分割器２２０に入り、映像面２２３に焦点
を結ぶ。

レンズ２６０が映像平面２２３をダイオード２
６２に投写させるように、かつ鏡のような反射器
（物体１５４）がレンズ２１０の物体平面内にあ
るように、ビーム分割器２５９と集束レンズ２６
０および一対のホトダイオード２６２を構成する
ことにより、鏡のような反射器から戻る等しい量
のレーザ光エネルギー両方のホトダイオードへ入
射する。同様に、物体がレンズ２１０の物体平面
から上昇したり下降したりするものとすると、反
射された映像は倍率の変化のためにホトダイオー
ド２６２を横切つて横に動く。ピントが最も良く
合うと、映像画２２３（およびダイオード２６２
における）映像は２個のダイオードの間に中心を
置く小さな光点である。マスクがそのピントが最
も良く合つている点から離れると、反射光点はホ
トダイオードを横切つて動いてぼやける。光点が
ぼやけると寸法が大きくなつて、アパーチヤ２５
５により定められるレーザビームの形をとる。こ
の映像は焦点の一方の側ではＤ形であり、焦点の
他方の側では逆Ｄ形である。この映像の頂点はダ
イオードの間の分割線の上にのつて、映像がピン
ト外れになつた時にダイオードの誤つた方の半分
に光が入射しないようにする。これは、マスク上
の静止している垂直縁部上にピントを合わせる場
合にはとくに重要である。その静止垂直縁部上で
は、まつすぐな側面の映像の縁部がないと、ひど
いピント外れが生ずることになる。アパーチヤ２
５５がないと、ダイオード上の映像の中心が横に
動いたとしても、その映像の寸法も大きくなるか
ら、光のうちのいくらかは他のダイオードに依然
として入射する。焦点から外れた縁部上では、ピ
ントが外れた映像中の各点におけるエネルギー
は、その光が反射された点におけるマスクの対応
する反射率に比例する。したがつて、ピントの外
れた光点の中心がたとえば左へ移動させられると
しても、マスク１５４上のクロムから反射された
光点の右側縁部におけるエネルギーは、ガラスか
ら反射された光点の残りの部分からのエネルギー
をこえることがあり、それによりホトダイオード
に対して誤つた向きであることを示す信号を与え
る。ホトダイオードはそれらに入射した光エネル
ギーに比例する電流を発生するから、２個のダイ
オードからの電流の差を増幅器２６８で増幅し
て、マスク１５４に対する対物レンズ２１０の位
置ぎめを制御するために用いることができる。こ
の好適な実施例では、増幅器２６４の出力はチヨ
ツピングされた光を復調するスイツチ２６６を介
して増幅器２６８へ与えられる。この増幅器２６
８は増幅された信号を積分して、ホトダイオード
の出力の差の積分に比例する制御信号を発生す
る。

対物レンズ２１０と対応する左側の対物レンズ
がそれぞれの焦点長で動作して、それらの対物レ
ンズを通る光を集めるから、対物レンズとそれぞ
れのズームレンズ系との間の距離を、光学系の倍
率すなわち性能に影響を及ぼすことなしに、変え
ることができる。したがつて、対物レンズを２４
２で示されているようなたわみ要素にとりつけ、
それらのたわみ要素を増幅器２６８で発生される
信号のような制御信号に応じて上下に折り曲げる
ための要素を設けることにより、装置の制御範囲
内での物体の全ての高さに対して各対物レンズの
ピントを合わせ続けることができる。

好適な実施例では、たわみ要素は一対の水平板
２７０，２７２より成る。それらの水平板２７
０，２７２は、たわみ要素がたわんでも支持され
る対物レンズの光軸が鉛直状態を保つように、ブ
ラケツト２４２の端部ブロツクを互いに結合す
る。たわみ力は曲げ結晶２７４によつて与えられ
る。この曲げ結晶の底端部はたわみ要素の後端部
にとりつけられ、その曲げ結晶の力を加える端部
は調節ボタン２７６を介してブラケツトの前端部
に結合される。増幅器２６８の出力端子を曲げ結
晶２７４へ結合することにより、その結晶は作動
させられてたわみ要素により対物レンズ２１０を
物体の平面に対して上昇または下降させる。レン
ズ２６０を透過する光エネルギーが各ホトダイオ
ード２６２に入射する限りは、増幅器２６８の出
力は零に等しいから、曲げ結晶電圧には変化は起
らない。しかし、一方のダイオードへ他方のダイ
オードよりも多くの光エネルギーが入射したとす
ると、曲げ結晶２７４にレンズ２１０を物体面か
ら離れる向きに動かさせる電圧が発生される。同
様に、他方のダイオードへより多くの光エネルギ
ーが入射した時は、その結果発生される電圧は、
レンズ２１０を物体平面へ向けて動かすように曲
げ結晶をたわませる。

本発明で自動焦点の特徴が必要である理由は、
(1)マスクは平らでないことがあり、対物レンズの
位置を固定したままにするものとすると、顕微鏡
の映像が不鮮明で、倍率が変ること、または(2)マ
スクをのせる走査台がその共平面を光学的物体平
面へ送らないことがあり、そのために映像がピン
ボケになること、または(3)温度変化のために機械
的な長さが変化して光学系の焦点が合わなくなる
こと、である。

以上説明した自動焦点機構は焦点合わせビーム
を形成するためにレーザビームを用い、したがつ
て容易に検出できる出力と比較して並はずれた輝
度の光点を発生するから、この自動焦点機構はと
くに効果的である。また、レーザ光の正可干渉性
のために選択濾光を容易に行なうことができる。
無限遠共役で動作させられるレンズを用いること
により、対物レンズだけをマスクに対して動かす
必要があることになる。これにより、比較的弱い
曲げ結晶も光学系の焦点を合わせることができる
ことになる。もつと普通の顕微鏡装置を用いるも
のとすると、全体の光学系を動かさなければなら
ないであろう。このために焦点合わせ機構の部分
に多量のエネルギーを必要とすることになる。無
限遠対物レンズと、垂直方向の動きができるよう
にするたわみ支持要素と、曲げ結晶との組合わせ
により正確で軽く、かつ安価な機構を得ることが
可能にされる。

次に第５Ａ図を参照する。この第５Ａ図には、
それぞれのダイオードアレイ２２２（第４図）の
出力を有用な電気信号へ変換するために、各検出
器で用いられるヘツド増幅器を概略的に示すブロ
ツク図が示されている。デジタル駆動回路３００
が５１２素子のセンサ３０２（第４図に示されて
いるダイオードアレイ２２２）へ与えるための駆
動信号を発生する。このセンサの出力は４つの広
帯域DC増幅器３０３を介してとり出されて、ゲ
ートレベル検出器３０４へ与えられる。この検出
器は４つの個別レベル、たとえば白、白−灰色、
灰色および黒−灰色、のうちの１つとして光のレ
ベルを検出する。黒はレベル検出器の出力端子に
上記の４つの信号のいずれも存在しないものと定
められる。

この機械の１つの目的は光データを高速で処理
できるようにすることである。このことは、各ダ
イオードへ入射するエネルギーの量が、光が強い
場合でも、比較的小さいことを意味する。アレイ
の各ダイオードがアドレスされる時は、スイツチ
ングに伴う過渡現象が無視できるレベルまで衰え
るようにするための時間がとれら、それからリセ
ツト・センサスイツチ３０６を操作することによ
つてダイオードは再充電される。それからセンサ
はセンサ・リセツトスイツチ３０６へ切り換えら
れる。次に、センサはアレイ内の次のダイオード
へ切り換えられてプロセスが反復される。センサ
からの信号のレベルが非常に低いとしても、標本
信号に起因する誤差が生じないように、増幅とレ
ベル検出の後で標本化が行なわれる。

また、光レベルは視野を横切つて変化し、全て
のダイオードについての絶対レベルを単に検出す
るものとすると、小さな欠陥を検出することは困
難となる。隣り合うダイオードの間の差を試験す
ることにより、照度が視野を横切つて徐々に変化
するが、マスク上の映像からの光のレベルが位置
により急激に変化して、視野全体にわたつて照度
にかなりの差があつたとしても、非常に小さい欠
陥を検出することが可能である。

増幅器からの出力信号は処理されて３つのレベ
ル、黒、灰色または白のうちの１つを生ずる。レ
ベル検出器からの信号が白または黒のレベルを指
示した時は、隣り合うダイオード差検出器３１０
が隣り合う３つの白または隣り合う３つの黒との
間の大きな差を検出しなければ（もし検出した時
は中央のダイオードからの信号は白から灰色へ、
または黒から灰色へ変えられる）、レベル検出器
からの信号は信号処理器３０８を通りすぎる。

レベル検出器が灰色信号を送る場合には、信号
処理器からの出力は常に灰色である。レベル検出
器からの信号が白−灰色の場合には、大きな差が
検出されなかつたならば、信号処理器からの出力
は、信号処理器からの先のダイオードに対応する
出力が灰色であつた時は、灰色であり、または先
のダイオードからの出力が白であつた時は、白で
ある。大きな差が検出された場合には信号処理器
からの出力は依然として灰色である。

同様にして、レベル検出器からの出力が黒−灰
色であれば、大きな変化が再び検出されなかつた
ならば信号処理器３０８からの出力は、先のダイ
オードに対応する出力が灰色である場合には、灰
色であり、以前のダイオードに対応する出力が黒
である場合には、黒である。大きな変化が検出さ
れた時は、信号処理器３０８の出力は灰色であ
る。

この検出器には、光のレベルが一定の場合で
も、隣り合うダイオードの間の信号のレベルの差
が小さいという問題がある。ダイオードの端子間
で黒から白へ徐々に変化する信号に対しては、そ
れらの小さい差は黒と白または灰色と白の間で交
番する出力を発生する。その理由は、３つのレベ
ルだけが検出されるならば、隣り合うダイオード
の感度の差が小さいからである。５種類のレベル
を検出して、それらのレベルを上記のようにして
処理することによりこの問題は解消され、黒から
灰色への１つの変化と、これに続く灰色から白へ
の１つの変化、および灰色から白への１つの変化
と、これに続く黒から灰色への１つの変化が存在
することになる。

センサの最後の数個のダイオードはマスクされ
てそれらのダイオードに光が入射しないようにす
る。それらの素子の走査中はDC増幅器からの信
号は貯えられ、かつそれらの信号は増幅器の出力
を零に修正するために用いられる。これは回路３
０７により検出され、増幅器の出力の自動零修正
を行なう。増幅器の出力のピークレベルも検出さ
れ、検出器３０９により貯えられて検出器３０４
へ入力される。この検出器３０４は白レベルと、
白−灰色レベルと、灰色レベルと、黒−灰色レベ
ルを発生する。したがつて、光の強さが変化する
と、その変化は補償され、レベル比較器からの出
力信号はピーク白信号の一定の割合となる。この
回路の変形はダイオードの間の小さな変動に起因
するノイズを除去する。

各ダイオードへ小さな修正電圧を与えるために
デジタル蓄積装置（読取り専用メモリまたはラン
ダム・アクセス・メモリ）をプログラムできる。
それらの修正電圧はセンサからのアナログ出力に
順次加え合わされ、またはレベル検出器への黒レ
ベル信号を変えるために用いられる。これにより
センサアレイにおけるノイズの定常成分が除かれ
る。同様な修正を行なうことができ、ダイオード
の感度変化を補償できるように白レベル信号に加
え合わされる。ランダム・アクセス・メモリが用
いられるものとすると、センサがマスクの透明領
域に応答する時に、白レベル修正電圧を自動的に
プログラムできる。これにより、照明器の輝度の
小さな変動も修正できるという利点が得られる。

検査されるマスクの機械的な誤差とオペレータ
の位置合わせの狂いとにより、走査される映像の
位置合わせが少し狂わせられる。この位置合わせ
の狂いは走査させられるマスクの位置とともに変
化し、そのような位置合わせの狂いを修正できな
いか予測できなければ、その位置合わせの狂いよ
りも小さい欠陥は検出できない。この好適な実施
例においては、各センサからの映像の小さな部分
を貯えるために高速固体メモリが用いられ、映像
が一致するまで書込みと読出しの間の遅延が変更
させられる。データは２つの８×８個の点のマト
リツクスとしてメモリから読出される。各点は
白、灰色または黒である。位置合わせが行なわれ
ると、１つのマトリツクスの中心近くのピクセル
（pixel）を、他のマトリツクスの対応するピクセ
ル、上方のピクセルおよび下方のピクセルと比較
することにより、その位置合わせを追跡できる。
中心のピクセルが最もしばしば一致したとする
と、それが最も良い位置合わせである。中心の上
方の隣り合うピクセルと他のマトリツクスの中心
のピクセルとが最もしばしば一致するものとする
と、中心のピクセルがもう１度最もしばしば一致
するように、読出しアドレスを一方の側で１つの
場所だけ上方へ調節せねばならない。同様に、隣
り合う３つのピクセルのうちのどのピクセルが最
もしばしば一致するかを決定することにより、側
面から側面までの位置合わせを追跡できる。

このやり方は、位置合わせが正しい場所に近く
なければ、正しい追跡データを生じない。したが
つて、他の何らかの手段で初めの位置合わせを決
定することが必要である。

第５Ｂ図には、それぞれのダイオードアレイ２
２２（第４図）の出力を有用な電気信号へ変換す
るために、各検出器で使用できる別のヘツド増幅
器のブロツク図が示されている。デジタル駆動回
路３２０が512素子センサ３２２（第４図に示さ
れているダイオードアレイ２２２）へ入力させる
駆動信号を発生する。このセンサからの出力は４
つの広帯域DC増幅器３２４を介してとり出され
て、光レベルを16の個別レベルのうちの１つとし
て検出するａ−ｄ変換器３２５へ入力される。

前記したように、この機械の１つの目的は光デ
ータを高速処理できるようにすることである。こ
のことは、各ダイオードに入射するエネルギーの
量が、光の強さが大であつても比較的小さいこと
を意味する。アレイの各ダイオードがアドレスさ
れる時は、スイツチングによる過渡現象を無視で
きるレベルまで減衰させるための時間がとられ、
それからそのダイオードからの信号が標本化およ
び保持され、次にそのダイオードはセンサ・リセ
ツト・スイツチ３２８の作動により再び充電され
る。次にセンサはアレイ中の次のダイオードへ切
り換えられてプロセスが反復される。センサから
の信号レベルが非常に小さいとしても、標本信号
に起因する誤差が生じないように、標本化は増幅
とレベル検出の後で行なわれる。走査前はセンサ
へ光が入射しないように、センサは黒の領域の上
に自動的に位置させられる。比較器３３０は増幅
器の出力信号を零と比較するために用いられ、増
幅器の出力が黒に対応する零であるように各ダイ
オードごとにメモリ３３２に貯えられているデジ
タル数を調節する。これにより増幅器とセンサの
個々のダイオードのオフセツトがなくされる。

また、種々の場所における欠陥が種々の信号レ
ベルを生ずるように、光レベルは視野にわたつて
変化する。したがつて、マスクを走査する前は、
顕微鏡はガラスの透明な領域の上を自動的に動か
され、アレイ中の各ダイオードからの信号がメモ
リ３３４に貯えられる。この信号は絶対的な白に
対応し、ａ−ｄ変換器３２６において基準として
用いられる。３２６からの出力信号はしたがつて
入射照度、ダイオードおよび増幅器の感度、セン
サの非一様性とは独立であり、特定の各点におけ
るマスクの黒さに比例させられるだけである。

検査されるマスクの機械的な誤差とオペレータ
による位置合わせの狂いにより、走査される映像
の位置合わせが僅かに狂わせられる。この位置合
わせの狂いは走査されているマスクの位置ととも
に変り、そのような位置合わせの狂いを修正でき
たり予測できたりしなければ、その位置合わせの
狂いにより小さい欠陥は検出できない。この好適
な実施例では、各センサからの映像の小さな部分
を貯えるために高速の固体メモリが用いられ、書
込みと読出しの間の遅延は映像が一致するまで変
更される。データはメモリから２つの８×８個の
点のマトリツクスとして読出される。これらのマ
トリツクスの各点は16種類のレベルのうちの１つ
とすることができる。位置合わせがひとたび行な
われると、１つのマトリツクスの中心近くのピク
セルを他のマトリツクスの対応するピクセルと、
上のピクセルと、および下のピクセルと比較する
ことによりそれを追跡できる。中心のピクセルが
最もしばしば一致するものとすると、それが最も
よい位置合わせである。中心の上の隣り合うピク
セルが他のマトリツクスの中心のピクセルと最も
しばしば一致するものとすると、中心のピクセル
が最もしばしば一致するように、読出しアドレス
を１つの側で１つの場所上に調節せねばならな
い。同様に、隣り合う３つのピクセルのうちのど
のピクセルが最もしばしば一致するかを決定する
ことにより、側面から側面までの位置合わせを追
跡できる。

このやり方では、位置合わせが正しい場所に近
くなければ、正しい追跡データは生じない。した
がつて、他の何らかの手段によつて最初の位置合
わせを決定することが必要である。その映像中の
縁部の数にたとえられる中心のピクセルの間の不
一致の数をカウントするだけで、位置合わせが良
好かどうかを指示することが可能である（しかし
どの向きに動かすかについては指示できない）。
正常なマスクでは欠陥は非常にまれであるから、
映像の位置合わせが行なわれると、対応するピク
セルの間にいくつかの不一致が存在することにな
る。しかし、位置合わせが狂つていると、全ての
縁部における対応するピクセルの色の間に多数の
不一致が生ずることになる。

この好適な実施例では、映像の完全な機械的位
置合わせに対応するアドレスからスタートして、
相対アドレスのステツピングと、中心ピクセルと
満足させられた精密位置合わせとの間の少ない数
の不一致をテストとを交互に行なう。すなわち、
一方は中心ピクセルと右、左、上および下との間
よりも中心ピクセルの間により多くの一致を有す
る。この位置がひとたび見出されると、追跡は前
記のようにして続けられる。

上記のような位置合わせのやり方によつてさえ
も、位置合わせの修正を行なわせるためには何ら
かの位置合わせの狂いが必要であるから、映像は
正確かつ完全な位置合わせ状態を保たない。ある
場合には、マスクの一部はデータを含まず、新し
い映像が現われる時は位置合わせを修正すること
が必要であるが、その間に誤つた欠陥を集める必
要はない。したがつて、欠陥と有効な幾何学的配
置との間の差を基にして欠陥を検出するためにい
くつかのアルゴリズムが用いられる。欠陥アルゴ
リズムは８×８のピクセルのフイールドに対して
作用する。これは多少とも任意のサイズで、位置
合わせの予測される変動と偏り誤差とに依存す
る。データは１度に１つのピクセルずつ欠陥検出
器を通つて動かされる。したがつて、あらゆるピ
クセルにいつかは８×８のマトリツクスの中心に
ある。

次に第６図を参照する。この図には上記のよう
な種類のマトリツクスが示されている。各メモリ
は、与えられた数の走査線だけ（Ｘ遅延）、およ
びある特定の走査線に沿う与えられた数の個別ピ
クセルだけ（Ｙ遅延）、信号を遅延させることが
できる可変遅延より成る。この遅延の後には一定
の遅延Ｂが続く。各遅延Ｂは１走査線に等しい。

それらの遅延Ｂのジヤンクシヨンからの信号
は、Ｘ遅延により与えられるセンサ位置に対する
与えられたＸ位置と、Ｙ遅延により与えられるセ
ンサに沿う与えられたＹ位置における、Ｘ方向の
一定の長さ（図では８）のピクセルの線を表す。
これらの信号を単一のピクセル遅延だけ更に遅延
させることにより（これは遅延Ｂに寄与できる）、
Ｙ方向におけるピクセルの線が得られる。このよ
うにしてピクセルの２つの長方形アレイが形成さ
れる。それらのアレイはマスク上の２つの小さな
長方形に対応する。

センサにより受けられる信号は、マスク上のわ
ずかに位置合わせが狂つている幾何学的配置から
くるのが代表的なものである。この位置合わせの
狂いはオペレータが最初に行なつた位置合わせの
狂い、または機械的な走査機構の不完全さに起因
する位置合わせの狂いのために起るものである。

マスクはＸ方向に動かされて、センサによりＹ
方向に走査されるから、位置合わせの違いは左セ
ンサと右センサに投写される同じ映像の間の与え
られたＸ遅延と与えられたＹ遅延を表す。センサ
からの信号の間の遅延を調節することにより、こ
の位置合わせの狂いを除くことができ、それらの
信号はマスクの同一の部分に対応させられる。

原則として、メモリはシフトレジスタで構成で
きる。しかし、動作速度をできるだけ高くするた
めに、本発明は高速ランダム・アクセス・メモリ
を用いる。このメモリは、データを連続して記録
でき、信号を整列させることを希望したとする
と、読出しアドレスを即座に変更できるという利
点を有する。メモリが前記したようにシフトレジ
スタで構成されるものとすると、位置合わせが狂
つている映像の検出と、遅延を変えることによる
この位置合わせの修正との間に遅れが生ずる。第
６図は左側メモリを示す。右側メモリは、１つの
チヤンネルに固定遅延を使用でき、他の遅延に可
変遅延を使用できることを除いて、左側メモリと
同じである。

欠陥の検出に用いられるアルゴリズムは次の通
りである。透明な場所内の欠陥を検出するために
は、１つの場所における中心ピクセルを、他の場
所のどことかの同じ色のピクセルに一致させられ
なければならない。

１つの縁部に接近する欠陥に対しては、(a)場所
Ａが水平方向の遷移を含まない、すなわち、水平
縁部または透明な場所だけだとすると、場所Ｂ内
の垂直ピクセル対遷移の向きを、場所Ａ内の同じ
向きの垂直遷移に一致させなければならない。他
の場における遷移により一致させられるのでなけ
れば、ある大きさ以上の遷移だけが欠陥の候補で
ある。右側の光学系と左側の光学系とでは光−電
気伝達関数が僅かに異なる。したがつて、１つの
側で非常に小さい映像は見逃されることはある
が、他の側ではすぐに見つかる。よつて、小さな
映像変化に対応する非常に小さな遷移は一致させ
るために用いられるだけで、それ自体は欠陥の候
補ではない；(b)上記のアルゴリズムは右側の角度
にも適用される。

ある縁部に結びつけられている欠陥に対して
は：(a)場所Ａが隣り合う２つの中心対ピクセルに
ついての垂直遷移を含み、場所Ｂが同じ向きのど
こにも垂直遷移を含まないものとすると、これは
欠陥として識別される；(b)これも右側の角度に適
用できる。

あるしきい値以上の遷移は、縁部の上において
さえも、他の場所における対応する遷移により一
致させなければならないから、またはそれらは欠
陥である。

動作時には、動作順序のスタートにおいて、Ｘ
−Ｙ空気軸受台がロード位置へ自動的に動かされ
る。次に、検査されるマスクがホルダーの中に挿
入され、照明される２つの型からの２つの映像が
１つの重なり合つた画像として、倍率が400倍の
双眼視ヘツド５０（第２図）においてオペレータ
に呈示される。それらの映像は補色の映像である
から、完全に位置を合わせて重ね合わされると、
１つの白−黒映像が形成される。重ね合わせは押
しボタンと、Ｘ，Ｙおよびθに対するサーボ駆動
機構と、映像分離を用いて容易に行なわれる。双
眼ヘツドにおける映像の位置合わせによつて左側
と右側の映像検出器５２，５４の映像も位置合わ
せされる。データは、前記のように、欠陥検出に
先立つて電子的に処理されるから、近似手動映像
位置合わせだけが求められる。

映像がひとたび正しく位置させられると、次に
オペレータは、マスクアレイの上左隅および右下
隅、型の寸法、型内の対象とする領域、ドロツプ
アウトの位置のような重要なマスクパラメータを
定める。

第７図にはオペレータが指定するマスクの点を
示す略図が示されている。オペレータは、双眼視
の中に現われる十字の下にそれらの点を置くこと
により、または用意されている磁気テープをテー
プカセツトの中に挿入することにより、それらの
点を指定する。マスクの手動設定には約５分間を
要する。丸いアレイについては、アレイの左端、
右端、上端および下端の位置が入れられる。

データの点がひとたび決定されると、マイクロ
プロセツサ６４はそれらを貯え、見るべきマスク
の面積を計算し、欠陥のあるマスクの面積を無視
できる（「気にしない」領域と呼ばれる）。次に台
の駆動機構が作動させられ、マスクは第８図に示
すようなパターンで自動的に走査される。走査速
度は１分間に約12.9平方cm（２平方インチ）であ
る。したがつて、約10.2cm×10.2cm（4″×4″）の
アレイを走査するには８分かかる。マスクからの
データはデジタル電気データへ変換されてから高
速の左側と右側のメモリ５８，６０へ入れられ
る。

メモリに貯えられている映像の発見、追跡およ
び比較を行なうために連続自動精密位置合わせ装
置が用いられる。マスクは一辺が約127×10^-6cm
（50×10^-6インチ）の正方形に分割されていると
考えることができる。２つの映像が完全に位置合
わせされると、ピクセルの各正方形対からのデー
タが一致する。自動位置合わせは３つの仮定を基
にしている。その１つは、欠陥に起因して一致し
ないピクセル対の数が、２つの映像が完全に位置
合わせされた時に一致するピクセル対の数より少
ないことである。第２は、位置合わせの狂いが平
均幾何学的配置の寸法より小さいことである。し
たがつて、約12.7ミクロン（0.5ミル）の位置合
わせの狂いを許容できる。第３の要求は、段の位
置の変化率である。この要求は容易に応じられ
る。

これらの備えを心にとめて、垂直バーより成る
２つの簡単な映像（マスクの小さな部分だけを表
す）について考えることにする。これらの映像は
メモリに貯えられる。これらは第９図に示されて
いる。第１の明らかな結論は、それから垂直方向
の位置合わせを行なうことができるデータをその
データが生ぜず、垂直縁部から水平方向の位置合
わせだけが可能であることである。

各映像はピクセルのマトリツクスに分割され
る。メモリにおけるこれらのピクセルの位置は空
間中における映像の位置合わせに依存する。欠陥
と正しい位置合わせを検出するために高速相関が
採用される。映像とセンサにより見られる位置と
の間で比較が行なわれ、同じ映像が左と右へ１ピ
クセルだけ電子的に移動させられる。第１の映像
が左へ移動された時に、図示の例には明らかに良
い一致がある。ここで、第１０図に示されている
ように、欠陥が１つの場の中に導入された時に何
が起るかに注意されたい。不一致の数は全ての場
合に増加するが、位置合わせされた映像は最低数
の不一致を依然として生ずる。それらの不一致は
もちろん欠陥である。垂直方向における精密な位
置合わせは水平縁部を用いて同じやり方で行なわ
れる。位置合わせの修正と欠陥の検出は、新しい
データが集められる速さと同じ速さで連続して行
なわれる。したがつて、最大の位置合わせの狂い
に適応するためにはメモリは十分な容量にする必
要があるだけである。映像位置の＋0.006または
−0.006の位置合わせの狂いについての用意が行
なわれる。これはテーブルのねじれと、約15.2cm
（６インチ）のマスクの初期誤差を補償するのに
適切であるもの以上である。

最小の欠陥を検出するために、光学系は開口数
0.4で制限される回折である。これは現在市販さ
れている引伸し位置合わせ器の開口数の約２倍で
あるから、引伸し位置合わせ器が焼付けできるも
のよりも小さな欠陥を分解する。約127×10^-6cm
（50×10^-6インチ）の大きさの欠陥の場合には、
検出確率は約50％で、約254マイクロセンチメー
トル（100マイクロインチ）ではその確率は95％
まで高くなる。開口数が大きくなると焦点深度が
浅くなる。許容できる映像縁部トレースに対する
本発明の装置の焦点深度は１ミクロンである。マ
スクのわん曲は数ミクロンのことがあるから、マ
スクを走査する場合には自動焦点合わせが重要で
ある。各センサからの電子信号の縁部トレースは
対物レンズの位置を自動的に調節するために用い
られる。最初の焦点は約0.025cm（10ミル）の面
積にわたる増分自動探索により見出される。マス
クは上（クロム）面により参照させられるから、
焦点の位置はマスクの厚さの影響は受けない。

欠陥の実際的な重要性はその寸法とマスク上の
位置に関連する。たとえば、けがき線の下側の欠
陥は問題をひき起しそうにない。このことは、各
型内で反復される領域と、ターゲツトなどの位置
合わせをするために用いられる類似の形にも適用
される。それらの領域はマイクロコンピユータの
メモリから読出され、それらの領域に起る欠陥は
無視される。各検査が終ると、欠陥部と欠陥のあ
る型を示す情報が与えられる。次に台を元へ自動
的に駆動して各欠陥を調べることができ、その欠
陥の場所と性質をテープまたはその他の出力媒
体、たとえば外部コンピユータ等へ入れられる。

欠陥の分類、それらの寸法と位置の決定および
台の制御に加えて、マイクロプロセツサは便利な
マン／マシン・インタフエースを可能にする。検
査の各手順と操作命令は要求に応じて、コンピユ
ータにより発生されるTV表示器２０（第１図参
照）上に表示される。この表示器２０の横には４
個のボタン１８がある。（適切なPROMを再プロ
グラミングすることにより英語以外のメツセージ
と言語も書くことができる。）各メツセージが現
われるにつれて、適切なタスクの実行に関連する
ボタンだけが操作可能とされる。そのタスクが完
了すると、指示されているボタンを押さなければ
ならない。適切なタスクのために不適当なボタン
を押してもそれは無視される。たとえば、左下の
型の隅がTVモニタ上の適切な要求に応じて顕微
鏡の視野の中心に置かれる。台のＸ−Ｙ位置か
ら、コンピユータはウエハーを横切つて型の位置
のマトリツクスを作る。それから、それは台を対
角線方向の16番目の型の隅の計算された位置まで
自動的に駆動し、「型の左下隅を光学系の中心に
置く」ことをオペレータに指令する。このように
して定められた台の位置が計算された位置と大幅
に異なる時は、初めの測定を反復することをオペ
レータは指令される。操作のこの自己点検および
自己訓練システムは設定誤差を小さくする。

この機械は一辺の大きさが約7.62〜15.2cm（３
〜６インチ）で、厚さが約0.152〜0.304（0.060〜
0.120インチ）のマスクを取り扱える。検査中に
マスクと光学装置を納める隔室は、マスクにきれ
いな環境を与えるために窒素で常に浄化される。
走査が終つてから欠陥が分類され、それらの欠陥
の場所が磁気テープに記録される。各欠陥の検査
と修理を行なうために、このテープはマスクとと
もに後の作業で使用できる。

本発明のマスク位置合わせ作業は読出しアドレ
スを変更することにより電子的に行なわれるか
ら、ますます小さい欠陥を検出するためには、原
則として光学系の倍率だけを拡大する必要がある
だけである。機械的な位置合わせ誤差は電子式位
置合わせ装置によりなお除去できる。

以上、ホトマスクを検査するためにとくに構成
された好適な実施例によつて本発明を説明した
が、この装置またはその各種の部品は他の用途に
適合させることができる。たとえば、物体を透過
する照明の代りに入射する照明を用いることによ
り、同じ検出装置を用いて半導体ウエハの欠陥を
検査することが可能となる。したがつて、添付し
た請求の範囲は、本発明の真の技術的範囲内に含
まれるような全ての変更、修正またはその他の用
途を全てカバーするものと解釈されることが出願
人の意図である。

Claims

【特許請求の範囲】１２つの同様な物体を検査経路に沿つて送るた
めのキヤリツジ要素と、それらの物体の対応する
部分を照明する照明要素と、照明された部分を
個々に検査するための電気−光学的要素とを含
み、この電気−光学的要素は、検査する物体の対
応する部分からの光をそれぞれ集める第１と第２
の別々の光学系にして、それぞれは、可動部材
と、この可動部材により保持され、前記物体の１
つから受ける光線を平行にする対物レンズと、平
行にされた光線を受けて、それらの光線を映像平
面上に集束させる可変焦点長のレンズアセンブリ
とを備え、一方の前記別々の光学系の可動部材は
他方の前記別々の光学系の可動部材へ機械的に連
結されて、前記可動部材の一方が１つの向きに動
くと他方の前記可動部材が逆の向きに同様な動き
をさせられるようにされており、更に、前記別々
の光学系のそれぞれは、付随の対物レンズを付随
の可動部材にとりつける調節可能なアタツチメン
ト要素と、検査する物体に対する前記対物レンズ
の位置を決定して調節信号を発生する焦点モニタ
要素と、前記調節信号に応じて、検査する物体に
対して焦点の合つた位置に前記対物レンズを維持
するように前記アタツチメントを調節する調節要
素とを備え、前記焦点モニタ要素は、前記別々の
光学系の一部に細い光ビームを透過させてその光
ビームを検査する物体に対する前記対物レンズの
視野の周辺の点に照射するレーザと、当該光学系
の光軸に沿つて配置され、所定の合焦位置に対す
る前記点の位置を検出してそれに相応する前記調
節信号を発生する要素と、不定の反射率を有する
物体の表面により生じるピント外れの映像を明確
に判別できるようにする所定の形を光ビームの点
に与えるように、前記光ビームの入射経路中に配
置されるアパーチヤとを含んでいる、第１と第２
の別々の光学系と；前記映像平面上に配置され、集められた光に応
じてそれに相応する電気信号を発生するように動
作する感光性検出要素とを備えることを特徴とす
る光学的検査装置。