JPH0299907A - 焦点位置検出方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウェノ・などを親、察する顕微鏡装置
における焦点位置検出方法及び装置に係り、特に、ＴＶ
左カメラ等エリア形メージセンサを画像検出に用いる場
合にも常に安定な最適焦点位置を検出可能とする焦点位
置検出方法に関する。

〔従来の技術〕

高集積ＬＳＩ等の外観検査を行う場合、これらは、１〜
２μｍの微細パターンを有するため、高倍率の顕微鏡が
使用される。高倍率の顕微鏡の焦、。

点深度は、１μｍ以下であり、外観検査を自動て−行う
場合には精密な自動焦点合せ機構が要求される。このた
め、焦点位置検出装置として、従来は鋭い先端を有する
触針による接触形の装置、細いノズル先端から噴出する
空気の流れ抵抗からノズル端と物体表面の間隔を求める
エアーマイクロ型の装置、静電容量から間隙を求める非
接触形の装置等があった。しかしながら、接触形の装置
では触針によシ試料に傷を付ける恐れがめった。エアー
マイクロ形、静電容置形の装置は、顕微鏡の対物レンズ
の他にノズルやピックアップが必要であることからスペ
ースがないときには使用不可能といった問題があった。

これに対処して、特開昭６２−３１８４５号公報に示さ
れる如く、顕微鏡照明系を利用して縞パターンを試料表
面に投影し、そのコントラストを検出することによシ焦
点位置を検出する装置が提案されている。

第５図は、その基本構成である。第６図に示すように光
遮断部５α透過部５ｂから成る投影すべきパターンマス
ク３が照明光学系の光軸に直交するように入れられてい
る。このパターンマスクは、ハーフミラ−４，対物レン
ズ５を介して試料６上に投影される。試料に投影された
パターンは、再びレンズ５．ハーフミラ−７′に介し、
ハーフミラ−８によ多分光し、一方はハーフミラ−８を
通過し、検出器９ｖｃ、、もう一方は、ハーフミラ−８
によシ反射し、検出器１１に至る。検出器９、検出器１
１は、各々、レンズ５の結像面を挟んで、後側と前側と
の位置関係になるように配置しである。

１０　、１２は、コントラスト検出回路で各々の検出器
上の像の光遮断部ろαと透過部６ｂ間のコントラストラ
求めるものである。第７図は、例としてレンズ５の焦点
面より、試料６が離れた場合のコントラスト検出器９，
１１の信号を示している。即ち、コントラスト検出回路
で、Ｃａ　、　Ｃｂｆ求め、どちらの値が大きいかによ
って、試料６がレンズ５の焦点面より近いか離れている
かを判断するも。

のである。従って、Ｃａ−Ｃｂのときが合焦点状態であ
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上により、光遮断部と透過部をもつ縞パタンを照明光
とレンズによシ試料面上に投影し、その投影パターンを
再びレンズで捕え、結像位置を挟んで前後にずらした検
出器で検出し、そのコントラスト＋ｍよｐ合焦点位１ｔ
ｋ求めることが可能であるが、この方式は、以下の配慮
がなされていない。即ち、投影パターンは、レンズ５の
視野内に投影されるため、視野の一部が、このパターン
のため見ることができなくなる。この影響は、例え・　
６　・ ば１次元のリニアイメージセンサ１３で像を検出する場
合のように視野全体を使用しない場合は、その空いてい
る視野を利用して例えば、第８図の如く視野内に投影す
ることで避けることができる。

しかし、ＴＶカメラの如く２次元で検出する検出器にあ
っては、例えば第９図に示す如くレンズ５の視野のほぼ
一杯を使用するため、投影したパターンによシ一部を見
ることが出来な（なる問題があった。検出器にかわシ、
目視で観察する場合も視野の一部が投影パターンで見え
なくなることは、同様である。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題点を解決し、
ＴＶカメラ等のエリア形イメージセンサでも、投影パタ
ーンの影響を受けることなく、画像検出ができる高精度
な焦点位置検出装置を提供するにある。

〔課題全解決するための手段〕

上記目的は、投影すべくマスクパターンの光遮断部の光
遮断波長、および、ＴＶカメラ等の検出光波長、コント
ラスト検出器のコントラスト検出波長の関係を以下のよ
うにすることによって達成される。すなわち、マスクパ
ターンの光遮断部の遮断波長域′ｋＴＶカメラ等の検出
光の利用波長域外とし、コントラスト検出波長域をマス
クパターンの遮断波長部に一致させることによって達成
される。なお、波長分離は、ＴＶカメラ等の検出器の前
面とコントラスト検出器の前面に各々、必要とされる遮
断特性をもつフィルタを配置すること。

によシ行うことができる。

〔作用〕

マスクパターンの光遮断部の遮断波長域とＴＶカメラ等
の検出器のパターン検出波長域をＴＶカメラ等の前面に
波長を選択的に遮断する光学フィルタを設けることによ
シ分離する。すなわち、まず、マスクパターンの光遮断
部のパターンをある波長以上′に遮断し、それ以下の波
長に対しては透過する薄膜によって形成する。もちろん
透過部は、全波長域の光を透過するものである。これに
よシ、照明光によって投影されたパターンは、ある波長
以上の光に対して明暗の投影縞パターンとな９、それ以
下の波長では、遮断部、透過部ともに光が透過している
ので明暗の投影パターンを生じない。

そこで、これらをある波長より短い波長を透過しそれ以
上を遮断するフィルタ全通してＴＶカメラで検出すると
検出した画像中には縞パターンの投影像が生ぜず、試料
面の像のみを得ることができる。一方、コントラスト検
出器側に対しては、ＴＶカメラ等の前面に配置した光学
フィルタと逆の特性、すなわち、ある波長より長い波長
全透過し、それ以下を遮断する特性をもつフィルタ全配
置することによって投影パターンのコントラストを検出
するもので、縞パターンのコントラスト像を得るために
関与しない波長域を使用しないことで鮮明な縞パターン
像を得、高い精度で焦点ずれを検出できるようにした。

以上により、ＴＶカメラ等のエリア形検出器においても
、画面内に投影されたパターンによって視野を犠牲にす
ることなく縞パターン投影式の焦点ずれ検出が可能とな
った。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図に従い説明する。

第１図は、本発明の一実施例を説明する構成図で、第５
図と同一の構成部品には同一の符号が付しである。光源
１は、キセノン、ハロゲンのよう。

な可視近赤外波長域で分光特性が著しく異ならないもの
を使用する。光源１からの光は、レンズ２を介してパタ
ーンマスク６を照明し、ハーフミラ４、対物レンズ５に
より試料６上　縞パターンを投影する。ここでパターン
マスクは、全波長全透過する透明部と、第２図に示すよ
うに入１以上の波長の光を遮断する特性をもつ光遮断部
から成る第６図のようなストライプパターンである。試
料６に投影された明暗の投影パターンは、再び対物レン
ズ５、ハーフミラ−４，７を介し、さらに光学フィルタ
ー１４′に通過してハーフミラ−８に至る。ハーフミラ
−８で分光され、一方はコントラスト検出器９に至る。

他方反射された光は、コントラスト検出器１１に至る。

ここで、コントラスト検出器９，１１の位Ｗ関係は、対
物レンズ５の結像位置を挟んで前後にずらして配置して
おく。

光学フィルタ１４は、第３図に示すように、入１よりわ
ずかに長い波長人２以上の光を透過し、それ以下の波長
の光は遮断する特性をもってし・る。

従って光学フィルタ１４を通過する光は、波長が入２以
上のみのもので、投影パターンの明暗のコントラストを
もつ光である。ここで入２を人１よりわずかに長くして
℃・る理由は、投影パターンのコントラストに寄与しな
い光が検出器９，１１に到達して全体のコントラストを
落さないためである。

一方、ハーフミラ−７を通過した光は、光学フィルタ１
５を通過してＴＶカメラ等の画像検出器１６に結像する
。光学フィルタ１５は、第４図に示すように、波長人５
より短い波長の光を透過し、それ以上の光を遮断する苛
性をもっている。従って光学フィルタ１５ヲ通過した光
は波長人６以下であり、波長人１以上で明暗のコントラ
ストをもつ投影パターンの像は形成されない。このため
、画像検出器１６の像斡゛、は、投影された縞パターン
の像はなく、波長人６以下で形成された試料乙の表面の
像であり、投影パターンに影響されることなく、視野全
域にれたって試料乙の像を得ることができる。以上の構
成により得た波長人２以上の投影パターンの明暗コント
ラストをコントラスト検出回路１０　、１２で求め、そ
の値の大・小によって焦点位置全検出するものである。

本実施例によれば、焦点位置検出に使用する光と、試料
面を観察する光とを分離したので、焦点位置検出のため
の投影パターンに影響されることなく試料面の観察が可
能となった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、顕微緋１゜視野
全域が縞パターンに影響されることなく使用できるので
、従来困難であった、ＴＶカメラ等のエリア形イメージ
センサによる画像検出が可能となり、半導体ウェハの外
観検査装置Ｉｔ等に適用する場合、高油で信頼性の高い
等顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例の構成図、第２図は、縞パ
ターンの光遮断部の光学特性図、第６勲区第４図は、第
１図中の光学フィルタの特性図、第５図は、従来例の構
成図、第６図は、縞パターンの−形状図、第７図は第５
図中のコントラスト検出器の信号波形図、第８図は、画
像検出器としてリニアイメージセンサを使用した場合の
顕微鏡視野内の縞パターン位置の例の説明図、第９図は
、ＴＶカメラ等のエリアイメージセンサを使用した場合
の顕微鏡視野とエリアイメージセンサの視野との関係説
明図である。 １・・・光源、２・・・レンズ、３・・・パターンマス
ク、４．７．８・・・ハーフミラ−５・・・対物レンズ
、９゜１１・・・コントラスト検出器、１４　、　ｉｓ
・・・光学フィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、光遮断部と透過部を周期的に組合せた縞パターンマ
   スクによる光パターンを被測定物体に投影結像し、被測
   定物体からの反射光パターンをイメージセンサで撮像し
   光パターンに対応した明暗情報を得、この明暗情報のコ
   ントラストから被測定物体面と顕微鏡合焦面との位置関
   係を検出する焦点位置検出方法において、該光遮断部は
   、ある波長入１以上の光のみを遮断、透過部は全波長の
   光を透過する特性を有し、かつ、反射光パターンを撮像
   する該イメージセンサへの入射光は、波長入１よりわず
   かに長い波長以上に制限、また、実際の測定物体面を観
   察する検出器への入射光は、波長入１よりわずかに小さ
   い波長以下に制限することを特徴とする焦点位置検出方
   法。