JPH0476450B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0476450B2
JPH0476450B2 JP61010300A JP1030086A JPH0476450B2 JP H0476450 B2 JPH0476450 B2 JP H0476450B2 JP 61010300 A JP61010300 A JP 61010300A JP 1030086 A JP1030086 A JP 1030086A JP H0476450 B2 JPH0476450 B2 JP H0476450B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microscope
focus
beam splitter
image
curve
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP61010300A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS61221716A (en
Inventor
Eichi Chadoitsuku Kaato
Emu Shurenbaagaa Aato
Esu Teeraa Jon
Aaru Saimonzu Richaado
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KEI ERU EI INSUTORUMENTSU CORP
Original Assignee
KEI ERU EI INSUTORUMENTSU CORP
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Filing date
Publication date
Priority claimed from US06/693,651 external-priority patent/US4639587A/en
Application filed by KEI ERU EI INSUTORUMENTSU CORP filed Critical KEI ERU EI INSUTORUMENTSU CORP
Publication of JPS61221716A publication Critical patent/JPS61221716A/en
Publication of JPH0476450B2 publication Critical patent/JPH0476450B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 〔利用分野〕 本発明は、全体として、物体の検査に用いられ
る対物レンズの焦点を自動的に調節する装置に関
するものであり、更に詳しくいえば、光フアイバ
束と、多重アパーチヤ投与レチクルと、一対の多
重アパーチヤ戻りマスクとを利用するとともに、
顕微鏡を被検査物体に対する焦点の位置に移動さ
せるように、顕微鏡の対物レンズとレチクルまた
は被検査物体の間の物理的な距離を変えるために
用いられる制御信号を発生する対応の検出器を利
用する電子光学的装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application] The present invention relates generally to a device for automatically adjusting the focus of an objective lens used for inspecting an object, and more particularly to a device for automatically adjusting the focus of an objective lens used for inspecting an object, and more particularly to a device for automatically adjusting the focus of an objective lens used for inspecting an object. Utilizing a multi-aperture dosing reticle and a pair of multi-aperture return masks;
Utilizing a corresponding detector that generates a control signal that is used to vary the physical distance between the microscope objective and the reticle or object to be inspected so as to move the microscope to a position of focus relative to the object to be inspected. It relates to electro-optical devices.

〔従来技術〕[Prior art]

フオトマスク等の物体の自動検査装置において
は、検査作業に使用するレンズの焦点を自動的に
合せる手段を含むことが重要である。フオトマス
ク検査用のレンズの焦点を自動的に合わせる従来
の装置の1つは、レンズ系を通して見られるレチ
クルの倍率が、そのレンズの像平面からのレチク
ルの距離の関数であるという事実を利用してい
る。その装置では、レチクルがレンズから離れる
向きでレンズの理想的な焦点位置から離れる向き
に動くにつれて、視野の周縁部内のある点がレン
ズの光軸へ向つて内側へ動き、同様に、物体がレ
ンズへ向つて動くと、視野の周縁部内のある点が
その光軸から離れて外側へ動く。したがつて、細
い光ビームを視野の周縁部内のある点に集束さ
せ、それから既知の位置に対するその点の位置を
検出することにより、対物レンズと被検査物体の
間の距離を決定できる。被検査物体の表面が全体
として滑らかである場合にはこの装置は良好に動
作するが、集積回路等が表面に形成されているシ
リコンウエハーに存在するような種類の多重レベ
ル表面の場合には許容確度は得られない。
2. Description of the Related Art In an automatic inspection apparatus for objects such as photomasks, it is important to include means for automatically focusing a lens used for inspection work. One conventional device for automatically focusing a lens for photomask inspection takes advantage of the fact that the magnification of a reticle seen through a lens system is a function of the distance of the reticle from the image plane of that lens. There is. In that device, as the reticle moves away from the lens and away from the lens' ideal focal point, a point within the periphery of the field of view moves inward toward the optical axis of the lens; , a point within the periphery of the field of view moves outward away from its optical axis. Thus, by focusing a narrow beam of light onto a point within the periphery of the field of view and then detecting the position of that point relative to a known position, the distance between the objective and the object to be examined can be determined. The device works well if the surface of the object being inspected is generally smooth, but it is not acceptable in the case of multi-level surfaces of the type present in silicon wafers on which integrated circuits etc. are formed. Accuracy cannot be obtained.

半導体ウエハー等を検査するために構成された
自動レンズ焦点装置が、1984年2月22日付の米国
特許出願第582584号に開示されている。その米国
特許出願により開示されている発明は本願の出願
人に譲渡されており、本願の優先権主張の基礎を
成す米国特許出願は、上記米国特許出願の一部継
続出願である。
An automatic lens focusing apparatus configured for inspecting semiconductor wafers and the like is disclosed in U.S. Patent Application No. 582,584, filed February 22, 1984. The invention disclosed by that U.S. patent application is assigned to the applicant of the present application, and the U.S. patent application upon which this application claims priority is a continuation-in-part of the above-mentioned U.S. patent application.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明の別の目的は、ウエハー検査装置等に使
用する改良した自動焦点装置を得ることである。
Another object of the invention is to provide an improved autofocus device for use in wafer inspection equipment and the like.

本発明の目的は、かなり大きい局部的な表面凹
凸を有し、かつ反射率が変動するパターン化され
たシリコンウエハーのようなターゲツトに対し
て、高精度で焦点を合わせることができる上記の
ような種類の装置を得ることである。
It is an object of the present invention to provide the above-mentioned method which can focus with high precision on a target such as a patterned silicon wafer which has considerable local surface roughness and whose reflectivity varies. It is to obtain different kinds of equipment.

要約すれば、本発明の好適な実施例は、光源
と、二重チヤネル光フアイバ束と、光をチヤネル
内へ交互に入れるための断続手段と、レチクルお
よび被検査物体上に交番する像を投与するための
関連する光学装置と、戻りマスクおび交番するレ
チクル像を調べる関連する検出器と、この検出器
の出力に応答して、装置の顕微鏡の焦点を合わせ
るためにその顕微鏡を駆動するように動作する制
御回路とを含む。この好適な実施例は、顕微鏡の
特定の対物レンズを受けるためのフリツピング瞳
も含む。
In summary, a preferred embodiment of the present invention includes a light source, a dual channel optical fiber bundle, a means for intermittent entry of light into the channels, and application of alternating images onto a reticle and an object to be inspected. an associated optical device for examining the return mask and the alternating reticle image, and an associated detector for driving the microscope in response to the output of the detector to focus the microscope of the device. and a control circuit that operates. This preferred embodiment also includes a flipping pupil to receive a specific objective of the microscope.

本発明の大きな利点は、パターン化されたシリ
コンウエハーの上に、多くのレベル変化および大
きなコントラスト変動をもつて焦点を合わせるこ
とができる装置が得られることである。この利点
が得られる理由は、両方のチヤネルで焦点が合つ
た時に、両方のチヤネルが同一の像を戻すためで
ある。それらのチヤネルが互いに差し引かれる
と、ウエハーパターンの影響が無くなる。したが
つて、顕微鏡のある特定の対物レンズが、検査さ
れる表面領域の局部的な平均凹凸に焦点を合わさ
れる。
A major advantage of the present invention is that it provides a device that can focus on a patterned silicon wafer with many level changes and large contrast variations. This advantage is achieved because both channels return the same image when both channels are in focus. When the channels are subtracted from each other, the influence of the wafer pattern is eliminated. A particular objective of the microscope is therefore focused on the local average roughness of the surface area to be examined.

〔実施例〕〔Example〕

以下、図面を参照して本発明を詳しく説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

まず、第1図を参照する。参照符号10で示さ
れている顕微鏡タレツトがタレツト装着兼位置決
め組立体12により保持される。このタレツト装
着兼位置決め組立体12は前記未決の米国特許出
願に開示されているようなものであつて、顕微鏡
の対物レンズのうちから選択した対物レンズを、
検査すべきウエハーWの上に位置させるためのも
のである。そのウエハーWは、切欠いた部分に参
照符号13で示されている可動台により支持され
る。タレツト装着兼位置決め組立体12は、参照
符号14で全体的に示されているタレツト駆動お
よび位置決め機構と、参照符号16で全体的に示
されている顕微鏡結像レンズ系とを含む。この装
置の光軸18が顕微鏡の対物レンズ20の1個
と、結像レンズ16と、視野レンズ22と、148
mmレンズ24と、ダイクロイツク・ビーム分割器
26と、300mmレンズ28と、ペンタプリズム3
0と、テレビカメラ34の入力レンズ32とで構
成される。レンズ24と28の間で光は平行にさ
れることに注意すべきである。テレビカメラ34
とペンタプリズム30の動作も前記米国特許出願
に記述されている。しかし、本発明は、顕微鏡の
自動焦点合わせを必要とする光学装置であれば、
どのような装置にも応用できることがわかるであ
ろう。
First, refer to FIG. A microscope turret, indicated generally at 10, is held by a turret mounting and positioning assembly 12. As shown in FIG. The turret mounting and positioning assembly 12 is of the type disclosed in the above-mentioned pending U.S. patent application and is capable of mounting a selected one of the microscope objectives.
It is for positioning on the wafer W to be inspected. The wafer W is supported by a movable table indicated by the reference numeral 13 in the notched portion. Turret mounting and positioning assembly 12 includes a turret drive and positioning mechanism, indicated generally at 14, and a microscope imaging lens system, indicated generally at 16. The optical axis 18 of this device is connected to one of the objective lenses 20 of the microscope, the imaging lens 16, the field lens 22, 148
mm lens 24, dichroic beam splitter 26, 300mm lens 28, and pentaprism 3
0 and the input lens 32 of the television camera 34. It should be noted that the light is collimated between lenses 24 and 28. TV camera 34
and the operation of pentaprism 30 are also described in the aforementioned US patent application. However, if the present invention is an optical device that requires automatic focusing of a microscope,
It will be seen that it can be applied to any device.

後で詳しく説明するように、自動焦点装置前置
増幅器38により発生された信号に応答した制御
器36が、タレツト駆動および位置決め機構14
へ駆動信号を与える。
A controller 36, responsive to signals generated by an autofocus preamplifier 38, controls the turret drive and positioning mechanism 14, as will be explained in more detail below.
Give a drive signal to.

参照符号40で全体的に示されている自動焦点
光学装置は第1の光路すなわち第1の光軸42を
形成する手段を含む。第1の光路42は石英ハロ
ゲン灯44と球面鏡46から始まり、集光レンズ
50と、ホツトミラー52を通る。第1の光路4
2は、ミラー52を通つて、チヨツパ輪54のア
パーチヤにより一対の最初に分離されている平行
光路すなわちチヤネルに分割される。それらのチ
ヤネルは光フアイバ束56(チヤネルA)と58
(チヤネルB)により形成される。光フアイバ束
56,58の末端部から出た光はフリツピング瞳
(flipping pupil)60と、赤色フイルタ62と、
50mm瞳レンズ64と、多重アパーチヤ投写レチク
ル66とを通る。それから、第1の光路42は5
%ビーム分割器68と、50%ビーム分割器70
と、結像レンズ72とを通つてからダイクロイツ
ク・ビーム分割器26において装置の光路すなわ
ち光軸18に入る。
The autofocus optical system, indicated generally by the reference numeral 40, includes means for forming a first optical path or axis 42. As shown in FIG. A first optical path 42 begins with a quartz halogen lamp 44 and a spherical mirror 46 and passes through a condenser lens 50 and a hot mirror 52. First optical path 4
2 is split through mirror 52 into a pair of initially separated parallel optical paths or channels by an aperture in chopper ring 54. These channels are fiber optic bundles 56 (channel A) and 58
(Channel B). Light emerging from the distal ends of fiber optic bundles 56, 58 is passed through a flipping pupil 60, a red filter 62, and a red filter 62.
It passes through a 50mm pupil lens 64 and a multiple aperture projection reticle 66. Then, the first optical path 42 is 5
% beam splitter 68 and 50% beam splitter 70
and imaging lens 72 before entering the optical path or optical axis 18 of the system at dichroic beam splitter 26.

レチクル66を通つた光の一部はビーム分割器
68により曲げられて、検出器の結像レンズ74
と反射器76を通つて、前方光検出器78に達す
る第2の光路すなわち光軸72に沿つて進む。
A portion of the light passing through the reticle 66 is bent by a beam splitter 68 and sent to the detector imaging lens 74.
and a reflector 76 along a second optical path or optical axis 72 to a forward photodetector 78 .

ウエハーWから戻つて、光路42に沿つて反射
された光はビーム分割器70により曲げられて、
別の50%ビーム分割器80と、第1の戻りマスク
88と、検出器レンズ90と、S−CURVE(S
−カーブ)検出器92とを含む第3の光路すなわ
ち光軸79に沿つて進む。この第3の光軸79に
沿つて戻つてきた光は、ビーム分割器80により
曲げられて、第2の戻りマスク82と検出器レン
ズ84を含む第4の光路すなわち光軸81に沿つ
て進み、SUM(和)検出器86に入射する。
Returning from wafer W, the light reflected along optical path 42 is bent by beam splitter 70 and
Another 50% beam splitter 80, a first return mask 88, a detector lens 90, and an S-CURVE (S-CURVE).
-curve) along the third optical path or optical axis 79 including the detector 92; The light returning along this third optical axis 79 is bent by a beam splitter 80 and continues along a fourth optical path or optical axis 81 that includes a second return mask 82 and a detector lens 84. , SUM (sum) detector 86 .

チヤネルA選択器96へ光を送るために、光フ
アイバ束56の一部は94において分割されてい
ることに注意されたい。検出器78,86,9
2,96の出力は全て前置増幅器38へ入力され
る。
Note that a portion of fiber optic bundle 56 is split at 94 to send light to channel A selector 96. Detector 78, 86, 9
All outputs of 2,96 are input to preamplifier 38.

後で更に説明するように、全体的にいえば、自
動焦点光学装置40は軸線方向にずれている投写
レチクル66の一対の赤色光像を、検査されるウ
エハーWの上に交互に投与する。軸線方向にずれ
たそれらの像は装置内を光軸79と81に沿つて
戻され、スロツトが設けられているマスクにより
光検出器上に集束させられる。そうすると、スロ
ツト状にされた像の関連するマスクに対する位置
は、顕微鏡のピントの状態を示すことになる。
Generally speaking, the autofocus optics 40 alternately deposits a pair of red light images of the axially offset projection reticle 66 onto the wafer W being inspected, as will be explained further below. These axially offset images are passed back through the device along optical axes 79 and 81 and focused onto a photodetector by means of a slotted mask. The position of the slotted image relative to the associated mask will then indicate the state of focus of the microscope.

先に述べたように、この自動焦点装置は100W
の石英ハロゲン灯44を光源として利用してい
る。この光源の光は球面鏡46により集められて
から、ミラー52とチヨツパ輪54により、光フ
アイバ束56,58の入口端部に収束させられる
(第2図)。光フアイバ束の出口端部57,59
は、顕微鏡の対物レンズの後アパーチヤの共役像
(瞳像)の所に置かれる。この共役像は、光フア
イバ束から出た光が瞳レンズ64を通つて平面と
なるように、光フアイバ束の出口端部を焦点距離
が50mmの瞳レンズ64の一方の焦点位置に置くこ
とにより、結像させられる。それから、その光
は、瞳レンズの他の焦点位置に置かれている投写
レチクル66を通る。このレチクル66は、100
mm自動焦点結像レンズ72の一方の焦点位置にも
置かれている。その自動焦点結像レンズ72はレ
チクルを通つた光を平行にする。赤色フイルタ6
2を通つた結果として650nmより長い波長のみ
を含んでいるその平行にされた光は、ビーム分割
器マウント26の一部を構成するダイクロイツク
ミラー27を通つて顕微鏡装置に入る。そのダイ
クロイツクミラー27は650nmより長い波長の
光を反射し、それより短い波長の光を透過させ
る。レチクル66を通つた光は、顕微鏡内の光路
に入つた時は平行にされているから、148mmの顕
微鏡レンズ24と300mmの顕微鏡結像レンズ28
の間の平行光領域においては、顕微鏡のピントが
合つている時に、レチクル像がウエハーW上に集
束させられる。
As mentioned earlier, this autofocus device is 100W
A quartz halogen lamp 44 is used as a light source. The light from this source is collected by spherical mirror 46 and then focused by mirror 52 and chopper ring 54 onto the entrance ends of fiber optic bundles 56, 58 (FIG. 2). Outlet ends 57, 59 of the fiber optic bundle
is placed at the conjugate image (pupil image) of the rear aperture of the microscope objective. This conjugate image is created by placing the exit end of the fiber optic bundle at the focal point of one of the pupil lenses 64 with a focal length of 50 mm so that the light exiting the fiber bundle passes through the pupil lens 64 into a plane. , is imaged. The light then passes through a projection reticle 66 placed at the other focal point of the pupil lens. This reticle 66 is 100
It is also placed at one focal position of the mm autofocus imaging lens 72. The autofocus imaging lens 72 collimates the light passing through the reticle. red filter 6
The collimated light, containing only wavelengths longer than 650 nm as a result of passing through the beam splitter mount 26, enters the microscope apparatus through a dichroic mirror 27 forming part of the beam splitter mount 26. The dichroic mirror 27 reflects light with a wavelength longer than 650 nm and transmits light with a shorter wavelength. Since the light passing through the reticle 66 is parallelized when it enters the optical path inside the microscope, the 148 mm microscope lens 24 and the 300 mm microscope imaging lens 28
In the parallel light region in between, the reticle image is focused on the wafer W when the microscope is in focus.

第3図にもつと良く示されているように、光フ
アイバ束56,58の出口端部57,59は、比
較的大きい固定アパーチヤ61により覆われる。
そのアパーチヤ61は、5倍、10倍、20倍および
50倍の対物レンズの後アパーチヤの共役像よりも
僅かに小さい。100倍対物レンズの後アパーチヤ
は他のものよりはるかに小さいから、100倍の対
物レンズが使用されている時は、小さいアパーチ
ヤ63がそれより大きいアパーチヤの上に置かれ
る。このアパーチヤの寸法は、100倍対物レンズ
の後アパーチヤの共役像より僅かに小さい。小さ
い方のアパーチヤを光路内にはじき入れたり、光
路からはじき出したりする組立体は「フルピル
(flupil)」(フリツピング瞳すなわちflipping
pupil)と呼ばれる。
As best shown in FIG. 3, the exit ends 57, 59 of the optical fiber bundles 56, 58 are covered by relatively large fixed apertures 61.
Its aperture 61 is 5x, 10x, 20x and
It is slightly smaller than the conjugate image of the rear aperture of the 50x objective. The rear aperture of the 100x objective is much smaller than the others, so when the 100x objective is used, the smaller aperture 63 is placed above the larger aperture. The dimensions of this aperture are slightly smaller than the conjugate image of the rear aperture of the 100x objective. The assembly that flips the smaller aperture into and out of the optical path is called a "flupil" (flipping pupil).
pupil).

この実施例においては、チヨツパ輪54は光フ
アイバ束の真ん前に置かれ、2組の開口部52
a,53bが各光フアイバ・チヤネルを引き続い
て交互に覆わなくする(第2図も参照)。チヨツ
パ輪54は、1800RPMで回転させられた時は、
アパーチヤを通る光が1600Hzの速さで「チヤネ
ル」から「チヤネル」へ切換えられるように形成
される。更に、ある任意の時刻にはただ1つのチ
ヤネルだけが照明される。任意の1つの時刻に
は、任意の対物レンズの後アパーチヤの上半分ま
たは下半分だけが照明されることになる。そのた
めに、顕微鏡の対物レンズがウエハーWに対して
上または下に動かされるにつれて、すなわち、対
物レンズがそれの焦点の内側または外側へ動かさ
れるにつれて、各光フアイバ・チヤネルに関連す
る投与レチクル66の戻り像が下または上に動か
されることになる。いいかえると、チヤネルAの
像が上へ動くと、チヤネルBの像が下へ動き、チ
ヤネルAの像が下へ動くとチヤネルBの像が上へ
動く。
In this embodiment, a tipper ring 54 is placed directly in front of the fiber optic bundle, and two sets of openings 52
a, 53b successively alternately uncover each fiber optic channel (see also FIG. 2). When the Chiyotsupa wheel 54 is rotated at 1800 RPM,
The configuration is such that the light passing through the aperture is switched from "channel" to "channel" at a rate of 1600 Hz. Furthermore, only one channel is illuminated at any given time. At any one time, only the top or bottom half of the rear aperture of any objective will be illuminated. To that end, as the objective lens of the microscope is moved up or down relative to the wafer W, i.e., as the objective lens is moved in or out of its focus, the dosing reticle 66 associated with each fiber optic channel is The return image will be moved down or up. In other words, when the channel A image moves up, the channel B image moves down, and when the channel A image moves down, the channel B image moves up.

上記のように、ウエハーWから戻つてきた自動
焦点赤色光の50%が結像レンズ72と投与レチク
ル66の間に位置させられているビーム分割器7
0により主ビームから分割されたものである。そ
れから、その光はビーム分割器80により2つの
等しいビームに分けられ、各ビームはレチクルの
像を戻りマスク82,88の上に交互に形成す
る。
As mentioned above, 50% of the autofocus red light returned from the wafer W is placed in the beam splitter 7 between the imaging lens 72 and the dosing reticle 66.
0 from the main beam. The light is then split by a beam splitter 80 into two equal beams, each beam forming an image of the reticle on a return mask 82, 88 in an alternating manner.

顕微鏡の対物レンズが焦点位置から上または下
へ動くにつれて、各戻り像は戻りマスク82,8
8それぞれの上で(各アパーチヤの長手軸に対し
て)横へ動くことがわかるであろう。戻りマスク
それぞれを通つた光は検出器レンズ84,90に
よりシリコン光検出器86,92の上にそれぞれ
集束させられる。
As the microscope objective moves up or down from the focal position, each return image is reflected by a return mask 82,8.
It will be seen that there is a transverse movement (relative to the longitudinal axis of each aperture) on each of the eight apertures. The light passing through each return mask is focused by detector lenses 84 and 90 onto silicon photodetectors 86 and 92, respectively.

次に第4図を参照する。この図には、投写レチ
クルの好適な実施例が、不透明な視野内の5本の
透明なバー67で構成されている様子が示されて
いる。それら5本のバーの像がウエハー上の領域
に結ばれる。その領域の高さはテレビカメラ34
の視野の幅に等しく、その領域の幅は長さの3倍
である。しかし、アパーチヤの形と寸法はそれに
限定されないことに注意すべきである。
Next, refer to FIG. This figure shows how the preferred embodiment of the projection reticle consists of five transparent bars 67 within an opaque field of view. Images of those five bars are focused on an area on the wafer. The height of that area is 34
is equal to the width of the field of view, and the width of the area is three times its length. However, it should be noted that the shape and dimensions of the aperture are not limited thereto.

各戻りマスク82,88(第5図)は、不透明
な背景上の透明バー87の同様なアレイで構成さ
れる。顕微鏡の焦点が合うと、両方のチヤネルか
らのレチクルの像が一致し、第5図に参照符号8
9で示されているように、S−CURVE戻りマス
クに整列させられる。対物レンズがそれの焦点位
置から上方へ動くと、チヤネルAに関連するレチ
クル像が上へ動き(チヤネルBからのレチクル像
は下へ動く)、したがつて、S−CURVE検出器
92に入射するチヤネルA(およびB)からの光
が増す。顕微鏡の対物レンズが下へ動くと、チヤ
ネルAの像が下へ動いて(チヤネルBの像は上へ
動いて)、検出器に入射する光が減少する。
Each return mask 82, 88 (FIG. 5) consists of a similar array of transparent bars 87 on an opaque background. When the microscope is focused, the reticle images from both channels coincide and are shown at 8 in FIG.
9, aligned to the S-CURVE return mask. As the objective lens moves upward from its focal position, the reticle image associated with channel A moves upward (the reticle image from channel B moves downward) and is therefore incident on the S-CURVE detector 92. Light from channel A (and B) increases. As the microscope objective moves down, the image of channel A moves down (and the image of channel B moves up), reducing the light incident on the detector.

後で詳しく説明するように、S−CURVE検出
器92の電流出力は電流電圧増幅器を介して送ら
れる。したがつて、S−CURVE検出器/増幅器
の電圧出力は、焦点の位置とともに、第6図に示
すような変化をほぼ示す。対物レンズの焦点がほ
ぼ合つていると、Bチヤネル像はAチヤネル像と
は逆の向きに動くから、S−CURVEはチヤネル
Bの信号に対しては逆になる。
As explained in more detail below, the current output of S-CURVE detector 92 is routed through a current-voltage amplifier. Therefore, the voltage output of the S-CURVE detector/amplifier exhibits a variation with the position of the focus approximately as shown in FIG. When the objective lens is almost in focus, the B channel image moves in the opposite direction to the A channel image, so the S-CURVE is opposite to the channel B signal.

検出器/増幅器の出力がチヨツパ輪54により
多重化され、1つの電圧が他の電圧から差し引か
れると、その結果は第7図に示すカーブに類似す
るカーブになる。1つのチヤネルでは一定である
が、チヤネル間では異なる背景光レベルのため
に、焦点が合つている時は、そのカーブは零を通
らない。この焦点バイアスは、後で自動焦点制御
器により差し引かれる。顕微鏡の焦点が合つてい
る時は、両方のチヤネルの戻り像は同一であるか
ら、戻り光はウエハー上のパターンとは独立であ
ることに注意されたい。このことは、ウエハーか
ら戻るレチクル像が、レチクルのパターンはもち
ろんのこと、ウエハーのパターンも含んでいるか
ら、非常に重要である。
When the detector/amplifier outputs are multiplexed by chopper wheel 54 and one voltage is subtracted from the other, the result is a curve similar to that shown in FIG. Due to background light levels that are constant in one channel but different between channels, the curve does not pass through zero when in focus. This focus bias is later subtracted by an autofocus controller. Note that when the microscope is in focus, the return images of both channels are identical, so the return light is independent of the pattern on the wafer. This is very important because the reticle image returned from the wafer includes not only the reticle pattern but also the wafer pattern.

第2の戻りマスクはSUMマスクで、投写され
たバーがSUM戻りマスク82の透明スロツト8
7の中心に置かれるように、対応する戻り投写レ
チクル像に整列させられることを除き、S−
CURVEマスクと同一である。したがつて、両方
のチヤネルの光は同じように挙動する。それらの
光は加え合わされて、第8図に示す信号となる。
The second return mask is a SUM mask where the projected bar is inserted into the transparent slot 8 of the SUM return mask 82.
S-7, except that the S-
Same as CURVE mask. Therefore, the light in both channels behaves the same way. The lights are added together to form the signal shown in FIG.

自動焦点の投写された光の強さがS−CURVE
とSUM信号のレベルに影響を及ぼさないように
するために、およびチヤネルAとBの光フアイバ
の効率の違いの影響を除去するために、この装置
には前方検出器78が含まれる。先に述べたよう
に、投写レチクル66を通る光の4%がプレート
ビーム分割器68により主投写ビームから分割さ
れて、第3の検出器レンズ74により検出器78
に焦点を結ばきれる。検出器78の出力は電圧に
変えられ、S−CURVEとSUMの検出器/増幅
器の電圧出力に分けられる。前方検出器78から
の信号は、自動焦点前置増幅器においてマルチプ
レクサ信号を同期させるためにも使用される。
The intensity of the autofocus projected light is S-CURVE
In order not to affect the levels of the and SUM signals, and to eliminate the effects of differences in the efficiency of the optical fibers of channels A and B, the device includes a forward detector 78. As previously mentioned, 4% of the light passing through the projection reticle 66 is split from the main projection beam by the plate beam splitter 68 and transmitted to the detector 78 by the third detector lens 74.
I can focus on. The output of detector 78 is converted to a voltage and split into the S-CURVE and SUM detector/amplifier voltage outputs. The signal from the front detector 78 is also used to synchronize multiplexer signals in the autofocus preamplifier.

装置の同期を容易にするために第4の検出器9
6が含まれる。チヤネルAの光フアイバ束56か
ら何本かの光フアイバ94が分離され、チヤネル
選択検出器96へ直接入力させるために使用され
る。いずれかのチヤネルがオンの時は前方検出器
78は正しく記録するが、チヤネルAだけがオン
の時にはチヤネル選択検出器96が記録する。自
動焦点前置増幅器の電圧出力は下記のように要約
される。
A fourth detector 9 to facilitate synchronization of the device.
6 is included. Several optical fibers 94 are separated from channel A fiber bundle 56 and used for direct input to channel selection detector 96. Forward detector 78 records correctly when any channel is on, but channel selection detector 96 records when only channel A is on. The voltage output of the autofocus preamplifier is summarized as follows:

各Vsa、Vsb、Vsuma、Vsumbに関連する一
定背景がある。それらは、下記のように定義する
ことにより表すことができる。
There is a certain background associated with each Vsa, Vsb, Vsuma, and Vsumb. They can be represented by the following definitions.

Vi=Vi′+Vi″、 i=Sa、Sb、suma、sumb (1) ここに、Vi′は焦点位置に依存するViの部分、 Vi″は散乱光と、対物レンズの焦点距離とは独
立のレンズ表面からの曲りとによる、関連する背
景信号である。
Vi=Vi′+Vi″, i=Sa, Sb, suma, sumb (1) Here, Vi′ is the part of Vi that depends on the focal position, and Vi″ is the scattered light and the part that is independent of the focal length of the objective lens. The associated background signal is due to curvature from the lens surface.

(Vi′とVi″は同程度の大きさである) また、FaとFbがそれぞれチヤネルAとBに対
する前方検出器信号を表すものとすると、S−
CURVE信号は、 S−CURVE =Vsa′+Vsa″/Fa−Vsb′+Vsb″/Fb (2) で与えられ、SUM信号は、 SUM=Vsuma′+Vsuma″/Fa +Vsumb′+Vsumb″/Fb (3) で与えられる。
(Vi′ and Vi″ are of similar magnitude) Also, if Fa and Fb represent the forward detector signals for channels A and B, respectively, then S−
The CURVE signal is given by S−CURVE = Vsa′+Vsa″/Fa−Vsb′+Vsb″/Fb (2), and the SUM signal is given by SUM=Vsuma′+Vsuma″/Fa +Vsumb′+Vsumb″/Fb (3). Given.

前記未決の米国特許出願の明細書において説明
されているように、この装置がマクロモードにあ
ると、顕微鏡の下にはウエハーはなく、S−
CURVE検出器とSUM検出器から読とられるも
のは全て背景信号である。この信号は対物レンズ
の倍率の関数で、それ以外に関しては一定であ
る。
As explained in the specification of the aforementioned pending US patent application, when the apparatus is in macro mode, there is no wafer under the microscope and the S-
All that is read from the CURVE and SUM detectors is the background signal. This signal is a function of the objective lens magnification and is otherwise constant.

S−CURVE(MACRO) =Vsa″/Fa−Vsb″/Fb (4) および、 SUM(MACRO)= Vsuma″/Fa+Vsumb″/Fb (5) が得られる。(4)式を(2)式に代入し、(5)式を(3)式に
代入すると、 S−CURVE=Vsa′/Fa−Vsb′/Fb+
(S−CURVE(MACRO))(6) および、 SUM=Vsuma′/Fa +Vsumb′/Fb+(SUM(MACRO)) (7) となる。
S−CURVE(MACRO)=Vsa″/Fa−Vsb″/Fb (4) and SUM(MACRO)=Vsuma″/Fa+Vsumb″/Fb (5) are obtained. Substituting equation (4) into equation (2) and equation (5) into equation (3), S−CURVE=Vsa′/Fa−Vsb′/Fb+
(S-CURVE(MACRO)) (6) and SUM=Vsuma'/Fa +Vsumb'/Fb+(SUM(MACRO)) (7).

自動焦点制御器は、装置がマクロモードにある
時は各対物レンズに対するS−CURVE
(MACRO)とSUM(MACRO)とを記録し、装
置の焦点が合つている時はS−CURVEとSUM
の出力からそれらを差し引く。これにより、 Vsa′/Fa−Vsb′/Fb=(S−CURVE)
−(S−CURVE(MACRO))(8) と、 Vsuma′/Fa+Vsumb′/Fb =SUM−SUM(MACRO) (9) が得られる。
The autofocus controller controls the S-CURVE for each objective lens when the instrument is in macro mode.
(MACRO) and SUM (MACRO) are recorded, and when the device is in focus, S-CURVE and SUM are recorded.
Subtract them from the output of . As a result, Vsa′/Fa−Vsb′/Fb=(S−CURVE)
−(S−CURVE(MACRO)) (8) and Vsuma′/Fa+Vsumb′/Fb = SUM−SUM(MACRO) (9) are obtained.

ウエハーの反射率の変動と背景信号について信
号を補償するために、(8)式を(9)式で除することに
より最後の帰還信号が得られる。すなわち、 S−CURVE(NORM)=Vsa′/Fa−Vsb′/Fb/V
suma′/Fa−Vsumb′/Fb =(S−CURVE)−(S−CURVE(
MACRO))/SUM−SUM(MACRO)(10) 次に第9図を参照する。この図は自動焦点前置
増幅器38の機能ブロツク図である。この自動焦
点前置増幅器は焦点(S−CURVE)検出器92
およびSUM検出器86の出力を有し、それらの
信号から差(S−CURVE)出力とSUM(反射
率)出力を出力端子100,102にそれぞれ発
生して、それらの出力を自動焦点制御器36(第
1図)へ与える。この自動焦点制御器へのそれら
2つの入力信号の処理はほぼ同様にして行われ
る。焦点検出器92の出力は、2つの断続される
瞳が「オフ」であるような間隙により分離されて
いる2つの断続される各瞳に対応する交番電流パ
ルスで構成され、電流−電圧変換器として構成さ
れているチヨツパ安定化増幅器104へ入力され
る。この結果として図示の点に電圧波形W1が発
生される。(第10図も参照)。
The final feedback signal is obtained by dividing equation (8) by equation (9) to compensate the signal for wafer reflectivity variations and background signals. That is, S−CURVE(NORM)=Vsa′/Fa−Vsb′/Fb/V
suma′/Fa−Vsumb′/Fb = (S−CURVE)−(S−CURVE(
MACRO))/SUM−SUM(MACRO)(10) Next, refer to FIG. This figure is a functional block diagram of autofocus preamplifier 38. This autofocus preamplifier is a focus (S-CURVE) detector 92
and a SUM detector 86, and generates a difference (S-CURVE) output and a SUM (reflectance) output from these signals to output terminals 100 and 102, respectively, and sends these outputs to an automatic focus controller 36. (Figure 1). Processing of the two input signals to the autofocus controller is performed in substantially the same manner. The output of the focus detector 92 consists of alternating current pulses corresponding to each of the two interrupted pupils separated by a gap such that the two interrupted pupils are "off", and the current-to-voltage converter is input to a chopper stabilizing amplifier 104 configured as a. As a result, a voltage waveform W1 is generated at the point shown. (See also Figure 10).

自動焦点前置増幅器の基本的な機能は、その信
号の時間多重化された2つの値の差を決定するこ
とである。しかし、2つと瞳は強さが完全には平
衡されていないから、焦点信号を前方へ進む光の
強度に関して最初に正規化せねばならない。これ
は前方センサ78の出力を用いて行われる。その
前方センサは前方へ進む光から取出された小さい
部分を測定する。第9図に示すように、センサ7
8の出力は電流−電圧変換器106へ入力されて
波形W3を発生する(第10図)。それから焦点
信号W1が信号W3により除されて、焦点戻り信
号を前方瞳強度に対して正規化する。
The basic function of an autofocus preamplifier is to determine the difference between two time-multiplexed values of its signal. However, since the two and the pupil are not perfectly balanced in intensity, the focus signal must first be normalized with respect to the intensity of the forward traveling light. This is done using the output of the front sensor 78. The forward sensor measures a small fraction of the light traveling forward. As shown in FIG.
The output of 8 is input to a current-voltage converter 106 to generate a waveform W3 (FIG. 10). Focus signal W1 is then divided by signal W3 to normalize the focus return signal to the forward pupil intensity.

信号W3による信号W1の除算はアナログ除算
器108により行われる。両方の瞳がオフである
(除算入力がゼロに等しい)時に装置が飽和する
ことを阻止するため、そのオフ期間中に先行する
チヤネル値を保持するように除数入力にホールド
機能110が付加される。これにより正規化され
た焦点信号W5が発生する(第10図)。この正
規化によつて2つのチヤネルを平行させることに
加えてこの装置を焦点照明器の輝度から独立させ
ることも行う。
Dividing signal W1 by signal W3 is performed by analog divider 108. To prevent the device from saturating when both pupils are off (divider input equal to zero), a hold function 110 is added to the divisor input to hold the previous channel value during the off period. . This generates a normalized focus signal W5 (FIG. 10). In addition to parallelizing the two channels, this normalization also makes the device independent of the brightness of the focal illuminator.

各センサ入力対に対して差信号が計算される。
任意の時刻にどの瞳が動作するかを指示するため
に第4のセンサ96(A−選択)が用いられる。
波形W4を発生するために、そのセンサは他のセ
ンサと同様にバツフアされる。その波形W4は、
前方信号W3とともに、和および差回路のための
タイミング・ロジツクを制御するために用いられ
る。正規化された焦点信号は平衡変調器112へ
与えられる。この平衡変調器は一対のチヤネルの
うちの第1のチヤネルに対してマイナス1に等し
い利得を有する。それから出力W7が積分器11
4により、タイミング・ロジツク116により定
められる時間にわたつて積分され、その結果が一
時的に保持される。一対のチヤネルのうちの第2
のチヤネルに対しては、変調器の利得は+1へ切
換えられ、信号W7が第1のチヤネルに対する積
分時間と同じ時間だけ再び積分される。したがつ
て、積分器の出力は第1のチヤネルに対して徐々
に上昇し、第2のチヤネルに対しては徐々に下降
する。この処理の後の積分器の正味の出力は時間
多重化された2つの信号の差を表す。その値はサ
ンプル・ホールド回路(スイツチ118とコンデ
ンサ120)により標本化および保持され、それ
から増幅器122により増幅されて端子100に
S−CURVE(差)出力を発生する。それから積
分器114がリセツトされ、サイクルが繰返えさ
れる。この積分処理/標本化処理/リセツト処理
によりセンサノイズおよび前置増幅器ノイズの影
響を最小限にする。
A difference signal is calculated for each pair of sensor inputs.
A fourth sensor 96 (A-selection) is used to indicate which pupil is active at any given time.
To generate waveform W4, that sensor is buffered like the other sensors. The waveform W4 is
Used in conjunction with forward signal W3 to control the timing logic for the sum and difference circuits. The normalized focus signal is provided to a balanced modulator 112. The balanced modulator has a gain equal to minus one for the first channel of the pair of channels. Then the output W7 is the integrator 11
4, the result is integrated over a time determined by timing logic 116 and the result is temporarily held. second of a pair of channels
For the first channel, the modulator gain is switched to +1 and the signal W7 is re-integrated for the same integration time as for the first channel. Therefore, the output of the integrator gradually rises for the first channel and falls gradually for the second channel. The net output of the integrator after this processing represents the difference between the two time multiplexed signals. That value is sampled and held by a sample and hold circuit (switch 118 and capacitor 120) and then amplified by amplifier 122 to produce an S-CURVE (difference) output at terminal 100. Integrator 114 is then reset and the cycle repeats. This integration/sampling/resetting process minimizes the effects of sensor noise and preamplifier noise.

端子102に発生されるSUM出力は、この場
合には個々の時間多重化された信号の和を表す信
号を発生するために、正規化された信号が両方の
チヤネルに対して同じ向きに積分されるから、平
衡変調器が必要でないということを除き、S−
CURVE(差)出力と同様にして発生される。
The SUM output produced at terminal 102 indicates that the normalized signal is integrated in the same direction for both channels to produce a signal that in this case represents the sum of the individual time-multiplexed signals. Therefore, S-
Generated in the same way as the CURVE (difference) output.

次に、自動焦点制御器36の主な部品を示すブ
ロツク図である第11図を参照する。この自動焦
点制御器36は、前置増幅器38により発生され
たS−CURVE信号およびGUM信号と、符号化
された位置信号を処理して対物レンズのマウント
を焦点位置へ駆動することがわかるであろう。自
動焦点制御器36の動作は、主コンピユータ(図
示せず)から直列データリンクを介して送られた
命令により開始される。この自動焦点制御器は、
第11図に示されている機能部品に加えて、1チ
ツプマイクロコンピユータ/マイクロ制御器12
0を含む。
Reference is now made to FIG. 11, which is a block diagram showing the major components of autofocus controller 36. It can be seen that the autofocus controller 36 processes the S-CURVE and GUM signals generated by the preamplifier 38 and the encoded position signal to drive the objective lens mount to the focus position. Dew. Operation of autofocus controller 36 is initiated by instructions sent via a serial data link from a main computer (not shown). This autofocus controller is
In addition to the functional components shown in FIG.
Contains 0.

顕微鏡位置決め機構14を駆動するために用い
られる直流モータの軸の回転が増分角符号器(図
示せず)により監視される。この増分角符号器は
二相組合せパルスを自動焦点制御器の符号器ロジ
ツク122へ与える。そうするとそのロジツク
は、16ビツト絶対位置カウントをデータバス12
4を介してマイクロコンピユータ120へ与え
る。2000カウントがモータの軸の1回転に対応す
る。その軸の回転は、装置12(第1図)に含ま
れているマイクロメータ駆動機構およびレバーア
ームを介して、対物レンズマウントの20ミクロン
の動きに変えられる。
Rotation of the shaft of the DC motor used to drive the microscope positioning mechanism 14 is monitored by an incremental angle encoder (not shown). This incremental angle encoder provides a biphasic combined pulse to the encoder logic 122 of the autofocus controller. The logic then stores the 16-bit absolute position count on the data bus 12.
4 to the microcomputer 120. 2000 counts corresponds to one revolution of the motor shaft. Rotation of that axis is translated into a 20 micron movement of the objective lens mount via a micrometer drive mechanism and lever arm included in device 12 (FIG. 1).

SUM信号は差動信号として入力端子126へ
与えられる。その差動信号は増幅器128により
シングルエンデツドの形に変えられ、それからア
ナログ−デジタル変換器130により8ビツトデ
ジタル信号に変えられる。
The SUM signal is applied to input terminal 126 as a differential signal. The differential signal is converted to single-ended form by amplifier 128 and then converted to an 8-bit digital signal by analog-to-digital converter 130.

入力端子132におけるS−CURVE信号も増
幅器134によりデジタルからシングルエンデツ
ドの形に変えられる。それから、その信号はアナ
ログ除算器136へ与えられ、そのアナログ除算
器においてS−SURVEオフセツト電圧がそれか
ら差し引かれ、その差が和正規化電圧により除さ
れる。その後で、このようにして「条件づけられ
た」S−CURVE信号が双極性アナログ−デジタ
ル変換器138により10ビツト・デジタル信号に
変換される。図示のように、S−CURVEオフセ
ツト信号とSUM正規化信号はマイクロコンピユ
ータ120によりセツトされ、デジタル−アナロ
グ変換器140,142によりそれぞれアナログ
形式に変換される。アナログ−デジタル変換器1
30,138の出力端子にそれぞれ発生された
SUM信号とS−CURVE信号はマイクロコンピ
ユータ120により読取られる。
The S-CURVE signal at input terminal 132 is also converted from digital to single-ended form by amplifier 134. The signal is then provided to an analog divider 136 in which the S-SURVE offset voltage is subtracted therefrom and the difference is divided by the sum normalized voltage. The S-CURVE signal thus "conditioned" is then converted to a 10-bit digital signal by bipolar analog-to-digital converter 138. As shown, the S-CURVE offset signal and the SUM normalization signal are set by microcomputer 120 and converted to analog form by digital-to-analog converters 140 and 142, respectively. Analog-digital converter 1
generated at 30,138 output terminals, respectively.
The SUM and S-CURVE signals are read by microcomputer 120.

自動焦点制御器36は、8ビツトD/A変換器
144を介してアナログ・モータ駆動信号を出力
端子146に発生する。発生されたこの信号は別
の電力増幅器へ与えられ、それから、先に説明し
たように機械的なリンク機構を介して対物レンズ
マウント12を駆動する直流モータへ与えられ
る。マイクロコンピユータが閉ループサーボ制御
を行うことができるように、そのモータの動きは
符号器の変化とS−CURVE信号の変化との少く
とも一方として帰還される。
Autofocus controller 36 generates an analog motor drive signal at output terminal 146 via an 8-bit D/A converter 144. This signal generated is applied to another power amplifier and then to a DC motor that drives the objective lens mount 12 via a mechanical linkage as previously described. The motor movement is fed back as changes in the encoder and/or changes in the S-CURVE signal so that the microcomputer can perform closed loop servo control.

次に第12図および第13図を参照する。本発
明の自動焦点装置は2種類の制御ループを採用し
ていることがわかるであろう。第12図は、制御
器が符号器のカウンタを監視して、目標値まで制
御するために使用する位置制御ループを示す。光
学的なリミツトセンサ(図示せず)が自動焦点装
置12内におけるレバーアームの移動の上限と下
限を監視し、符号器カウントが上限を参照して初
期化される。その制御ループを安定にするため
に、マイクロコンピユータはソフトウエアにより
第二種のデジタルフイルタを構成する。
Reference is now made to FIGS. 12 and 13. It will be appreciated that the autofocus device of the present invention employs two types of control loops. FIG. 12 shows the position control loop used by the controller to monitor and control the encoder counter to a target value. Optical limit sensors (not shown) monitor the upper and lower limits of lever arm travel within the autofocus device 12 and encoder counts are initialized with reference to the upper limits. In order to stabilize the control loop, the microcomputer configures a second type of digital filter through software.

第13図はS−CURVE制御ループを示す。こ
のサーボループはS−CURVEの直線領域におい
てのみ動作できる。各対物レンズのための標本カ
ーブは、カーブのこう配が対物レンズと倍率とと
もに急になることを示す。カーブの振幅はウエハ
ー表面の反射率にも比例する。それらの要因のた
めに、もし補償が行われないと、焦点サーボの開
ループ利得が変化させられる。したがつて、マイ
クロコンピユータはソフトウエア・デジタルフイ
ルタの利得を設定する。これにより対物レンズの
倍率によるカーブのこう配の変化が補償される。
SUM正規化電圧により入来S−CURVEを除す
ことにより反射率の変化が正規化される。SUM
により得られた信号はウエハーの反射率にも比例
するから、アナログ除算器からの出力は反射率を
正規化されたS−CURVE信号である。
FIG. 13 shows the S-CURVE control loop. This servo loop can only operate in the linear region of S-CURVE. The specimen curve for each objective shows that the slope of the curve becomes steeper with objective and magnification. The amplitude of the curve is also proportional to the reflectance of the wafer surface. Because of these factors, if no compensation is performed, the open loop gain of the focus servo will be changed. Therefore, the microcomputer sets the gain of the software digital filter. This compensates for changes in the slope of the curve due to the magnification of the objective lens.
The change in reflectance is normalized by dividing the incoming S-CURVE by the SUM normalization voltage. SUM
Since the signal obtained by is also proportional to the reflectance of the wafer, the output from the analog divider is the reflectance normalized S-CURVE signal.

その結果としてS−CURVEアナログ−デジタ
ル変換器へ与えられる入力は、 (S−CURVE(NORM)=(S−CURVE)−(S−CU
RVE(MACRO))/SUM−SUM(MACRO)) である。それらの「マクロ」値は最初に差し引か
れる。というのは、それらの「マクロ」値は、ウ
エハーから反射された信号には関連しない光学的
なゴーストから生ずるオフセツトだからである。
この自動焦点サーボループは、位置(符号器)ル
ープと対比して、付加素子を含み、したがつて、
安定にするために、補償用の第二種デジタルフイ
ルタは異つて配置される極と零を有する。装置の
構成を最適にするために係数を容易に変えること
ができることがソフトウエア・デジタルフイルタ
の利点である。
The resulting input to the S-CURVE analog-to-digital converter is (S-CURVE(NORM) = (S-CURVE) - (S-CU
RVE(MACRO))/SUM−SUM(MACRO)). Their "macro" values are first subtracted. This is because these "macro" values are offsets resulting from optical ghosts that are not related to the signal reflected from the wafer.
This autofocus servo loop, in contrast to the position (encoder) loop, includes additional elements and thus:
For stability, the compensating type 2 digital filter has poles and zeros arranged differently. An advantage of software digital filters is that the coefficients can be easily changed to optimize the configuration of the device.

動作時には、自動焦点制御器36は主コンピユ
ータの指令に応答して、焦点を探して、その焦点
にオツクするために対物レンズマウントを希望の
(ターゲツト)位置(たとえば、対物レンズがウ
エハーを妨げることがない安全後退高さ)へ動か
し、または、この自動焦点装置を残りの機構とと
もに機能させるために求められる他の動作を行
う。それらの動作のほとんどは単純なものである
が、「焦点を探す」ルーチンと、その焦点位置を
保つためのルーチンについては述べなければなら
ない。
In operation, automatic focus controller 36 responds to commands from the main computer to locate a focus point and move the objective lens mount to a desired (target) position (e.g., if the objective lens does not interfere with the wafer) in order to locate and orient the focus point to that focus point. or perform any other actions required to make this autofocus device work with the rest of the mechanism. Most of these operations are simple, but the "finding focus" routine and the routine for maintaining that focus position must be mentioned.

自動焦点制御器の全ての機能は約700マイクロ
秒の繰返えし時間サイクル内で起る。したがつ
て、各サイクルごとに自動焦点制御器はSUM・
A/D変換器と、S−CURVE・A/D変換器
と、位置符号器と、入力指令線とを標本化する。
また、自動焦点制御器は直流位置制御モータの駆
動信号を出力し、出力状態線を更新する。タイマ
サイクルは、位置ループおよび焦点ループで用い
られるデジタルフイルタのための個別時間標本化
期間を有する。
All functions of the autofocus controller occur within a repeating time cycle of approximately 700 microseconds. Therefore, for each cycle the autofocus controller
The A/D converter, S-CURVE/A/D converter, position encoder, and input command line are sampled.
The automatic focus controller also outputs a drive signal for the DC position control motor and updates the output status line. The timer cycle has separate time sampling periods for the digital filters used in the position and focus loops.

焦点を探すルーチンの動作が第14図に示され
ている。第14図において、縦軸は対物レンズマ
ウントの垂直位置を表す。S−CURVE信号も示
されている。水平時間軸は駆動電圧の振幅と向き
を表す。焦点を探す動作はS−CURVEのスター
トの上方の後退位置から始まる。それから対物レ
ンズマウントの動きがそれらの軸に対して描かれ
る。
The operation of the focus finding routine is shown in FIG. In FIG. 14, the vertical axis represents the vertical position of the objective lens mount. Also shown is the S-CURVE signal. The horizontal time axis represents the amplitude and direction of the drive voltage. The focus search begins from a retracted position above the start of the S-CURVE. The movement of the objective lens mounts is then plotted relative to their axes.

焦点を探すことを可能にする指令を受けると、
自動焦点制御器は最高駆動電圧を与えて対物レン
ズをS−CURVEへ向つて下降させる。S−
CURVEの零交差を自動焦点制御器が検出する
と、自動焦点制御器は対応する符号器位置を希望
の焦点位置として記録する。それと同時に、まず
初めに対物レンズマウントを停止させるために上
昇させる向きの最高駆動電圧を与え、それから対
物レンズマウントの動きを逆にする。この点で自
動焦点制御器は停止位置を記録し、その停止位置
と焦点の間の目標位置を計算する。それから自動
焦点制御器は全駆動電圧を加えて対物レンズマウ
ントを目標位置まで駆動し、最後に下向きの駆動
電圧を与えて焦点に最終的に停止させる。この点
で自動焦点制御器は開ループ制御モードを出て、
焦点位置においてサーボ制御するために焦点ルー
プを閉じる。実際には、機構部品の弾性による伸
びと、S−CURVEの付加零交差のような諸要因
を修正するために、上記動作はもう少し複雑であ
る。
Once you receive a command that allows you to find your focus,
The autofocus controller applies the highest drive voltage to lower the objective toward the S-CURVE. S-
When the autofocus controller detects a zero crossing of CURVE, the autofocus controller records the corresponding encoder position as the desired focus position. At the same time, the maximum driving voltage is first applied in an increasing direction to stop the objective lens mount, and then the movement of the objective lens mount is reversed. At this point the autofocus controller records the stop position and calculates the target position between the stop position and the focus. The automatic focus controller then applies a full drive voltage to drive the objective lens mount to the target position, and a final downward drive voltage to bring it to a final stop at the focus. At this point the autofocus controller exits open loop control mode and
Close the focus loop to servo control the focus position. In practice, the above operation is a little more complex in order to correct for factors such as elastic elongation of mechanical parts and additional zero-crossings of the S-CURVE.

焦点ループが選択されたフイルタ値で閉じられ
ると、自動焦点装置はS−CURVE上の零位置に
おいてサーボ制御を行う。しかし、自動焦点装置
により(赤外線で)測定された最適の焦点位置
と、テレビカメラにより(可視光で)監視される
焦点位置の間には決定的な位置ずれが存在する。
この位置ずれは色ずれと呼ばれ、対物レンズごと
に異なる。その色ずれは最初の較正時に各対物レ
ンズごとに測定される。焦点位置に達したら、自
動焦点制御器は対物レンズマウントをその較正さ
れた色ずれ位置へ動かす。S−CURVEの焦点に
対して対物レンズの高さを制御するために、別の
ずれを与えることがある。こうすることは、たと
えば、視野の深さより深い諸特徴を100倍率で見
る時などに有用である。
When the focus loop is closed at the selected filter value, the autofocus device servos at the null position on the S-CURVE. However, there is a definite misalignment between the optimal focus position measured by the autofocus device (infrared) and the focus position monitored by the television camera (in visible light).
This positional shift is called color shift, and differs depending on the objective lens. The color shift is measured for each objective during initial calibration. Once the focus position is reached, the automatic focus controller moves the objective lens mount to its calibrated color shift position. Another offset may be applied to control the height of the objective lens relative to the focus of the S-CURVE. This is useful, for example, when viewing features deeper than the depth of the field of view at 100 magnification.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の自動焦点装置を示す分解斜視
図、第2図は光チヨツパ輪および関連する光フア
イバ束の照明される端部を詳しく示す線図、第3
図は本発明に使用する二重アパーチヤ瞳機構の詳
細を示す線図、第4図は本発明の投写レチクルを
示す線図、第5図は顕微鏡の焦点が合つている時
に投写レチクルの像とS−CURVEマスクが整列
させられている様子を示す線図、第6図、第7図
および第8図は本発明の自動焦点装置の動作を示
すカーブ、第9図は本発明の自動焦点前置増幅器
の主な機能部品を示すブロツク図、第10図は第
9図のブロツク図中の特定の点における信号の波
形図、第11図は本発明の自動焦点制御器の主な
機能部品を示すブロツク図、第12図および第1
3図は位置帰還および焦点帰還のための制御ルー
プを示す機能ブロツク図、第14図は本発明の焦
点を探す動作を示す線図である。 14……タレツト駆動および位置決め機構、2
6,68,70,80……ビーム分割器、34…
…テレビカメラ、38……自動焦点前置増幅器、
44……光源、54……チヨツパ輪、56,58
……光フアイバ束、60……瞳、66……投写レ
チクル、74……検出器結像レンズ、76……反
射器、78……前方光検出器、82,88……戻
りマスク、86……SUM検出器、92……S−
CURVE検出器、102……チヨツパ安定化増幅
器、106……電流−電力変換器、112……平
衡変調器、114……積分器、120……マイク
ロコンピユータ、122……符号器ロジツク、1
30,138……アナログ−デジタル変換器、1
40,142……デジタル−アナログ変換器。
1 is an exploded perspective view of the autofocus device of the present invention; FIG. 2 is a diagram detailing the illuminated end of the optical chopper ring and associated optical fiber bundle; and FIG.
The figures are diagrams showing details of the dual aperture pupil mechanism used in the present invention, Figure 4 is a diagram showing the projection reticle of the invention, and Figure 5 is a diagram showing the image of the projection reticle when the microscope is in focus. Diagrams showing how the S-CURVE masks are aligned; FIGS. 6, 7 and 8 are curves showing the operation of the autofocus device of the present invention; FIG. 9 is a diagram showing how the S-CURVE masks are aligned; 10 is a waveform diagram of a signal at a specific point in the block diagram of FIG. 9. FIG. 11 is a block diagram showing the main functional parts of the automatic focus controller of the present invention. The block diagrams shown in Figs. 12 and 1
FIG. 3 is a functional block diagram showing the control loop for position feedback and focus return, and FIG. 14 is a diagram showing the focus finding operation of the present invention. 14...turret drive and positioning mechanism, 2
6, 68, 70, 80...beam splitter, 34...
...TV camera, 38...autofocus preamplifier,
44... Light source, 54... Chiyotsupa ring, 56, 58
... optical fiber bundle, 60 ... pupil, 66 ... projection reticle, 74 ... detector imaging lens, 76 ... reflector, 78 ... forward light detector, 82, 88 ... return mask, 86 ... ...SUM detector, 92...S-
CURVE detector, 102...Chopper stabilization amplifier, 106...Current-to-power converter, 112...Balanced modulator, 114...Integrator, 120...Microcomputer, 122...Encoder logic, 1
30,138...analog-digital converter, 1
40,142...Digital-to-analog converter.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 検査器と電気的に制御可能な顕微鏡装置の間
に延在する光学的検査軸を有し、半導体ウエハー
などのような物体を検査するために用いられる種
類の顕微鏡を用いる光学的検査装置の自動焦点装
置において、 一端に光源を有し、前記光学的検査軸に沿つて
配置された第1のビーム分割器を他端に有する第
1の光軸を形成する手段と、 前記第1の光軸中の前記顕微鏡の対物のレンズ
の後アパーチヤの共役像の位置に配置されている
瞳手段へ、空間的に分離されている光線のバース
トを交互に送るために第1の光軸中に配置された
手段と、 前記瞳手段を通つた光線の各バーストがアパー
チヤ手段を通つてその像を顕微鏡で検査される物
体上に投射させるように前記アパーチヤ手段を有
する、前記第1の光軸中の第1のビーム分割器と
瞳手段との間に配置されたレチクル手段と、 このレチクル手段と前記第1のビーム分割器と
の間に配置した第2のビーム分割器と、 第3のビーム分割器と、 電子制御器と、 を備え、 前記第1のビーム分割器は前記第1の光軸から
の光を顕微鏡へ送り、その顕微鏡からの戻りの光
を反射させるものであり、 前記第2のビーム分割器は、それ自身とSカー
ブ検出手段との間の第2の光軸へ前記物体から戻
つてきた前記アパーチヤ手段の像を含む光を反射
させるものであり、 前記第2の光軸中には、前記物体に焦点があつ
ているとき前記アパーチヤ手段の像の半分を前記
Sカーブ検出手段へ通し、焦点があつていないと
きアパーチヤ手段の像の半分より多くの部分ある
いは少ない部分をSカーブ検出手段へ通す第1の
戻りマスクを配置し、 前記第3のビーム分割器は、前記第2のビーム
分割器と前記第1の戻りマスクとの間に前記物体
から戻つてきた光の一部を先端にSUM検出手段
を設けた第3の光軸へ導くように配置されてお
り、 前記第3の光軸には、物体の焦点があつている
ときには前記アパーチヤ手段の像の全体をそのま
ま、焦点があつていないときにはその像の一部だ
けを前記SUM検出手段へ通す第2の戻りマスク
を配置し、 前記電子制御器は、前記Sカーブ検出手段から
の出力信号と前記SUM検出手段からの出力信号
とを入力して演算し、検査される物体の表面に顕
微鏡の焦点を合わせるように、検査されている物
体に対する顕微鏡の位置決めを制御する駆動信号
を出力するものである ことを特徴とする光学的検査装置の自動焦点装
置。
[Scope of Claims] 1. A microscope of the type used for inspecting objects such as semiconductor wafers, having an optical inspection axis extending between an inspection instrument and an electrically controllable microscope device. In an autofocusing device of an optical inspection apparatus used, means for forming a first optical axis having a light source at one end and a first beam splitter arranged along the optical inspection axis at the other end; , for transmitting alternately spatially separated bursts of light rays to pupil means arranged at the conjugate image of the rear aperture of the objective lens of the microscope in the first optical axis; means disposed in the optical axis of the pupil means; and said pupil means having said aperture means such that each burst of light passing through said pupil means projects its image through an aperture means onto an object to be examined under a microscope. a reticle means disposed between the first beam splitter and the pupil means in the optical axis of the reticle; a second beam splitter disposed between the reticle means and the first beam splitter; , a third beam splitter, and an electronic controller, the first beam splitter sending light from the first optical axis to a microscope and reflecting light returned from the microscope. and the second beam splitter reflects light containing an image of the aperture means returning from the object to a second optical axis between itself and the S-curve detection means; In the second optical axis, half of the image of the aperture means is passed to the S-curve detection means when the object is in focus, and more than half of the image of the aperture means is passed when the object is out of focus. disposing a first return mask that passes a portion or a smaller portion to the S-curve detection means; said third beam splitter is arranged between said second beam splitter and said first return mask from said object; It is arranged to guide a part of the returned light to a third optical axis having a SUM detection means at its tip, and when an object is focused on the third optical axis, the aperture means A second return mask is arranged that allows only a part of the image to pass through the SUM detection means when the image is out of focus, while leaving the entire image intact, and the electronic controller is configured to control the output signal from the S-curve detection means. and the output signal from the SUM detection means, and outputs a drive signal for controlling the positioning of the microscope with respect to the object being inspected so as to focus the microscope on the surface of the object being inspected. An automatic focusing device for an optical inspection device, characterized in that:
JP1030086A 1985-01-22 1986-01-22 Automatic focusing unit for optical inspector using microscope Granted JPS61221716A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/693,651 US4639587A (en) 1984-02-22 1985-01-22 Automatic focusing system for a microscope
US693651 1996-08-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61221716A JPS61221716A (en) 1986-10-02
JPH0476450B2 true JPH0476450B2 (en) 1992-12-03

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ID=24785540

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JP1030086A Granted JPS61221716A (en) 1985-01-22 1986-01-22 Automatic focusing unit for optical inspector using microscope

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL2020618B1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Illumina Inc Real time controller switching

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS516565A (en) * 1974-06-06 1976-01-20 Ibm KOGAKUTEKIFUKUSHAKINIOITE BUTSUTAIHYOMENOYOBI * MOSHIKUHAZOHYOMENOJIDOTEKINIICHITSUKERUTAMENO HOHO
JPS5860710A (en) * 1981-10-07 1983-04-11 Olympus Optical Co Ltd Focusing device for optical system

Patent Citations (2)

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JPS61221716A (en) 1986-10-02

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