JPH06175009A - Autofocusing controller - Google Patents

Autofocusing controller

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Publication number
JPH06175009A
JPH06175009A JP4332023A JP33202392A JPH06175009A JP H06175009 A JPH06175009 A JP H06175009A JP 4332023 A JP4332023 A JP 4332023A JP 33202392 A JP33202392 A JP 33202392A JP H06175009 A JPH06175009 A JP H06175009A
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JP
Japan
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sample
image
light
measurement
range
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Application number
JP4332023A
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Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Murakami
敦 村上
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Publication of JPH06175009A publication Critical patent/JPH06175009A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To provide an autofocusing controller capable of performing accurate focusing by irradiating a proper position on a sample with measuring light for detecting focus. CONSTITUTION:While the reflected light image of a laser beam radiated from a laser light source 1 toward the surface 5a of the sample through an objective lens 4 is oscillated by an oscillation mirror 7, it is received by a front focus detection part 10, a rear focus detection part 11 and a focus detection part 12, and the lens 4 is focused on the surface 5a of the sample based on the change of the intensity of the reflected light beam for measuring by them. The image of the surface 5a of the sample irradiated with the light beam from a light source 101 is fetched in a frame memory 109 through a CCD camera 107. An MPU 110 judges the change state of the surface 5a of the sample in the irradiation range by the laser beam based on the gradation difference of the image data fetched in the frame memory 109. When the change state is not within an allowable range, the irradiating position of the laser beam is changed to a place where the change state is within the allowable range.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の検査装置や光
学顕微鏡等の対物レンズを試料に対して合焦させる自動
焦点制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic focus control device for focusing an objective lens of a semiconductor inspection device or an optical microscope on a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】この種の装置として特開昭62−909
号公報に示すものが知られている。その光学系の概略構
成を図7に示す。図において1はレーザ光源、2はレー
ザ光源1からのレーザ光の光束を拡大するビームエキス
パンダ、3a,3bはハーフミラーであって、下側のハ
ーフミラー3bを通過したレーザ光は対物レンズ4に入
射してステージ5上の測定面(例えばステージ5に載置
する試料の表面)5aに結像する。測定面5a上でのレ
ーザ光の反射光はハーフミラー3bで反射されて焦点検
出装置6に導かれる。焦点検出装置6は、ハーフミラー
3bから導かれたレーザ光の反射光像を振動ミラー7に
より一定周期で往復振動させつつ結像レンズ8,9を介
して前ピン検出部10、後ピン検出部11および合焦ピ
ン検出部12に導き、これらのアパーチャーA11〜A1
n、A21〜A2n、Aを通過した反射光の強度を光電検出
器D11〜D1n、D21〜D2n、Dで検出する。なお、図中
符号13〜16およびM11〜M1n、M21〜M2nは、反射
光を各アパーチャーA11〜A1n、A21〜A2n、Aへ導く
ためのハーフミラーまたはミラーである。
2. Description of the Related Art As an apparatus of this type, Japanese Patent Laid-Open No. 62-909.
The one shown in Japanese Patent Publication is known. FIG. 7 shows a schematic configuration of the optical system. In the figure, 1 is a laser light source, 2 is a beam expander that expands the luminous flux of the laser light from the laser light source 1, 3a and 3b are half mirrors, and the laser light that has passed through the lower half mirror 3b is the objective lens 4 And is imaged on the measurement surface 5a on the stage 5 (for example, the surface of the sample mounted on the stage 5). The reflected light of the laser light on the measurement surface 5a is reflected by the half mirror 3b and guided to the focus detection device 6. The focus detection device 6 reciprocally oscillates the reflected light image of the laser light guided from the half mirror 3b by the oscillating mirror 7 at a constant cycle, and through the imaging lenses 8 and 9, the front pin detection unit 10 and the rear pin detection unit. 11 and the focusing pin detection unit 12, and these apertures A11 to A1
The photoelectric detectors D11 to D1n, D21 to D2n, and D detect the intensities of the reflected light that has passed through n, A21 to A2n, and A. In the figure, reference numerals 13 to 16 and M11 to M1n and M21 to M2n are half mirrors or mirrors for guiding the reflected light to the apertures A11 to A1n, A21 to A2n and A, respectively.

【0003】合焦ピン検出部12のアパーチャーAは、
対物レンズ4および結像レンズ9に対して測定面5aと
共役な位置にある。前ピン検出部10のアパーチャーA
11〜A1nは対物レンズ4および結像レンズ8に対して測
定面5aと共役な位置よりも前側にあり、そのずれ量は
結像レンズ8に近いアパーチャーA11から最も遠いアパ
ーチャーA1nに向かうほど大きくなる。後ピン検出部1
1のアパーチャーA21〜A2nは対物レンズ4および結像
レンズ8に対して測定面5aと共役な位置よりも後側に
あり、そのずれ量は結像レンズ8に近いアパーチャーA
21から最も遠いアパーチャーA2nに向かうほど大きくな
る。
The aperture A of the focusing pin detector 12 is
It is at a position conjugate with the measurement surface 5 a with respect to the objective lens 4 and the imaging lens 9. Aperture A of front pin detector 10
11 to A1n are located in front of the position conjugate with the measuring surface 5a with respect to the objective lens 4 and the imaging lens 8, and the amount of deviation increases from the aperture A11 near the imaging lens 8 to the farthest aperture A1n. . Rear pin detector 1
The apertures A21 to A2n of 1 are behind the position conjugate with the measurement surface 5a with respect to the objective lens 4 and the imaging lens 8, and the amount of deviation is close to the aperture A.
It becomes larger from 21 toward the farthest aperture A2n.

【0004】上記の装置では、振動ミラー7の振動に同
期してアパーチャーA11〜A1n、A21〜A2n、Aを通過
する反射光強度が増減し、その振幅は対物レンズ4の焦
点位置と一致するアパーチャー上で最大となる。レンズ
制御装置17は、かかる性質を利用して光電検出器D11
〜D1n、D21〜D2n、Dの出力波形から対物レンズ4の
デフォーカス量を割り出し、その焦点調整を行なう。図
8は対物レンズ4が測定面5aに合焦したときの光電検
出器D11〜D1n、D21〜D2n、Dの出力波形の一例を示
すもので、同図(a),(b)は前ピン検出部10の光
電検出器D1n,D11、(c)は合焦ピン検出部12の
光電検出器D、(d),(e)は後ピン検出部11の光
電検出器D21,D2nの出力波形である。
In the above apparatus, the intensity of the reflected light passing through the apertures A11 to A1n, A21 to A2n, A is increased or decreased in synchronization with the vibration of the vibrating mirror 7, and the amplitude thereof matches the focal position of the objective lens 4. Maximum on top. The lens control device 17 utilizes such a property to detect the photoelectric detector D11.
.About.D1n, D21 to D2n, D, the defocus amount of the objective lens 4 is calculated from the output waveforms, and the focus adjustment is performed. FIG. 8 shows an example of the output waveforms of the photoelectric detectors D11 to D1n, D21 to D2n, D when the objective lens 4 is focused on the measurement surface 5a, and FIGS. The photoelectric detectors D1n, D11, (c) of the detector 10 are photoelectric detectors D of the focusing pin detector 12, and (d), (e) are output waveforms of the photoelectric detectors D21, D2n of the rear-pin detector 11, respectively. Is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した装
置においてステージ5に載置した試料の表面に対物レン
ズ4を合焦させる場合、試料上のレーザ光照射範囲では
エッジ等の形状変化部分が存在せず、かつ材質が均一で
あることが求められる。例えば、シリコン基板にレーザ
光を照射する場合、照射範囲にレジスト層が含まれると
反射光がその影響を受けて乱れ、正確な焦点調整ができ
ない。ちなみに、図8(a)〜(e)に示す反射光強度
波形がレーザ光の照射範囲に存在する異質部分によって
乱されたときの例を図9(a)〜(e)に示す。
By the way, when the objective lens 4 is focused on the surface of the sample placed on the stage 5 in the above-mentioned apparatus, there is a shape change portion such as an edge in the laser light irradiation range on the sample. The material is required to be uniform. For example, when irradiating a silicon substrate with laser light, if a resist layer is included in the irradiation range, reflected light is affected and disturbed, and accurate focus adjustment cannot be performed. Incidentally, FIGS. 9 (a) to 9 (e) show examples in which the reflected light intensity waveforms shown in FIGS. 8 (a) to 8 (e) are disturbed by the foreign portion existing in the irradiation range of the laser light.

【0006】上記の装置において半導体基板に対する合
焦を行なう場合、近年の回路パターンの微細化と高集積
化に伴って焦点制御に使用できる面積が減少の一途をた
どり、合焦制御用の測定光を適切な位置に照射させるこ
とが困難になりつつある。このため、測定光を不適切な
位置に照射させたまま焦点調整を行なって合焦精度を悪
化させるおそれが非常に高まっている。
When focusing on a semiconductor substrate in the above apparatus, the area available for focus control is steadily decreasing with the recent miniaturization and high integration of circuit patterns, and the measuring light for focus control is being used. It is becoming difficult to irradiate an appropriate position with. For this reason, it is very likely that focus adjustment is deteriorated by performing focus adjustment while irradiating the measurement light to an inappropriate position.

【0007】本発明の目的は、焦点検出用の測定光を適
切な位置に照射して正確な焦点調整を行ない得る自動焦
点制御装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide an automatic focus control device capable of irradiating an appropriate position with measurement light for focus detection to perform accurate focus adjustment.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】一実施例を示す図1に対
応付けて説明すると、本発明は、試料と対向する対物レ
ンズ4と、試料に向けて照射された測定光の反射光を受
光し、その受光像を振動させつつ特定位置で反射光の強
度を測定したときの測定値の変化に基づいて対物レンズ
4の焦点調節を行なう焦点調整手段6,17とを備えた
自動焦点制御装置に適用される。そして、上述した目的
は、測定光の照射範囲を含む試料上の一定範囲を、当該
範囲内の試料各部の反射率に対応した階調で表現される
画像データとして取り込む画像取り込み手段107,1
08と、この画像取り込み手段107,108から取り
込まれた画像データに基づいて測定光の照射範囲におけ
る試料の表面の変化状態を判断する試料状態判断手段1
10と、試料状態判断手段110の判断結果に基づいて
測定光の照射位置を決定する照射位置決定手段110と
を設けることにより達成される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described with reference to FIG. 1 showing an embodiment. In the present invention, an objective lens 4 facing a sample and a reflected light of a measurement light irradiated toward the sample are received. Then, the automatic focus control device including focus adjusting means 6 and 17 for adjusting the focus of the objective lens 4 based on the change in the measured value when the intensity of the reflected light is measured at a specific position while vibrating the received light image. Applied to. Then, the above-mentioned object is to take in a certain range on the sample including the irradiation range of the measurement light as image data represented by the gradation corresponding to the reflectance of each part of the sample within the range.
08 and the sample state determination means 1 for determining the change state of the surface of the sample in the irradiation range of the measurement light based on the image data captured by the image capturing means 107, 108.
10 and the irradiation position determining means 110 that determines the irradiation position of the measurement light based on the judgment result of the sample state judging means 110.

【0009】[0009]

【作用】画像取り込み手段106,107により測定光
の照射範囲を含む試料上の一定範囲の画像データが取り
込まれると、この画像データに基づいて試料状態判断手
段110により測定光の照射範囲における試料の表面の
変化状態が判断され、その判断結果に基づいて測定光の
照射位置が決定される。
When the image capturing means 106 and 107 captures image data of a certain range on the sample including the measurement light irradiation range, the sample state determination means 110 based on the image data determines the sample in the measurement light irradiation range. The change state of the surface is determined, and the irradiation position of the measurement light is determined based on the determination result.

【0010】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。
Incidentally, in the section of means and action for solving the above problems for explaining the constitution of the present invention, the drawings of the embodiments are used for the purpose of making the present invention easy to understand. It is not limited to.

【0011】[0011]

【実施例】以下、図1〜図6を参照して本発明の一実施
例を説明する。なお、上述した図7の従来例と共通する
部分には同一符号を付し、説明を省略する。図1におい
て101はハロゲンランプ等を用いた画像処理用の光源
であって、その照明光は光学系102で調光された上で
ミラー103で反射され、ハーフミラー104,3a,
3bを通過して対物レンズ4に入射し、測定面5aに結
像する。この光源101が測定面5aを照射する範囲
は、レーザ光源1からのレーザ光の照射位置を中心とす
る所定半径の円形に設定される。光源101の照明光の
測定面5a上での反射光は、対物レンズ4およびハーフ
ミラー3b,3aを通過してハーフミラー104で反射
され、反射光光学系105で拡大されて結像面106に
到達する。これにより結像面106に測定面5aの画像
が結像する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. The same parts as those in the conventional example shown in FIG. 7 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a light source for image processing using a halogen lamp or the like, the illumination light of which is modulated by an optical system 102 and then reflected by a mirror 103 to form half mirrors 104, 3a,
After passing through 3b, it enters the objective lens 4 and forms an image on the measurement surface 5a. The range in which the light source 101 irradiates the measurement surface 5a is set to be a circle having a predetermined radius centered on the irradiation position of the laser light from the laser light source 1. The reflected light of the illumination light of the light source 101 on the measurement surface 5a passes through the objective lens 4 and the half mirrors 3b and 3a, is reflected by the half mirror 104, is expanded by the reflected light optical system 105, and is formed on the image forming surface 106. To reach. As a result, the image of the measuring surface 5a is formed on the image forming surface 106.

【0012】結像面106の画像はCCDカメラ107
に取り込まれる。CCDカメラ107の出力はADコン
バータ108でデジタル信号に変換されてフレームメモ
リ109に取り込まれる。フレームメモリ109への画
像データの取り込み動作はマイクロプロセッサユニット
(以下、MPUと称する。)110で制御される。MP
U110はフレームメモリ109およびテキストメモリ
111の記憶内容に基づいて所定の画像処理を行なう。
なお、フレームメモリ109およびテキストメモリ11
1は同一サイズのメモリである。MPU110にはステ
ージ駆動回路112が接続される。ステージ駆動回路1
12は、MPU110の駆動指令に応答してステージ5
を駆動する。このステージ5の移動により測定面5a上
のレーザ光の照射位置が変化する。
The image on the image plane 106 is a CCD camera 107.
Is taken into. The output of the CCD camera 107 is converted into a digital signal by the AD converter 108 and taken into the frame memory 109. The operation of taking image data into the frame memory 109 is controlled by a microprocessor unit (hereinafter referred to as MPU) 110. MP
The U 110 performs predetermined image processing based on the stored contents of the frame memory 109 and the text memory 111.
The frame memory 109 and the text memory 11
1 is a memory of the same size. A stage drive circuit 112 is connected to the MPU 110. Stage drive circuit 1
12 responds to the drive command from the MPU 110 and outputs the stage 5
To drive. The movement of the stage 5 changes the irradiation position of the laser light on the measurement surface 5a.

【0013】図2は、結像面106に結像する画像とフ
レームメモリ109に取り込まれる画像との対応関係の
一例を示すものである。この例では、シリコン基板Bs
上にレジストパターンPrを形成した試料TPの画像が
結像面106に結像し、その点線で囲まれた範囲Zmが
フレームメモリ109に取り込まれる。フレームメモリ
109に取り込まれる画像データは、結像面106上の
画像の輝度をそれに応じた階調で表現した2次元画像で
あり、例えばフレームメモリ109を8ビットメモリと
した場合、試料TPの範囲Zmは0を黒(図中の斜線部
分)、255を白とする2次元画像としてフレームメモ
リ109に取り込まれる。なお、同図の点Fはレーザ光
の照射位置である。
FIG. 2 shows an example of a correspondence relationship between an image formed on the image forming surface 106 and an image captured in the frame memory 109. In this example, the silicon substrate Bs
An image of the sample TP having the resist pattern Pr formed thereon is formed on the image forming surface 106, and a range Zm surrounded by the dotted line is taken into the frame memory 109. The image data captured in the frame memory 109 is a two-dimensional image in which the brightness of the image on the image plane 106 is expressed in gradations corresponding thereto. For example, when the frame memory 109 is an 8-bit memory, the range of the sample TP. Zm is captured in the frame memory 109 as a two-dimensional image in which 0 is black (hatched portion in the figure) and 255 is white. The point F in the figure is the irradiation position of the laser light.

【0014】フレームメモリ109に取り込まれる画像
範囲に対応するCCDカメラ107上の画素数はm×n
(例えば640×480)であり、測定面5a上での1
画素の大きさは予め算出されてMPU110の内部メモ
リに格納されている。本実施例では、1画素が測定面5
a上での1μm角とする。フレームメモリ109および
テキストメモリ111のサイズは640×480×8ビ
ットとされ、そのアドレスは画像データの横方向(X方
向)が左から右へ向かって0〜639、縦方向(Y方
向)が上から下へ向かって0〜479とされている。
The number of pixels on the CCD camera 107 corresponding to the image range captured in the frame memory 109 is m × n.
(For example, 640 × 480), which is 1 on the measurement surface 5a.
The pixel size is calculated in advance and stored in the internal memory of the MPU 110. In this embodiment, one pixel is the measurement surface 5
It is 1 μm square on a. The sizes of the frame memory 109 and the text memory 111 are 640 × 480 × 8 bits, and the addresses thereof are 0 to 639 in the horizontal direction (X direction) of the image data from left to right and the upper direction in the vertical direction (Y direction). From 0 to 479.

【0015】本実施例では、MPU110で画像処理を
行なうに当り、レーザ光の照射範囲がフレームメモリ1
09に取り込まれる画像データの何画素分に相当するか
を以下のように決定した。測定面5a上でのレーザ光の
照射範囲は対物レンズ4のデフォカース量が増加するほ
ど拡大する。デフォーカス量をZ、レーザ光の波長を
λ、投影レンズの開口数をNAとすれば、レーザ光の照
射範囲の直径Wは、 W=2√((λ/π・NA)2+(Z・NA)2) である。本実施例ではレーザ光源1として波長λ=63
2.8nmのHe−Neレーザを用い、対物レンズ4の開
口数はNA=0.55とした。かかる条件下でのデフォ
ーカス量とレーザ光直径との関係を図3に示す。ここ
で、ステージ5の測定面5a(試料TPの表面)の高さ
方向のばらつきが最大で5μmと仮定すると、ステージ
5を移動させつつ測定を繰り返したときの対物レンズ4
のデフォーカス量の変動範囲は±5μmである。図3よ
りデフォーカス量が5μmのときのレーザ光の直径は小
数点以下を切上げて6μmであるから、試料TP上での
レーザ光の照射範囲は最大で直径6μmの円となる。測
定面5a上での1μm角がフレームメモリ109の画像
データの1画素に相当するから、上記の照射範囲は、画
像データ中でX方向およびY方向にともに6画素分、す
なわち6×6の合計36画素の範囲に相当する。
In this embodiment, when image processing is performed by the MPU 110, the irradiation range of laser light is set to the frame memory 1.
The number of pixels of the image data captured in 09 is determined as follows. The irradiation range of the laser light on the measurement surface 5a increases as the amount of defocation of the objective lens 4 increases. Assuming that the defocus amount is Z, the wavelength of the laser light is λ, and the numerical aperture of the projection lens is NA, the diameter W of the irradiation range of the laser light is W = 2√ ((λ / π · NA) 2 + (Z・ NA) 2 ). In this embodiment, the laser light source 1 has a wavelength λ = 63.
A He-Ne laser of 2.8 nm was used, and the numerical aperture of the objective lens 4 was NA = 0.55. FIG. 3 shows the relationship between the defocus amount and the laser beam diameter under such conditions. Here, assuming that the variation in the height direction of the measurement surface 5a of the stage 5 (the surface of the sample TP) is 5 μm at the maximum, the objective lens 4 when the measurement is repeated while moving the stage 5 is performed.
The fluctuation range of the defocus amount is ± 5 μm. As shown in FIG. 3, the diameter of the laser light when the defocus amount is 5 μm is 6 μm with the fractional part rounded up. Therefore, the irradiation range of the laser light on the sample TP is a circle having a maximum diameter of 6 μm. Since a 1 μm square on the measurement surface 5a corresponds to one pixel of the image data of the frame memory 109, the above irradiation range is 6 pixels in the X direction and the Y direction in the image data, that is, a total of 6 × 6. This corresponds to a range of 36 pixels.

【0016】次に、図4〜図6を参照して本実施例の装
置の動作を説明する。図5はMPU110での画像処理
手順を示すフローチャートである。光源101の照明光
で照射される測定面5aの画像がフレームメモリ109
に取り込まれると図5に示す処理が開始される。最初の
ステップS1ではフレームメモリ109に取り込んだ画
像データの各画素の2次微分値を演算し、その絶対値を
テキストメモリ111の同一アドレス(Xi,Yj)に
格納する。この2次微分値は、フレームメモリ109の
アドレス(Xi,Yj)の画素の階調とこれを取り囲む
8つの画素の階調に図4の微分フィルタをかけて求め
る。すなわち、アドレス(Xi,Yj)の階調をI(X
i,Yj)、微分値をD(Xi,Yj)とすると、 D(Xi,Yj)=8I(Xi,Yj)−I(Xi-1,Yj-
1)−I(Xi,Yj-1) −I(Xi+1,Yj-1)−I(Xi-1,Yj) −I(Xi+1,Yj)−I(Xi-1,Yj+1) −I(Xi,Yj+1)−I(Xi+1,Yj+1) となる。テキストメモリ111のアドレス(Xi,Y
j)には、演算結果の絶対値|D(Xi,Yj)|が格納され
る。なお、画像データの最外周の画素(i=0,63
9、j=0,479)ではD(Xi,Yj)=0として処
理される。
Next, the operation of the apparatus of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing an image processing procedure in the MPU 110. The image of the measurement surface 5a illuminated by the illumination light of the light source 101 is displayed in the frame memory 109.
5 is started. In the first step S1, the secondary differential value of each pixel of the image data fetched in the frame memory 109 is calculated, and the absolute value is stored in the text memory 111 at the same address (Xi, Yj). This secondary differential value is obtained by applying the differential filter of FIG. 4 to the gradation of the pixel at the address (Xi, Yj) of the frame memory 109 and the gradations of the eight pixels surrounding it. That is, the gradation of the address (Xi, Yj) is I (X
i, Yj) and the differential value is D (Xi, Yj): D (Xi, Yj) = 8I (Xi, Yj) -I (Xi-1, Yj-
1) -I (Xi, Yj-1) -I (Xi + 1, Yj-1) -I (Xi-1, Yj) -I (Xi + 1, Yj) -I (Xi-1, Yj + 1) ) -I (Xi, Yj + 1) -I (Xi + 1, Yj + 1). Address of text memory 111 (Xi, Y
In j), the absolute value | D (Xi, Yj) | of the calculation result is stored. The outermost pixel (i = 0, 63) of the image data
9, j = 0,479) is processed as D (Xi, Yj) = 0.

【0017】ステップS1の処理を終えると、次にステ
ップS2でテキストメモリ111のデータを所定の大き
さのブロックに分割して各ブロックのアドレスを定義す
る。かかる処理を図6により説明する。ステップS1で
図6(a)に示すようなデータがテキストメモリ111
に取り込まれたとする。図においてレーザ光の照射範囲
の中心位置は点Fにあり、点Fの回りの6×6個の画素
が既述したレーザ光の照射範囲となる。レーザ光の照射
範囲の中心位置は予めMPU110に与えられており、
ステップS2ではまず点Fを中心とする6×6個の画素
を基準としてテキストメモリ111のデータを6×6の
画素のブロックに分割する。分割位置を図6(a)に矢
印Bで示す。ついで、図6(b)に,……で示すよ
うに、レーザ光の照射範囲にあるブロックを中心として
各ブロックを反時計方向にたどりつつレーザ光中心位置
Fから遠ざかるような順序で各ブロックのアドレスを定
義する。
When the processing in step S1 is completed, the data in the text memory 111 is then divided into blocks of a predetermined size in step S2, and the address of each block is defined. Such processing will be described with reference to FIG. In step S1, the data as shown in FIG.
Suppose that it was taken into. In the figure, the center position of the irradiation range of the laser light is at the point F, and 6 × 6 pixels around the point F are the irradiation range of the laser light described above. The center position of the irradiation range of the laser light is given to the MPU 110 in advance,
In step S2, the data in the text memory 111 is divided into blocks of 6 × 6 pixels with reference to 6 × 6 pixels centered on the point F. The dividing position is indicated by an arrow B in FIG. Then, as shown in FIG. 6 (b), the blocks of each block are moved in the order of moving away from the laser beam center position F while tracing each block counterclockwise around the block in the laser beam irradiation range. Define the address.

【0018】ステップS2の処理が終わると、次にステ
ップS3で判断対象とするブロックのアドレスを初期値
1に設定し、ステップS4で指定したアドレスに対応す
るブロックを構成する36個の画素の2次微分値をテキ
ストメモリ111から読み込む。ステップS5では読み
込んだ各画素の2次微分値を比較して最大値Mを選び出
す。次のステップS6では最大値Mが予め設定した許容
値TH以下か否かを判断する。なお、この許容値THは
試料TPの材質等に応じて経験的に求められる。図6の
例では10に設定した。
After the processing of step S2 is completed, the address of the block to be judged is set to an initial value of 1 in step S3, and 2 of the 36 pixels forming the block corresponding to the address specified in step S4 are set. The secondary differential value is read from the text memory 111. In step S5, the read second-order differential value of each pixel is compared to select the maximum value M. In the next step S6, it is determined whether or not the maximum value M is less than or equal to a preset allowable value TH. The allowable value TH is empirically determined according to the material of the sample TP. In the example of FIG. 6, it is set to 10.

【0019】ステップS6で最大値Mが許容値THを越
えると判断したときはステップS7でブロックのアドレ
スの指定値に1を加算し、ステップS4の処理に戻る。
ステップS6が肯定されたときはステップS8へ進み、
指定アドレスに対応するブロックの中心位置にレーザ光
の照射位置が移動するようにステージ5を駆動して処理
を終了する。
When it is determined in step S6 that the maximum value M exceeds the allowable value TH, 1 is added to the designated value of the block address in step S7, and the process returns to step S4.
When step S6 is affirmed, the process proceeds to step S8,
The stage 5 is driven so that the irradiation position of the laser beam moves to the center position of the block corresponding to the designated address, and the process is ended.

【0020】以上の処理では、ステップS1でフレーム
メモリ109に取り込まれた画像データの各画素の階調
を微分しているので、テキストメモリ111に取り込ま
れるデータは、フレームメモリ109に取り込まれる画
像中の階調変化、すなわち測定面5aからの反射光強度
の変化が大きい部分ほどその値が大きくなる。したがっ
て、ステップS2で分割したブロック中に反射光強度が
大きく変化する箇所があればステップS6が否定され、
反射光強度がほとんど変化しないブロックが指定された
時点でステップS6が初めて肯定される。図6(a)の
例であれば、ブロック〜までは2次微分値の最大値
Mが10を越えるのでステップS6が否定され、ブロッ
クが指定された時点でステップS6が肯定される。そ
して、ステップS8でレーザ光の照射位置がブロック
の中心位置Gに移動する。ステップS2で分割したブロ
ックの大きさは、対物レンズ4のデフォーカス量が最大
となるときのレーザ光の照射範囲に合わせてあるため、
ブロックの中心位置Gをレーザ光を照射位置とする限
り、レーザ光の照射範囲に反射光強度が大きく変化する
場所、図2の例であればシリコン基板Bsとレジストパ
ターンPrとの境界位置やシリコン基板Bs上の段差の
位置が含まれることはない。
In the above processing, since the gradation of each pixel of the image data fetched in the frame memory 109 in step S1 is differentiated, the data fetched in the text memory 111 is the same as the image fetched in the frame memory 109. The greater the change in gradation, that is, the greater the change in reflected light intensity from the measurement surface 5a, the greater the value. Therefore, if there is a portion where the reflected light intensity greatly changes in the blocks divided in step S2, step S6 is denied,
Step S6 is affirmed for the first time when a block whose reflected light intensity hardly changes is designated. In the case of the example in FIG. 6A, the maximum value M of the second-order differential values exceeds 10 in blocks up to, so step S6 is denied, and step S6 is affirmed when the block is designated. Then, in step S8, the irradiation position of the laser light moves to the center position G of the block. Since the size of the blocks divided in step S2 is adjusted to the irradiation range of the laser light when the defocus amount of the objective lens 4 is maximum,
As long as the center position G of the block is the irradiation position of the laser light, the position where the reflected light intensity greatly changes within the irradiation range of the laser light, in the example of FIG. 2, the boundary position between the silicon substrate Bs and the resist pattern Pr and the silicon. The position of the step on the substrate Bs is not included.

【0021】このように本実施例ではステップS6でレ
ーザ光の照射範囲にある測定面5aの変化状態が判別さ
れてレーザ光の照射位置としての適否が決定され、不適
とされたならば、適切な箇所が見つかるまで測定面5a
の変化状態の判別が繰り返されるので、試料TPの表面
状態の変化がほとんどない適切な位置にレーザ光を照射
して常に高い合焦精度を得ることができる。
As described above, in the present embodiment, in step S6, the change state of the measurement surface 5a within the laser light irradiation range is discriminated to determine the suitability as the laser light irradiation position. Measurement surface 5a until a large area is found
Since the determination of the change state is repeated, it is possible to always obtain high focusing accuracy by irradiating the appropriate position where the surface state of the sample TP hardly changes with laser light.

【0022】また、最初のブロックが不適と判断され
た場合、これに近いブロック,……の順に適否を判
別するので、選出された焦点検出位置と最初の照射位置
とのずれ量が小さく、これらの位置のずれに起因する合
焦精度の悪化が最小限に止められる。ちなみに、図6
(a)の例で焦点検出を点Gで行ない、レーザ光による
試料TPの反射光強度等の測定を点Fで行なう場合、点
Fと点Gの距離が大きいとこれらの間での測定面5aの
形状変化によって点Fでの合焦精度が低下し、点Fでの
測定精度に影響が生じるおそれがある。
Further, when the first block is judged to be unsuitable, the suitability is judged in the order of blocks close to this, and so on. Therefore, the amount of deviation between the selected focus detection position and the first irradiation position is small, and these The deterioration of the focusing accuracy due to the displacement of the position is minimized. By the way, Figure 6
In the example of (a), when the focus detection is performed at the point G and the reflected light intensity of the sample TP by the laser light is measured at the point F, if the distance between the points F and G is large, the measurement surface between them is large. Due to the change in the shape of 5a, the focusing accuracy at the point F may be reduced, and the measurement accuracy at the point F may be affected.

【0023】なお、図6の例においてブロックが不適
であったとき、次に判断するブロックを5以下の画素数
の範囲でずらせば点Gよりも近い位置に焦点検出位置と
して適切な場所を発見できる可能性がある。ただし、最
初のブロックが不適であれば、そのすぐ近傍でも測定
面5aの変化が大きいことが多く、いたずらに点Fの近
傍のみを探索すると処理時間のみが増大することにもな
りかねない。したがって、各ブロックの分割位置は、測
定面5a上での1画素の大きさと試料TPの表面形状の
変化の程度を勘案して定める必要がある。
When the block is not suitable in the example of FIG. 6, if the block to be judged next is shifted within the range of the number of pixels of 5 or less, an appropriate position as the focus detection position is found at a position closer to the point G. There is a possibility. However, if the first block is unsuitable, the measurement surface 5a often changes greatly even in the immediate vicinity thereof, and searching for only the vicinity of the point F may unnecessarily increase the processing time. Therefore, the division position of each block needs to be determined in consideration of the size of one pixel on the measurement surface 5a and the degree of change in the surface shape of the sample TP.

【0024】測定面5a上での1画素の大きさの設定値
を変えればレーザ光の照射範囲に相当する画素数(実施
例では6×6画素)が変化し、画素数が少なければ処理
速度も向上するが、その分解能が悪くなり、線幅が微細
な半導体では不都合が生じるおそれがある。したがっ
て、1ブロックの大きさは、処理速度と分解能を勘案し
て定める必要がある。なお、測定面5aの状態に関係な
く一旦レンズ制御装置17で対物レンズ4の焦点調整を
行なった後に図5の処理を実行する場合は、レーザ光の
照射範囲と画像データの画素数との対応を求める際に考
慮すべき対物レンズ4のデフォーカス量の変動範囲を、
測定面5aの形状誤差範囲から対物レンズ4の合焦精度
の誤差範囲まで圧縮できるので、レーザ光の照射範囲に
対応する画素数を減らして処理すべきデータ量を圧縮
し、処理速度の向上を図ることができる。
If the set value of the size of one pixel on the measurement surface 5a is changed, the number of pixels corresponding to the irradiation range of the laser beam (6 × 6 pixels in the embodiment) changes, and if the number of pixels is small, the processing speed is reduced. However, there is a possibility that the resolution may be deteriorated and inconvenience may occur in a semiconductor having a fine line width. Therefore, the size of one block needs to be determined in consideration of processing speed and resolution. When the processing of FIG. 5 is executed after the focus of the objective lens 4 is once adjusted by the lens controller 17 regardless of the state of the measurement surface 5a, the correspondence between the irradiation range of laser light and the number of pixels of image data The variation range of the defocus amount of the objective lens 4 that should be considered when calculating
Since it is possible to compress from the shape error range of the measurement surface 5a to the error range of the focusing accuracy of the objective lens 4, the number of pixels corresponding to the irradiation range of the laser light is reduced to compress the amount of data to be processed, thereby improving the processing speed. Can be planned.

【0025】実施例ではフレームメモリ109に取り込
んだ画像データを微分して測定面5aの変化を強調した
が、フレームメモリ109の段階で階調差が大きい画像
データが得られる場合は、そのまま処理してもよい。そ
の他にも、フレームメモリ109の画像データを2値化
した上でエッジの有無を判断するなど、画像データの状
態に応じて適宜処理を変更してよい。実施例では指定範
囲が不適と判断されるつどテキストメモリ111からレ
ーザ光の照射範囲に対応するブロックのデータを取り込
んで判断を繰り返しているが、フレームメモリ109や
テキストメモリ111のデータを一度に取り込んで反射
光強度の変化が少ない位置を割り出すようにしてもよ
い。
In the embodiment, the image data captured in the frame memory 109 is differentiated to emphasize the change of the measurement surface 5a. However, when the image data having a large gradation difference is obtained at the stage of the frame memory 109, it is processed as it is. May be. In addition, the processing may be appropriately changed according to the state of the image data, such as determining the presence or absence of an edge after binarizing the image data in the frame memory 109. In the embodiment, the data of the block corresponding to the irradiation range of the laser light is fetched from the text memory 111 each time the designated range is determined to be unsuitable, and the determination is repeated. However, the data of the frame memory 109 and the text memory 111 are fetched at once. The position where the change in reflected light intensity is small may be determined with.

【0026】以上の実施例では、焦点検出装置6および
レンズ制御装置17が焦点調整手段を、CCDカメラ1
08およびフレームメモリ109が画像取り込み手段
を、MPU110が試料状態判断手段および照射位置決
定手段を構成する。また、実施例ではレーザ光源1から
のレーザ光が測定光に相当する。ただし、本発明はレー
ザ光以外の光を測定光とするものにも適用される。
In the above embodiment, the focus detection device 6 and the lens control device 17 serve as the focus adjustment means and the CCD camera 1
08 and the frame memory 109 constitute image capturing means, and the MPU 110 constitutes sample state determining means and irradiation position determining means. Further, in the embodiment, the laser light from the laser light source 1 corresponds to the measurement light. However, the present invention is also applicable to a device that uses light other than laser light as the measurement light.

【0027】[0027]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では測定光
の照射範囲を含む一定範囲の画像データから測定光の照
射範囲にある試料の表面の状態が判断されるので、照射
位置決定手段により試料の表面状態の変化が所定の許容
範囲内となる場所を測定光の照射位置として選ぶように
すれば、常に正確な焦点調整を行なうことができる。
As described above, according to the present invention, the state of the surface of the sample in the irradiation range of the measurement light is judged from the image data of the fixed range including the irradiation range of the measurement light. If the position where the change in the surface condition of the sample is within the predetermined allowable range is selected as the irradiation position of the measurement light, accurate focus adjustment can always be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る装置の概略構成を示す
図。
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置の測定面5aとフレームメモリ10
7に取り込まれる画像との対応関係を示す図。
FIG. 2 is a measurement surface 5a and a frame memory 10 of the apparatus shown in FIG.
7 is a diagram showing a correspondence relationship with images captured in FIG.

【図3】図1の装置の対物レンズ4のデフォーカス量と
照射範囲の大きさとの関係を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a defocus amount of an objective lens 4 of the apparatus of FIG. 1 and a size of an irradiation range.

【図4】図1のMPU110で使用する微分フィルタを
示す図。
FIG. 4 is a diagram showing a differential filter used in the MPU 110 of FIG.

【図5】図1のMPU110における画像処理手順を示
す図。
5 is a diagram showing an image processing procedure in the MPU 110 of FIG.

【図6】図1のテキストメモリ111のデータと、この
データを分割したブロックのアドレスとの対応を示す
図。
FIG. 6 is a diagram showing a correspondence between data in the text memory 111 of FIG. 1 and addresses of blocks obtained by dividing the data.

【図7】従来の自動焦点制御装置の光学系の概略を示す
図。
FIG. 7 is a diagram showing an outline of an optical system of a conventional automatic focus control device.

【図8】図7の光電検出器の出力波形の正常例を示す
図。
FIG. 8 is a diagram showing a normal example of an output waveform of the photoelectric detector of FIG.

【図9】図7の光電検出器の出力波形の異常例を示す
図。
9 is a diagram showing an example of an abnormal output waveform of the photoelectric detector shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 レーザ光源 4 対物レンズ 5a ステージの測定面(試料の表面) 6 焦点検出装置 17 レンズ制御装置 101 画像処理用の光源 107 CCDカメラ 109 フレームメモリ 110 MPU TP 試料 1 Laser Light Source 4 Objective Lens 5a Stage Measurement Surface (Sample Surface) 6 Focus Detection Device 17 Lens Control Device 101 Light Source for Image Processing 107 CCD Camera 109 Frame Memory 110 MPU TP Sample

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料と対向する対物レンズと、 前記試料に向けて照射された測定光の反射光を受光し、
その受光像を振動させつつ特定位置で前記反射光の強度
を測定したときの測定値の変化に基づいて前記対物レン
ズの焦点調節を行なう焦点調整手段とを備えた自動焦点
制御装置において、 前記測定光の照射範囲を含む前記試料上の一定範囲を、
当該範囲内の試料各部の反射率に対応した階調で表現さ
れる画像データとして取り込む画像取り込み手段と、 この画像取り込み手段から取り込まれた画像データに基
づいて前記測定光の照射範囲における前記試料の表面の
変化状態を判断する試料状態判断手段と、 前記試料状態判断手段の判断結果に基づいて前記測定光
の照射位置を決定する照射位置決定手段と、 を設けたことを特徴とする自動焦点制御装置。
1. An objective lens facing a sample, and receiving reflected light of measurement light irradiated toward the sample,
In the automatic focus control device including a focus adjustment unit that adjusts the focus of the objective lens based on a change in a measurement value when the intensity of the reflected light is measured at a specific position while vibrating the received light image, the measurement A certain range on the sample including the irradiation range of light,
Image capturing means for capturing as image data represented by gradation corresponding to the reflectance of each part of the sample within the range, and of the sample in the irradiation range of the measurement light based on the image data captured from the image capturing means. Automatic focus control, comprising: sample state determination means for determining a change state of the surface; and irradiation position determination means for determining the irradiation position of the measurement light based on the determination result of the sample state determination means. apparatus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112276344A (en) * 2019-07-09 2021-01-29 大族激光科技产业集团股份有限公司 Focus positioning method for ultrafast laser cutting of transparent material

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