JPH0972714A - 焦点調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｌ／Ｓパターンなど特別な部品を要すること
なく、被読取物そのものを利用して容易にしかも精度よ
く撮像手段の焦点を合わせることができる焦点調整装置
を提供する。 【解決手段】 ＣＣＤセンサ４を走査の方向に沿ってか
つ同ＣＣＤセンサ４の各々の光電変換素子４ａ間の１／
Ｎの距離ずつ相対的に（Ｎ−１）回位置変化させ、その
移動ごとにフォトマスク３上のパターンのエッジ部の画
像を読取ってＮ枚分の画像を得、そのＮ枚分の画像を合
成し、その合成画像の濃度変化からパターンのエッジ部
の傾きを検出する。一方、ＣＣＤセンサ４の焦点の調整
を繰返し、その調整の実行ごとに上記読取り、合成、お
よび検出を行ない、調整の実行ごとに得られる検出結果
（傾き）を相互に比較することで、ＣＣＤセンサ４の合
焦点位置を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば半導体
製造用のフォトマスクの画像を光学的に読取る装置に用
いる焦点検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用（フォトエッチング用）の
フォトマスクに正しくパターンが形成されているかどう
か検査する場合、フォトマスク上の画像を光学的に読取
り、その読取り画像からパターンの欠陥の有無を識別す
ることが行なわれる。

【０００３】画像の読取りは、複数の光電変換素子を配
列してなる撮像手段、たとえばライン走査型の一次元の
ＣＣＤ（電荷結合素子）センサを用いて行なわれる。と
くに、上記パターンの検査に当たっては鮮明な画像が要
求されることから、ＣＣＤセンサとフォトマスクとの間
に設けられている光学系の移動により、ＣＣＤセンサの
焦点が調整される。

【０００４】ＣＣＤセンサの焦点を調整するための部品
としては、光学系およびその駆動系のほかに、図５に示
すライン・アンド・スペースのパターン（以下、Ｌ／Ｓ
パターンと称する）が用いられる。このＬ／Ｓパターン
は、白地に黒色の多数本のラインを等間隔で細かく配列
したもので、試料であるところのフォトマスクの所定箇
所にあらかじめ印刷され、ＣＣＤセンサによって各ライ
ンと直交する方向に読取り走査される。この読取りによ
り、図６および図７に示すように振幅変動する電圧波形
の信号がＣＣＤセンサから出力される。電圧レベルの高
いところが白地に対応し、電圧レベルの低いところが黒
色ラインに対応する。

【０００５】ＣＣＤセンサの焦点がずれている場合は、
図６に示すように電圧レベルの振幅があまり大きくない
信号が出力される。焦点が合うと、図７に示すように電
圧レベルの振幅が十分に大きい信号が出力される。ここ
で合焦したときの信号の電圧レベルの振幅値はあらかじ
め設定しておく。この出力信号の電圧レベルの振幅を監
視することでＣＣＤセンサの焦点が最適なところに調整
され、その調整後に実際の画像読取が実行される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】Ｌ／Ｓパターンを用い
た焦点調整では、Ｌ／Ｓパターンを全ての試料に付けて
おく必要があり、手間と時間がかかるという不具合があ
る。しかも、焦点調整の精度を高めようとすると、Ｌ／
Ｓパターンの形状そのものについて高い精度のものを用
意しなければならず、コストの上昇を招いてしまう。

【０００７】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、Ｌ／Ｓパターンなど特別な部
品を要することなく、被読取物そのものを利用して容易
にしかも精度よく撮像手段の焦点を合わせることができ
る焦点調整装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】第１の発明の焦点調整装
置は、複数の光電変換素子を配列してなる撮像手段を備
え、所定のパターンを有する被読取物上の画像を上記撮
像手段で光学的に走査して読取る装置において、上記撮
像手段を上記走査の方向に沿ってかつ同撮像手段におけ
る各々の光電変換素子間の光電検出単位長の１／Ｎ（Ｎ
は自然数）の距離ずつ相対的に（Ｎ−１）回位置変化さ
せ、その移動ごとに上記パターンのエッジ部の画像を読
取らせる読取手段と、この読取手段で読取られるＮ枚分
の画像を合成する合成手段と、この合成手段で合成され
る画像の濃度変化から上記パターンのエッジ部の傾きを
検出する検出手段と、上記撮像手段の焦点を理論上の合
焦点位置に調整した後、この位置の近傍を所定の移動単
位で調整を繰返し実行しながら、その実行ごとに上記読
取手段、上記合成手段、および上記検出手段を作動せし
める制御手段と、上記調整の実行ごとに得られる上記検
出手段の検出結果を相互に比較し、その比較結果のうち
上記エッジ部の傾きが最大となる位置を上記撮像手段の
合焦点位置と判定し、上記制御手段により、この合焦点
位置への上記撮像手段の焦点の調整を実行する判定・実
行手段と、を備える。

【０００９】第２の発明の焦点調整装置は、第１の発明
において、制御手段による焦点位置の調整は、判定・実
行手段による合焦点位置の判定とともに繰り返して行わ
れ、この判定を経る毎に、調整量を減少させる。

【００１０】第３の発明の焦点調整装置は、第１の発明
において、判定・実行手段による判定は、制御手段によ
る焦点位置の調整の際に検出したエッジ部の傾きが変化
しなくなった場合に打ち切り、この時点での焦点位置を
合焦点位置の決定位置として採用する。

【００１１】第４の発明の焦点調整装置は、第１の発明
において、判定・実行手段による判定は、制御手段によ
る焦点位置の調整の際に検出したエッジ部の傾きが理論
的に求められたエッジ部の傾きと等しくなったときに、
この時点での焦点位置を合焦点の決定位置として採用す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例につい
て図面を参照して説明する。図１において、１はＸ−Ｙ
テーブルで、Ｘ−Ｙ駆動部２の駆動により二次元方向の
移動が可能となっている。このＸ−Ｙテーブル１に、被
読取物であるところの試料３が載置される。試料３は、
たとえば半導体の製造に用いるフォトマスクであり、図
１には示していないが、フォトエッチングを行なうため
のパターンを有する。以下、試料のことをフォトマスク
と称する。

【００１３】Ｘ−Ｙテーブル１（およびフォトマスク
２）の上方に、撮像手段として、複数の光電変換素子４
ａを一列に配列してなるライン走査型の一次元のＣＣＤ
（電荷結合素子）センサ４が設けられる。このＣＣＤセ
ンサ４にピエゾ素子５が連結される。ピエゾ素子５は、
ＣＣＤセンサ４をその走査方向に沿って微小移動させる
ためのものである。

【００１４】Ｘ−Ｙテーブル１とＣＣＤセンサ４との間
に、フォトマスク３からの光をＣＣＤセンサ４に投影す
るための光学系６が設けられる。この光学系６は、光学
系駆動部７の作動により、フォトマスク３とＣＣＤセン
サ４との間で図示太線矢印で示すように上下動する。こ
の上下動により、ＣＣＤセンサ４の焦点を調整すること
が可能となっている。

【００１５】ＣＣＤセンサ４の出力は、画像メモリ１１
に送られる。この画像メモリ１１は、複数枚分の画像デ
ータに対応する記憶容量を有する。画像メモリ１１内の
複数枚分の画像データはデータ合成部１２に送られ、そ
こで合成される。この合成画像は傾き検出部１３に送ら
れる。

【００１６】傾き検出部１３は、合成画像の濃度変化か
らフォトマスク３におけるパターンのエッジ部の傾きを
検出する。この検出結果は制御部１４に送られる。制御
部１４は、操作部１５を付属して備え、上記Ｘ−Ｙ駆動
部２、ピエゾ素子５、光学系駆動部７、画像メモリ１
１、データ合成部１２、および傾き検出部１３をそれぞ
れ制御する。

【００１７】そして、制御部１４は、主要な機能手段と
して次の［１］ないし［４］を有する。 ［１］ピエゾ素子５の作動によりＣＣＤセンサ４を走査
の方向に沿ってかつ同ＣＣＤセンサ４の光電変換素子４
ａの大きさの１／Ｎの距離ずつ順次に動かし、その移動
ごとにフォトマスク３におけるパターンのエッジ部の画
像を読取らせる読取手段。

【００１８】［２］この読出手段で読取られるＮ枚分の
画像を画像メモリ１１に記憶させる記憶手段。 ［３］光学系駆動部７の作動によりＣＣＤセンサ４の焦
点の調整を繰返し実行しながら、その実行ごとに上記読
取手段、データ合成部１２、および傾き検出部１３を作
動せしめる制御手段。

【００１９】［４］この制御手段による調整の実行ごと
に得られる傾き検出部１３の検出結果を相互に比較し、
その比較結果のうちのエッジ部の傾きが最大となるＣＣ
Ｄセンサ４の合焦点位置を判定し、この合焦点位置へ光
学系６の焦点を合わせることを制御手段にて実行する判
定・実行手段。

【００２０】つぎに、上記の構成の作用を説明する。Ｘ
−Ｙテーブル１にフォトマスク３を載置し、操作部１５
で読取り動作の開始を指示する。

【００２１】読取り動作の開始が指示されると、光学系
６が駆動されてＣＣＤセンサ４の焦点の位置が理論上求
められる合焦点の位置に調整される。そして、ＣＣＤセ
ンサ４が走査の方向に沿ってかつＣＣＤセンサ４の光電
変換素子４ａの大きさの１／Ｎの距離ずつ、順次に（Ｎ
−１）回微小移動される。この移動ごとに、フォトマス
ク３上のパターンのエッジ部の画像が読取られ、Ｎ枚分
の画像が画像メモリ１１に記憶される。

【００２２】すなわち、図２に示すように、ＣＣＤセン
サ４が先ず第１センサ位置にセットされ、その状態でパ
ターンのエッジ部の画像が読取られる。エッジ部が低い
ところでは高濃度の画像データが得られ、エッジ部が高
いほど濃度の低い画像データとなる。この後、すぐにＣ
ＣＤセンサ４がたとえば光電変換素子４ａの大きさの１
／２の距離だけ微小移動され、第２センサ位置にセット
される。この状態でパターンのエッジ部の画像が再び読
取られる。

【００２３】この場合、ＣＣＤセンサ４の微小移動が光
電変換素子４ａの大きさの１／２の距離であることによ
り、互いに１／２画素分ずれた形の２枚分の画像データ
が得られ、それが画像メモリ１１に記憶される。

【００２４】なお、ＣＣＤセンサ４の微小移動を光電変
換素子４ａの大きさの１／３の距離とすれば、互いに１
／３画素分ずれた形の３枚分の画像データが得られる。
１／４の距離とすれば、互いに１／４画素分ずれた形の
４枚分の画像データが得られることになる。

【００２５】画像メモリ１１に記憶された２枚分の画像
は、データ合成部１２に送られてそこで合成される。こ
の合成により、ＣＣＤセンサ４を動かさないときの通常
の画素数の２倍に相当する、高分解能の画像データが得
られる。

【００２６】合成画像データは傾き検出部１３に送られ
る。ここでは、合成画像の濃度変化からフォトマスク３
におけるパターンのエッジ部の傾きが検出される。エッ
ジ部の傾きの違いを図３と図４に示しており、傾きが小
さければ合成画像の濃度変化が密になり、傾きが大きけ
れば合成画像の濃度変化は粗になる。この濃度変化から
エッジ部の傾きを検出するようにしている。

【００２７】検出結果（傾き）は、制御部１４の内部メ
モリに記憶される。この後、光学系６が再び駆動されて
ＣＣＤセンサ４への焦点が理論上の合焦点位置近傍を所
定の移動単位（数μｍ）で微調整され、上記の読取り、
合成、および検出が繰返される。

【００２８】こうして、光学系６の焦点位置の調整が何
回か繰返し実行され、その実行ごとに得られる複数の検
出結果（傾き）が相互に比較される。この比較により、
もっとも大きい傾きを持つような光学系６の焦点位置の
調整位置が捜し出される。

【００２９】もっとも大きい傾きを持つ光学系６の焦点
位置の調整位置が、すなわちＣＣＤセンサ４の合焦点位
置として判定される。そして、この判定された合焦点位
置に光学系６が再セットされ、実際の画像読取が行なわ
れる。そして、このときこのフォトマスク３の固体を測
定している間は、求めた、この合焦点位置を記憶してお
く。

【００３０】また、光学系６の焦点位置の調整の過程に
おいては、判定・実行手段による判定前の調整量よりも
判定後の微調整量を少ないものとして、この判定の度に
調整量を少なくしていくことによって、最適な合焦点位
置に収束させることができる。

【００３１】加えて、判定・実行手段による判定は、制
御手段による光学系６の焦点位置の調整の際に検出した
フォトマスク３上のパターンのエッジ部の傾きが変化し
なくなった場合で打ち切っても差し支えない。なぜなら
ば、光学系６による光の絞り込まれたところには、ビー
ムウェストが存在し、この範囲においては、フォトマス
ク３上のパターンのエッジ部の傾きが一定となるからで
ある。判定と調整を繰り返していき、このエッジ部の傾
きが最大値を保ったところが、真の合焦点位置と考えら
れる。

【００３２】さらに、フォトマスク３上のパターンをエ
ッチング等により作成するときのパターンのエッジ部の
理論上の傾きの大きさを求めておき、この大きさと実際
の測定値とを比較し、ほぼ傾きが等しくなったときに、
判定を打ち切るとしてもよい。この場合にも合焦点位置
を決定することができると考えられるからである。

【００３３】このように、被読取物であるフォトマスク
３そのものを利用して容易にしかも精度よくＣＣＤセン
サ４の焦点を合わせることができ、従来のようなＬ／Ｓ
パターンが不要となる。

【００３４】Ｌ／Ｓパターンは試料にあらかじめ付けて
おかねばならず、手間と時間がかかっていたが、そのよ
うな手間と時間が解消されることになる。また、Ｌ／Ｓ
パターンを用いる場合、焦点調整の精度を高めようとす
ると、Ｌ／Ｓパターンの形状そのものについて高い精度
のものを用意しなければならず、コストの上昇を招いて
しまうという問題があったが、そのような問題も解消さ
れることになる。

【００３５】なお、上記実例では、ＣＣＤセンサ４の微
小移動の距離を光電変換素子４ａの大きさの１／２の距
離としたが、その距離に限定はなく、要求される分解能
に応じて適宜に設定可能である。すなわち、ＣＣＤセン
サ４の光電検出単位長の１／Ｎだけ動かせばよい。ここ
で、光電検出単位長とは、モノクロＣＣＤにおいては隣
接する画像形成装置の間隔をいい、カラーＣＣＤにおい
ては赤と赤、青と青、黄と黄のように同一色のサンプリ
ングを行う隣接する画素間隔をいうものである。

【００３６】また、ＣＣＤセンサ４と被読取物とは相対
的に移動できればよいので、被読取物を載置したＸ−Ｙ
テーブルを動かしてもよいし、また、光学的な位置の変
更は被読取物とＣＣＤセンサとの間に透明な平行平板を
挿入し、傾きを変えることで光学像を移動させることに
よっても達成される。

【００３７】ＣＣＤセンサ４を微小移動させる手段とし
てピエゾ素子５を用いたが、同様の機能を有するもので
あれば、他の機器を用いてもよい。更に、ここまでの説
明においては、ＣＣＤセンサ４はライン状の一次元であ
ったが、もちろん２次元の配列を持っていてもよい。こ
の場合には、Ｘ，Ｙ方向双方に位置を変更することで、
更に精密な焦点合せが可能となる。

【００３８】被読取物としてフォトマスクを例に説明し
たが、他の被読取物に対しても同様の焦点調整が可能な
ことはもちろんである。その他、この発明は上記実例に
限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変
形実施可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、撮
像手段を走査の方向に沿ってかつ同撮像手段における各
々の光電変換素子間の光電検出単位長の１／Ｎ（Ｎは自
然数）の距離ずつ相対的に（Ｎ−１）回位置変化させ、
その移動ごとに被読取物上のパターンのエッジ部の画像
を読取ってＮ枚分の画像を得、そのＮ枚分の画像を合成
し、その合成画像の濃度変化からパターンのエッジ部の
傾きを検出するとともに、撮像手段の焦点を理論上の合
焦点位置に調整した後、この位置の近傍を所定の移動単
位で調整を繰返し実行しながら、その実行ごとに上記読
取り、合成、および検出を行ない、調整の実行ごとに得
られる検出結果を相互に比較し、その比較結果のうちエ
ッジ部の傾きが最大となる位置を撮像手段の合焦点位置
を判定し、この合焦点位置へ撮像手段の焦点を調整する
構成としたので、Ｌ／Ｓパターンなど特別な部品を要す
ることなく、被読取物そのものを利用して容易にしかも
精度よく撮像手段の焦点を合わせることができる焦点調
整装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の構成を示す図。

【図２】同実施例におけるＣＣＤセンサの移動位置とそ
れによって得られる画像データとの対応、および合成画
像データを示す図。

【図３】同実施例におけるフォトマスクのパターンの傾
きが小さいときの濃度変化を示す図。

【図４】同実施例におけるフォトマスクのパターンの傾
きが大きいときの濃度変化を示す図。

【図５】従来のＬ／Ｓパターンを示す図。

【図６】焦点がずれた状態で図５のＬ／Ｓパターンを読
取ったときのＣＣＤセンサの出力を示す図。

【図７】焦点が合った状態で図５のＬ／Ｓパターンを読
取ったときのＣＣＤセンサの出力を示す図。

【符号の説明】

１…Ｘ−Ｙテーブル、２…Ｘ−Ｙ駆動部、３…被読取物
（フォトマスク）、４…ＣＣＤセンサ、５…ピエゾ素
子、６…光学系、７…光学系駆動部、１１…画像メモ
リ、１２…データ合成部、１３…傾き検出部、１４…制
御部、１５…操作部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の光電変換素子を配列してなる撮像
   手段を備え、所定のパターンを有する被読取物上の画像
   を前記撮像手段で光学的に走査して読取る装置におい
   て、 前記撮像手段を前記走査の方向に沿ってかつ同撮像手段
   における各々の光電変換素子間の光電検出単位長の１／
   Ｎ（Ｎは自然数）の距離ずつ相対的に（Ｎ−１）回位置
   変化させ、その移動ごとに前記パターンのエッジ部の画
   像を読取らせる読取手段と、 この読取手段で読取られるＮ枚分の画像を合成する合成
   手段と、 この合成手段で合成される画像の濃度変化から前記パタ
   ーンのエッジ部の傾きを検出する検出手段と、 前記撮像手段の焦点を理論上の合焦点位置に調整した
   後、この位置の近傍を所定の移動単位で調整を繰返し実
   行しながら、その実行ごとに前記読取手段、前記合成手
   段、および前記検出手段を作動せしめる制御手段と、 前記調整の実行ごとに得られる前記検出手段の検出結果
   を相互に比較し、その比較結果のうち前記エッジ部の傾
   きが最大となる位置を前記撮像手段の合焦点位置と判定
   し、前記制御手段により、この合焦点位置への前記撮像
   手段の焦点の調整を実行する判定・実行手段と、 を具備したことを特徴とする焦点調整装置。
2. 【請求項２】 制御手段による焦点位置の調整は、判定
   ・実行手段による合焦点位置の判定とともに繰り返して
   行われ、この判定を経る毎に、調整量を減少させること
   を特徴とする請求項１に記載の焦点調整装置。
3. 【請求項３】 判定・実行手段による判定は、制御手段
   による焦点位置の調整の際に検出したエッジ部の傾きが
   変化しなくなった場合に打ち切り、この時点での焦点位
   置を合焦点位置の決定位置として採用することを特徴と
   する請求項１に記載の焦点調整装置。
4. 【請求項４】 判定・実行手段による判定は、制御手段
   による焦点位置の調整の際に検出したエッジ部の傾きが
   理論的に求められたエッジ部の傾きと等しくなったとき
   に、この時点での焦点位置を合焦点の決定位置として採
   用することを特徴とする請求項１に記載の焦点調整装
   置。