JPH10288733A - Automatic focusing device - Google Patents

Automatic focusing device

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Publication number
JPH10288733A
JPH10288733A JP9111826A JP11182697A JPH10288733A JP H10288733 A JPH10288733 A JP H10288733A JP 9111826 A JP9111826 A JP 9111826A JP 11182697 A JP11182697 A JP 11182697A JP H10288733 A JPH10288733 A JP H10288733A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
focus
optical system
image
slit
wafer
Prior art date
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Pending
Application number
JP9111826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Yamada
智明 山田
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an automatic focusing device capable of easily focusing an object. SOLUTION: The automatic focusing device is provided with a slit plate 3 with plural focus detecting slits formed, an illuminating optical system ILS for projecting the image of the slit on the object, a focusing optical system AF for forming the reflected image of the image and a photoelectric converter 17 for detecting the reflected image. And also, the device is provided with a calculating part (focus signal selecting part etc.) for calculating plural focal positions based on the focus signals as for plural slit images.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡や半導体回
路検査装置等の光学系のフォーカスを対象物に自動的に
合わせるオートフォーカス装置に関する。特には、半導
体装置や液晶装置の回路形成面(途中及び完成状態)を
観察・検査する装置用に適したオートフォーカス装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an autofocus apparatus for automatically focusing an optical system such as a microscope or a semiconductor circuit inspection apparatus on an object. In particular, the present invention relates to an autofocus apparatus suitable for an apparatus for observing and inspecting a circuit formation surface (on the way and in a completed state) of a semiconductor device or a liquid crystal device.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置の検査装置を例にとって従来
技術を説明する。図3は、従来の半導体検査装置の光学
系(ナイフエッジ方式)及び制御系の構成を模式的に示
す図である。この検査装置は、対象物であるウェハ7の
上表面に形成された半導体回路層やフォトレジスト層の
拡大像を形成して、それらの層の形や寸法を検査する装
置である。ウェハ7は、真空チャックや静電チャック等
のホルダを介してウェハステージ8上に固定されてい
る。ウェハステージ8は、光軸方向及びその垂直面内
(Z方向、X−Y面)で走査される。
2. Description of the Related Art The prior art will be described by taking a semiconductor device inspection apparatus as an example. FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an optical system (knife edge method) and a control system of a conventional semiconductor inspection apparatus. This inspection apparatus is an apparatus that forms an enlarged image of a semiconductor circuit layer and a photoresist layer formed on the upper surface of a wafer 7 as an object, and inspects the shapes and dimensions of those layers. The wafer 7 is fixed on a wafer stage 8 via a holder such as a vacuum chuck or an electrostatic chuck. The wafer stage 8 is scanned in the optical axis direction and in a vertical plane (Z direction, XY plane).

【0003】図3の検査装置は、ウェハ7の直上に配置
されている観察光学系OBSと、該光学系OBSの側方
に配置されている照明光学系ILS及びオートフォーカ
ス光学系AFSを具備する。
[0003] The inspection apparatus shown in FIG. 3 includes an observation optical system OBS disposed immediately above the wafer 7, an illumination optical system ILS and an autofocus optical system AFS disposed beside the optical system OBS. .

【0004】照明光学系ILSには、その光軸上に順
に、光源1、コンデンサレンズ2、AF用スリット板
3、投影レンズ4及びハーフミラー5が配置されてい
る。光源1から射出された照明光ILは、コンデンサレ
ンズ2を通って集光され、次にAF用スリット板3に入
射する。AF用スリット板3の周辺部には、オートフォ
ーカス用のスリットが形成されている。AF用スリット
板3の中央部は透明である。AF用スリット板3から出
た照明光は、投影レンズ4により適当な照明倍率を与え
られる。照明光学系ILSと観察光学系OBSの光軸が
交差する点には、第一のハーフミラー5が置かれてい
る。投影レンズ4を出た照明光ILは、このハーフミラ
ー5に当って下方に反射され、次に第一の対物レンズ6
を経てウェハ7を照明する。
In the illumination optical system ILS, a light source 1, a condenser lens 2, an AF slit plate 3, a projection lens 4, and a half mirror 5 are sequentially arranged on the optical axis. The illumination light IL emitted from the light source 1 is condensed through the condenser lens 2 and then enters the AF slit plate 3. A slit for autofocus is formed in a peripheral portion of the AF slit plate 3. The central portion of the AF slit plate 3 is transparent. The illumination light emitted from the AF slit plate 3 is given an appropriate illumination magnification by the projection lens 4. A first half mirror 5 is placed at a point where the optical axes of the illumination optical system ILS and the observation optical system OBS intersect. The illumination light IL exiting the projection lens 4 strikes the half mirror 5 and is reflected downward, and then the first objective lens 6
The wafer 7 is illuminated via.

【0005】観察光学系OBSには、ウェハ7に近い方
から順に、第一対物レンズ6、第一ハーフミラー5、第
二ハーフミラー9、第二対物レンズ10、結像レンズ1
1及び二次元光電変換手段(CCDカメラ)12が配置
されている。このうち、第一対物レンズ6はオートフォ
ーカス光学系AFS及び照明光学系ILSともに共用さ
れている。
[0005] In the observation optical system OBS, a first objective lens 6, a first half mirror 5, a second half mirror 9, a second objective lens 10, and an imaging lens 1
One and two-dimensional photoelectric conversion means (CCD camera) 12 are arranged. Among them, the first objective lens 6 is shared by both the autofocus optical system AFS and the illumination optical system ILS.

【0006】ウェハ7に入射した照明光は、ウェハ7の
上面で反射する。この反射光RLは上方に向い、第一対
物レンズ6及び第一ハーフミラー5を通過し、第二ハー
フミラー9に至る。第二ハーフミラー9は、反射光RL
の一部を上方に通過させ、一部を側方に反射する。通過
した光OLは観察あるいは測定に供せられ、第二対物レ
ンズ10及び結像レンズ11を通過して、CCDカメラ
12の光電変換面に拡大結像する。
The illumination light incident on the wafer 7 is reflected on the upper surface of the wafer 7. The reflected light RL is directed upward, passes through the first objective lens 6 and the first half mirror 5, and reaches the second half mirror 9. The second half mirror 9 receives the reflected light RL
Are passed upwards and partially reflected laterally. The transmitted light OL is used for observation or measurement, passes through the second objective lens 10 and the imaging lens 11, and forms an enlarged image on the photoelectric conversion surface of the CCD camera 12.

【0007】第二ハーフミラー9で反射した光FLは、
オートフォーカス光学系AFSに入る。オートフォーカ
ス光学系AFSには、ハーフミラー9から順に、リレー
レンズ13、ミラー26、ナイフエッジ22、結像レン
ズ15、シリンドリカルレンズ16及びAF用光電変換
手段17が配置されている。ナイフエッジ22は、オー
トフォーカス光学系AFSのほぼ瞳位置に配置されてお
り、その先端は光軸と一致している。光電変換手段17
は、第一対物レンズ6を含むオートフォーカス光学系A
FSにおいて、ウェハ7並びにナイフエッジ22の配設
された瞳と共役な位置にある。シリンドリカルレンズ1
6は、オートフォーカス光FLを幅方向に圧縮して光電
変換手段17上に結像させる。なお、この装置における
光電変換手段17は、幅約10μm 、長さ20mmのライ
ン状のCCDセンサである。結局、AF用光電変換手段
17には、ウェハ7に投射されたAF用スリットの像の
内、ナイフエッジ22で遮光されなかった部分が結像す
る。
The light FL reflected by the second half mirror 9 is
Enter the autofocus optical system AFS. In the autofocus optical system AFS, a relay lens 13, a mirror 26, a knife edge 22, an imaging lens 15, a cylindrical lens 16, and an AF photoelectric conversion unit 17 are arranged in this order from the half mirror 9. The knife edge 22 is disposed substantially at the pupil position of the autofocus optical system AFS, and its tip coincides with the optical axis. Photoelectric conversion means 17
Is an autofocus optical system A including the first objective lens 6
In the FS, it is located at a position conjugate with the pupil provided with the wafer 7 and the knife edge 22. Cylindrical lens 1
6 compresses the autofocus light FL in the width direction and forms an image on the photoelectric conversion means 17. The photoelectric conversion means 17 in this device is a linear CCD sensor having a width of about 10 μm and a length of 20 mm. As a result, a portion of the image of the slit for AF projected on the wafer 7 that is not shielded by the knife edge 22 is imaged on the AF photoelectric conversion unit 17.

【0008】AF用光電変換手段17が検出したAF用
スリットに関する信号は、この検査装置の制御部内のフ
ォーカス位置検出部18に送られて処理され(詳細後
述)、正規のフォーカス位置が検出される。このフォー
カス位置に関する信号は、フォーカスアクチュエータ駆
動部21に送られ、同部21は、ウェハステージ8のZ
テーブル駆動用のアクチュエータを駆動してウェハ7を
上下し、正規のフォーカス位置にウェハ7の上面を位置
決めする。
A signal relating to the AF slit detected by the AF photoelectric conversion means 17 is sent to a focus position detecting section 18 in a control section of the inspection apparatus, where the signal is processed (details will be described later), and a normal focus position is detected. . The signal relating to the focus position is sent to the focus actuator drive unit 21, which sends the signal to the Z stage of the wafer stage 8.
The actuator for driving the table is driven to move the wafer 7 up and down, and the upper surface of the wafer 7 is positioned at a regular focus position.

【0009】図4は、図3の装置におけるAF用光電変
換手段上のAF用スリットの像のプロファイルを示す。
横軸は光電変換手段の長手方向位置を表し、縦軸は光電
変換手段の当該位置における出力を表す。図中におい
て、縦方向の一点鎖線CLは、フォーカス時におけるプ
ロファイルの面積を2等分する線であり、既に装置の調
整時に与えられている。フォーカス位置検出部18は、
光電変換手段17のプロファイルを表す信号の入力を受
け、線CLの左右におけるプロファイルの面積a、bを
算出する。そして、両面積の差からデフォーカスの量、
すなわちフォーカス位置までウェハを上下すべき寸法を
演算する。
FIG. 4 shows an image profile of an AF slit on the AF photoelectric conversion means in the apparatus shown in FIG.
The horizontal axis represents the longitudinal position of the photoelectric conversion means, and the vertical axis represents the output of the photoelectric conversion means at the position. In the figure, the one-dot chain line CL in the vertical direction is a line that bisects the area of the profile at the time of focusing, and has already been given at the time of adjustment of the apparatus. The focus position detection unit 18
Upon receiving a signal representing the profile of the photoelectric conversion means 17, the areas a and b of the profile on the left and right of the line CL are calculated. And from the difference between the two areas, the amount of defocus,
That is, a dimension for moving the wafer up and down to the focus position is calculated.

【0010】図4(A)は、線CLの左右におけるプロ
ファイルの面積a、bが等しいフォーカス状態を示す。
なお、プロファイルは、ナイフエッジの存在する右側が
急激に落ち込むカーブとなっている。図4(B)は、線
CLの左のプロファイルの面積a′が、右のプロファイ
ルの面積b′よりも広い(a′>b′)デフォーカス状
態を示す。このようになるのは、デフォーカスになる
と、ナイフエッジ側にぼけて通る光がナイフエッジに遮
られるのに対して、反ナイフエッジ側を通る光はそのま
ま通過して光電変換手段に達するためである。
FIG. 4A shows a focus state in which the profile areas a and b on the left and right sides of the line CL are equal.
The profile has a curve that sharply drops on the right side where the knife edge exists. FIG. 4B shows a defocused state in which the area a 'of the left profile of the line CL is larger than the area b' of the right profile (a '>b'). This is because when defocusing occurs, light passing through the knife edge side is blocked by the knife edge, while light passing through the anti-knife edge side passes through to the photoelectric conversion means. is there.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記従来例では、フォ
ーカス位置を検出するためのAF用スリットは1つであ
った。そして、このAF用スリットを観察光学系の視野
外に置くことが一般的であった。また、観察対象物のウ
ェハ表面には様々なパターンが、半導体プロセスやフォ
トレジストによって形成されており、観察光学系の焦点
深度を越えた凹凸が存在していた。そのため、オートフ
ォーカス装置が、測定・観察対象の視野と異なるフォー
カスで合焦してしまうことがあった。
In the above conventional example, there is one AF slit for detecting the focus position. And it was common to place this AF slit outside the field of view of the observation optical system. Also, various patterns are formed on the wafer surface of the observation target by a semiconductor process or a photoresist, and there are irregularities exceeding the depth of focus of the observation optical system. For this reason, the autofocus device may be focused at a different focus from the visual field of the measurement / observation target.

【0012】また、測定視野内にAF用スリットを置い
た場合であっても、ウェハ端部のようにパターンの規則
性が喪失される近傍の領域では、他の規則的にパターン
が配置されている部分と異なり、不意に異なるフォーカ
スで合焦してしまうことがあった。このような場合、装
置に合焦オフセットを与えてフォーカスを調整すること
ができるが、現状の合焦位置のレベルがその時々によっ
て変るため普遍的なオフセットを与えて処理することが
できなかった。
Further, even when an AF slit is placed in the measurement visual field, other regular patterns are arranged in a region near the edge of the pattern where pattern regularity is lost, such as a wafer edge. In some cases, the focus was unexpectedly changed with a different focus. In such a case, the focus can be adjusted by giving a focusing offset to the apparatus, but since the current level of the focusing position changes from time to time, it was not possible to perform processing by giving a universal offset.

【0013】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、対象物への合焦を容易に得ることのできる
オートフォーカス装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide an autofocus apparatus which can easily obtain a focus on an object.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明のオートフォーカス装置は、 対象物に光学
系の焦点を合わせるためのオートフォーカス装置であっ
て; フォーカス状態を検出する複数のセンサ機構と、
対象物又は光学系を光軸方向に動かしてフォーカス位
置を調整するフォーカスアクチュエータと、 上記複数
のセンサ機構からのフォーカス信号に基づいて、複数の
フォーカス位置を演算する演算部と、 演算された複数
のフォーカス位置の内の1つを選択する選択部と、 を
具備することを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, an auto-focusing device according to the present invention is an auto-focusing device for focusing an optical system on an object; a plurality of sensors for detecting a focus state. Mechanism and
A focus actuator that adjusts a focus position by moving an object or an optical system in an optical axis direction; a calculation unit that calculates a plurality of focus positions based on focus signals from the plurality of sensor mechanisms; And a selector for selecting one of the focus positions.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態においては、
上記センサ機構が、 上記光学系の対物レンズの視野内
に設けられた複数のフォーカス検出用スリットと、 こ
のフォーカス検出用スリットの像を対象物上に投影する
照明光学系及び該像の反射像を結像するフォーカス光学
系と、 該反射像を検出する光電変換器と、 を備え
る。また、上記対象物が半導体装置の回路面であり、上
記選択部が、上記複数のフォーカス位置の内、上記光学
系の対物レンズに最も近い位置又は最も遠い位置(特に
最も近い位置)を選択することができる。フォトレジス
ト塗布、露光、現像を行った半導体ウェハのように、被
検物の最も高い位置(前記半導体ウェハの例ではフォト
レジストの表面)が被検物の面内で最も安定な面である
場合には、被検物の端部又は観察視野外にAF用スリッ
トを投影する場合にも、回路パターンの差に影響されに
くい合焦位置を実現することができる。またオートフォ
ーカスにオフセットを与える場合にも、現状合焦位置が
ある程度はっきりとしており、観察対象物と最上面との
間の段差として推定される値をオフセットとして与えれ
ばよいので、観察対象物への合焦を速やかに達成するこ
とができる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In one embodiment of the present invention,
A plurality of focus detection slits provided in a field of view of an objective lens of the optical system, an illumination optical system that projects an image of the focus detection slit onto an object, and a reflection image of the image. A focus optical system that forms an image; and a photoelectric converter that detects the reflected image. The object is a circuit surface of a semiconductor device, and the selection unit selects a position closest to or farthest from the objective lens of the optical system (particularly a position closest to the objective lens) among the plurality of focus positions. be able to. When the highest position of the test object (the surface of the photoresist in the example of the semiconductor wafer) is the most stable surface in the test object, such as a semiconductor wafer subjected to photoresist coating, exposure, and development. Thus, even when the AF slit is projected on the edge of the test object or outside the observation field of view, it is possible to realize a focus position that is hardly affected by differences in circuit patterns. Also, when an offset is given to the autofocus, the current in-focus position is somewhat clear, and a value estimated as a step between the observation target and the top surface may be given as the offset. Focusing can be achieved quickly.

【0016】以下、図面を参照しつつ説明する。図1
は、本発明の1実施例に係る半導体装置の検査装置の光
学系(瞳分割プリズム方式)及び制御系の構成を模式的
に示す図である。この検査装置は、対象物であるウェハ
7の上表面に形成された半導体回路層やフォトレジスト
層の拡大像を形成して、それらの層の形や寸法を検査す
る装置である。ウェハ7は、真空チャックや静電チャッ
ク等のホルダを介してウェハステージ8上に固定されて
いる。ウェハステージ8は、光軸方向及びその垂直面内
(Z方向、X−Y面)で走査される。
Hereinafter, description will be made with reference to the drawings. FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical system (pupil division prism type) and a control system of a semiconductor device inspection apparatus according to one embodiment of the present invention. This inspection apparatus is an apparatus that forms an enlarged image of a semiconductor circuit layer and a photoresist layer formed on the upper surface of a wafer 7 as an object, and inspects the shapes and dimensions of those layers. The wafer 7 is fixed on a wafer stage 8 via a holder such as a vacuum chuck or an electrostatic chuck. The wafer stage 8 is scanned in the optical axis direction and in a vertical plane (Z direction, XY plane).

【0017】図1の検査装置は、ウェハ7の直上に配置
されている観察光学系OBSと、該光学系OBSの側方
に配置されている照明光学系ILS及びオートフォーカ
ス光学系AFSを具備する。
The inspection apparatus shown in FIG. 1 includes an observation optical system OBS disposed immediately above the wafer 7, an illumination optical system ILS and an autofocus optical system AFS disposed beside the optical system OBS. .

【0018】照明光学系ILSには、その光軸上に順
に、光源1、コンデンサレンズ2、AF用スリット板
3、投影レンズ4及びハーフミラー5が配置されてい
る。光源1はハロゲンランプ等のランプである。光源1
から射出された照明光ILは、コンデンサレンズ2を通
って集光され、次にAF用スリット板3に入射する。A
F用スリット板3の周辺部には、オートフォーカス用の
スリット(ウェハ7上での寸法、対物レンズの倍率が1
00×の場合10μm ×100μm 、一般的に長さが視
野の1/2〜1、幅が視野の1/20〜1/10)が複
数個形成されている。AF用スリット板3の中央部は透
明である。AF用スリット板3から出た照明光は投影レ
ンズ4により適当な照明倍率を与えられる。照明光学系
ILSと観察光学系OBSの光軸が交差する点には、第
一のハーフミラー5が置かれている。投影レンズ4を出
た照明光ILは、このハーフミラー5に当って下方に反
射され、次に第一の対物レンズ6を経てウェハ7を照明
する。
In the illumination optical system ILS, a light source 1, a condenser lens 2, an AF slit plate 3, a projection lens 4, and a half mirror 5 are sequentially arranged on the optical axis. The light source 1 is a lamp such as a halogen lamp. Light source 1
The illumination light IL emitted from the lens is condensed through the condenser lens 2 and then enters the AF slit plate 3. A
A slit for auto focus (the size on the wafer 7 and the magnification of the objective lens are 1
In the case of 00 ×, a plurality of 10 μm × 100 μm, generally, a length of 1/2 to 1 of the visual field and a width of 1/20 to 1/10 of the visual field are formed. The central portion of the AF slit plate 3 is transparent. The illumination light emitted from the AF slit plate 3 is given an appropriate illumination magnification by the projection lens 4. A first half mirror 5 is placed at a point where the optical axes of the illumination optical system ILS and the observation optical system OBS intersect. The illumination light IL exiting the projection lens 4 strikes the half mirror 5 and is reflected downward, and then illuminates the wafer 7 via the first objective lens 6.

【0019】観察光学系OBSには、ウェハ7に近い方
から順に、第一対物レンズ6、第一ハーフミラー5、第
二ハーフミラー9、第二対物レンズ10、結像レンズ1
1及び二次元光電変換手段(CCDカメラ)12が配置
されている。このうち、第一対物レンズ6はオートフォ
ーカス光学系AFS及び照明光学系ILSとも共用され
ている。
In the observation optical system OBS, a first objective lens 6, a first half mirror 5, a second half mirror 9, a second objective lens 10, and an imaging lens 1 are arranged in this order from the side closer to the wafer 7.
One and two-dimensional photoelectric conversion means (CCD camera) 12 are arranged. Among them, the first objective lens 6 is shared with the autofocus optical system AFS and the illumination optical system ILS.

【0020】ウェハ7に入射した照明光は、ウェハ7の
上面で反射する。この反射光RLは上方に向い、第一対
物レンズ6及び第一ハーフミラー5を通過し、第二ハー
フミラー9に至る。第二ハーフミラー9は、反射光RL
の一部を上方に通過させ、一部を側方に反射する。通過
した光OLは観察あるいは測定に供せられ、第二対物レ
ンズ10及び結像レンズ11を通過して、CCDカメラ
12の光電変換面に拡大結像する。
The illumination light incident on the wafer 7 is reflected on the upper surface of the wafer 7. The reflected light RL is directed upward, passes through the first objective lens 6 and the first half mirror 5, and reaches the second half mirror 9. The second half mirror 9 receives the reflected light RL
Are passed upwards and partially reflected laterally. The transmitted light OL is used for observation or measurement, passes through the second objective lens 10 and the imaging lens 11, and forms an enlarged image on the photoelectric conversion surface of the CCD camera 12.

【0021】第二ハーフミラー9で反射した光FLは、
オートフォーカス光学系AFSに入る。オートフォーカ
ス光学系AFSには、ハーフミラー9から順に、リレー
レンズ13、瞳分割プリズム14、結像レンズ15、シ
リンドリカルレンズ16及びAF用光電変換手段17が
配置されている。瞳分割プリズム14は、オートフォー
カス光学系AFSのほぼ瞳位置に配置されており、その
分割線(中央の尾根)は光軸と一致している。光電変換
手段17は、第一対物レンズ6を含むオートフォーカス
光学系AFSにおいて、ウェハ7並びに瞳分割プリズム
分割線の配設された瞳と共役な位置にある。シリンドリ
カルレンズ16は、オートフォーカス光FLを幅方向に
圧縮して光電変換手段17上に結像させる。なお、この
装置における光電変換手段17は、幅約10μm 、長さ
20mmのライン状のCCDセンサである。結局、AF用
光電変換手段17には、ウェハ7に投射されたAF用ス
リットの像が、瞳分割プリズム14によって二つに分割
されて結像する。
The light FL reflected by the second half mirror 9 is
Enter the autofocus optical system AFS. In the autofocus optical system AFS, a relay lens 13, a pupil splitting prism 14, an imaging lens 15, a cylindrical lens 16, and an AF photoelectric conversion unit 17 are arranged in order from the half mirror 9. The pupil splitting prism 14 is arranged substantially at the pupil position of the autofocus optical system AFS, and its dividing line (center ridge) coincides with the optical axis. In the autofocus optical system AFS including the first objective lens 6, the photoelectric conversion unit 17 is located at a position conjugate with the wafer 7 and the pupil where the pupil division prism division line is provided. The cylindrical lens 16 compresses the autofocus light FL in the width direction and forms an image on the photoelectric conversion unit 17. The photoelectric conversion means 17 in this device is a linear CCD sensor having a width of about 10 μm and a length of 20 mm. Eventually, the AF slit image projected on the wafer 7 is split into two by the pupil splitting prism 14 and formed on the AF photoelectric conversion means 17.

【0022】AF用光電変換手段17が検出した複数の
AF用スリットに関する信号は、この検査装置の制御部
内のフォーカススリット分割部23を経て、フォーカス
位置検出部18及び19に送られて処理され(詳細後
述)、フォーカス位置が検出される。このフォーカス位
置に関する信号は、フォーカス信号選択部20に送られ
てその内の最も対物レンズ6に近いもの(高いもの)が
選択される。選択されたフォーカス位置の信号はフォー
カスアクチュエータ駆動部21に送られ、同部21は、
ウェハステージ8のZテーブル駆動用のアクチュエータ
を駆動してウェハ7を上下し、最も高いフォーカス位置
にウェハ7の上面を位置決めする。
Signals relating to a plurality of AF slits detected by the AF photoelectric conversion means 17 are sent to focus position detecting sections 18 and 19 via a focus slit dividing section 23 in a control section of the inspection apparatus, and are processed ( The focus position is detected (described later in detail). The signal related to the focus position is sent to the focus signal selection unit 20, and the signal closest to the objective lens 6 (highest one) is selected. The signal of the selected focus position is sent to the focus actuator driving unit 21, and the unit 21
The actuator for driving the Z table of the wafer stage 8 is driven to move the wafer 7 up and down, and the upper surface of the wafer 7 is positioned at the highest focus position.

【0023】図2は、図1の装置におけるAF用光電変
換手段上のAF用スリットの像のプロファイルを示す。
横軸は光電変換手段の長手方向位置を表し、縦軸は光電
変換手段の当該位置における出力を表す。図中におい
て、縦方向の一点鎖線CLは、フォーカス時におけるプ
ロファイルの面積を2等分する線である。図2において
は、各段(図2(A)、(B)、(C))において、横
に4つ並んだピーク状のプロファイル31、31′、3
2、32′が示されている。このうちプロファイル3
1、31′は、一つのAF用スリットのウェハ上への像
からの反射光が、瞳分割プリズム14で2つに分割され
たものである。32と32′は、他の(2本目の)AF
用スリットが同様に分割されたものである。
FIG. 2 shows an image profile of an AF slit on the AF photoelectric conversion means in the apparatus shown in FIG.
The horizontal axis represents the longitudinal position of the photoelectric conversion means, and the vertical axis represents the output of the photoelectric conversion means at the position. In the figure, a dashed-dotted line CL in the vertical direction is a line that bisects the area of the profile at the time of focusing. In FIG. 2, in each stage (FIGS. 2A, 2B, and 2C), four peak-like profiles 31, 31 ', 3
2, 32 'are shown. Profile 3
Reference numerals 1 and 31 ′ denote reflected light from an image of one AF slit on the wafer, which is split into two by the pupil splitting prism 14. 32 and 32 'are the other (second) AF
Slits are similarly divided.

【0024】図2(A)は、バランスフォーカス時のス
リット像であり、分割された左右のプロファイル31、
31′及び32、32′の間隔は、左右のプロファイル
31、32で等しく、合焦時の標準値のLである。図2
(B)は、デフォーカス時のスリット像であり、分割さ
れた左右のプロファイル31、31′及び32、32′
の間隔は、左右のプロファイル31、32では等しい
が、合焦時の標準値のLとは異なるL′である。図2
(C)は、アンバランスフォーカス時のスリット像であ
り、分割された左右のプロファイル31、31′及び3
2、32′の間隔は、左右のプロファイル31、32で
異なり、それぞれL″とL′である。この時、二本のA
F用スリットの結像する二カ所のウェハ表面に段差があ
り、それぞれのAF用スリットのフォーカスは、それぞ
れ異なる段のウェハ表面に合焦している。すなわち、二
本のAF用スリットの結像する二カ所のウェハ表面に段
差がある場合には分割された左右のプロファイル31、
31′及び32、32′の間隔は左右のプロファイル3
1、32で異なり、それぞれL″、L′となることを示
した図である。
FIG. 2A is a slit image at the time of balance focusing, and is divided into left and right profiles 31,
The intervals between 31 'and 32, 32' are equal in the left and right profiles 31, 32, and are L, which is a standard value at the time of focusing. FIG.
(B) is a slit image at the time of defocusing, and is divided into left and right profiles 31, 31 'and 32, 32'.
Is equal in the left and right profiles 31 and 32, but is L 'different from the standard value L at the time of focusing. FIG.
(C) is a slit image at the time of unbalance focus, and is divided into left and right profiles 31, 31 'and 3
The intervals between 2 and 32 'are different for the left and right profiles 31 and 32, and are L "and L', respectively.
There are steps at the two wafer surfaces where the F slits form an image, and the focus of each AF slit is focused on the wafer surface at a different step. That is, when there are steps on two wafer surfaces where two AF slits form an image, the divided left and right profiles 31 are used.
The distance between 31 'and 32, 32' is the left and right profile 3
It is a figure showing that L ″ and L ′ are different for Nos. 1 and 32, respectively.

【0025】図2に示す光電変換手段信号は、まずフォ
ーカススリット分割部23に送られて、各AF用スリッ
ト毎のペアのプロファイルに分割される。この分割のメ
カニズムは、スリット像の数をカウントしても良いし、
単独に光電変換手段17上の位置で分割しても良い。な
お、光電変換手段が2つある場合は、フォーカススリッ
ト分割部は不要である。次に、各AF用スリットのペア
プロファイルの信号は、2つのフォーカス位置検出部1
8、19にそれぞれ送られる。ここでは上述のペア間の
間隔L、L′、L″を検出して、それに対応するフォー
カス位置信号をフォーカス信号選択部20に送る。
The photoelectric conversion means signal shown in FIG. 2 is first sent to the focus slit dividing section 23 and divided into a pair of profiles for each AF slit. The mechanism of this division may be to count the number of slit images,
It may be divided independently at a position on the photoelectric conversion means 17. When there are two photoelectric conversion units, the focus slit dividing unit is unnecessary. Next, the signal of the pair profile of each AF slit is output to two focus position detection units 1.
8 and 19 respectively. Here, the intervals L, L ', L "between the pairs are detected, and the corresponding focus position signals are sent to the focus signal selector 20.

【0026】図2(C)のようなアンバランスフォーカ
ス時の場合、フォーカス信号選択部20では、フォーカ
ス位置比較手段により上記L′とL″が比較され、対物
レンズ6に近いスリット像ほど間隔Lが長くなるという
本実施例の光学系の特性に基づき、長い方のL″、すな
わち対物レンズ6に近い方のフォーカス位置がフォーカ
ス位置選択手段により選択される。このフォーカス位置
は、フォーカスアクチュエータ駆動部21に加えられ、
ウェハステージ8のZステージを移動させ、最も高いス
リット結像部に合焦される。
In the case of an unbalanced focus as shown in FIG. 2C, the focus signal selector 20 compares the above L 'and L "with the focus position comparing means. Is longer, the longer L ″, that is, the focus position closer to the objective lens 6 is selected by the focus position selector. This focus position is applied to the focus actuator drive unit 21,
The Z stage of the wafer stage 8 is moved to focus on the highest slit imaging portion.

【0027】以上の実施例において、AF用スリットが
2本の場合を説明したが、AF用スリットの数は2以上
であればよい。また、AF用スリットの配置は、視野円
の接線方向でも法線方向でも、傾斜した方向でもいずれ
でもよい。また、フォーカス位置比較手段は、マグニチ
ュードコンパレータ、アナログコンパレータ等の回路を
用いて構成することもでき、コンピューター上でのソフ
トウェアでの構成も可能である。フォーカス位置選択手
段は、データセレクタ、アナログスイッチ等の回路で構
成してもソフトウェアで実現してもよい。
In the above embodiment, the case where the number of AF slits is two has been described, but the number of AF slits may be two or more. The arrangement of the AF slit may be in any of a tangential direction, a normal direction, and an inclined direction of the field circle. Further, the focus position comparing means can be configured using circuits such as a magnitude comparator and an analog comparator, and can also be configured by software on a computer. The focus position selecting means may be constituted by a circuit such as a data selector and an analog switch or may be realized by software.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、対象物への合焦を容易に得ることのできるオ
ートフォーカス装置を提供できる。特に、本明細書で説
明した実施例では、得られたフォーカス位置のうち対物
レンズに近い位置をフォーカス検出位置としてAFをか
けることとしたため、フォトレジスト塗布、露光、現像
を行った半導体ウェハのように被検物の最も高い位置
(フォトレジストの表面)が被検物の面内で最も安定な
面である場合に、パターンに影響されにくい合焦位置を
実現することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, it is possible to provide an autofocus apparatus which can easily obtain a focus on an object. In particular, in the embodiments described in this specification, AF is set as a focus detection position at a position close to the objective lens among the obtained focus positions, so that a semiconductor wafer that has been subjected to photoresist coating, exposure, and development is used. In the case where the highest position of the test object (the surface of the photoresist) is the most stable surface in the test object, it is possible to realize a focus position that is hardly affected by the pattern.

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

【図1】本発明の1実施例に係る半導体検査装置の光学
系(瞳分割プリズム方式)及び制御系の構成を模式的に
示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an optical system (pupil division prism type) and a control system of a semiconductor inspection apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】図1の装置におけるAF用光電変換手段上のA
F用スリットの像のプロファイルを示す。横軸は光電変
換手段の長手方向位置を表し、縦軸は光電変換手段の当
該位置における出力を表す。
FIG. 2 is a view showing A on photoelectric conversion means for AF in the apparatus of FIG. 1;
3 shows an image profile of an F slit. The horizontal axis represents the longitudinal position of the photoelectric conversion means, and the vertical axis represents the output of the photoelectric conversion means at the position.

【図3】従来の半導体検査装置の光学系(ナイフエッジ
方式)及び制御系の構成を模式的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a configuration of an optical system (knife edge method) and a control system of a conventional semiconductor inspection apparatus.

【図4】図3の装置におけるAF用光電変換手段上のA
F用スリットの像のプロファイルを示す。横軸は光電変
換手段の長手方向位置を表し、縦軸は光電変換手段の当
該位置における出力を表す。
FIG. 4 is a diagram showing A on the photoelectric conversion means for AF in the apparatus shown in FIG. 3;
3 shows an image profile of an F slit. The horizontal axis represents the longitudinal position of the photoelectric conversion means, and the vertical axis represents the output of the photoelectric conversion means at the position.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 光源 2 コンデンサレ
ンズ 3 AF用スリット 4 投影レンズ 5 第一ハーフミラー 6 第一対物レン
ズ 7 ウェハ 8 ウェハステー
ジ 9 第二ハーフミラー 10 第二対物レン
ズ 11 結像レンズ 12 二次元光電
変換手段 13 リレーレンズ 14 瞳分割プリ
ズム 15 結像レンズ 16 シリンドリ
カルレンズ 17 AF用光電変換手段 18 第一フォー
カス位置検出手段 19 第二フォーカス位置検出手段 20 フォーカス
信号選択手段 21 フォーカス・アクチュエータ駆動手段 22 ナイフエッジ 23 フォーカス
スリット分割手段 26 ミラー
Reference Signs List 1 light source 2 condenser lens 3 AF slit 4 projection lens 5 first half mirror 6 first objective lens 7 wafer 8 wafer stage 9 second half mirror 10 second objective lens 11 imaging lens 12 two-dimensional photoelectric conversion means 13 relay lens Reference Signs List 14 pupil division prism 15 imaging lens 16 cylindrical lens 17 photoelectric conversion means for AF 18 first focus position detection means 19 second focus position detection means 20 focus signal selection means 21 focus / actuator drive means 22 knife edge 23 focus slit division means 26 mirror

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対象物に光学系の焦点を合わせるための
オートフォーカス装置であって;フォーカス状態を検出
する複数のセンサ機構と、 対象物又は光学系を光軸方向に動かしてフォーカス位置
を調整するフォーカスアクチュエータと、 上記複数のセンサ機構からのフォーカス信号に基づい
て、複数のフォーカス位置を演算する演算部と、 演算された複数のフォーカス位置の内の1つを選択する
選択部と、 を具備することを特徴とするオートフォーカス装置。
An auto-focus device for focusing an optical system on an object; a plurality of sensor mechanisms for detecting a focus state; and adjusting a focus position by moving the object or the optical system in an optical axis direction. A focus actuator that calculates a plurality of focus positions based on focus signals from the plurality of sensor mechanisms; and a selection unit that selects one of the calculated plurality of focus positions. An autofocus device characterized by:
【請求項2】 上記センサ機構が、 上記光学系の対物レンズの視野内に設けられた複数のフ
ォーカス検出用スリットと、 このフォーカス検出用スリットの像を対象物上に投影す
る照明光学系及び該像の反射像を結像するフォーカス光
学系と、 該反射像を検出する光電変換器と、 を備えることを特徴とする請求項1記載のオートフォー
カス装置。
2. A sensor system comprising: a plurality of focus detection slits provided in a field of view of an objective lens of the optical system; an illumination optical system for projecting an image of the focus detection slit onto an object; The autofocus device according to claim 1, further comprising: a focus optical system that forms a reflection image of the image; and a photoelectric converter that detects the reflection image.
【請求項3】 上記対象物が半導体装置の回路面であ
り、 上記選択部が、上記複数のフォーカス位置の内、上記光
学系の対物レンズに最も近い位置又は最も遠い位置を選
択することを特徴とする請求項1又は2記載のオートフ
ォーカス装置。
3. The method according to claim 2, wherein the object is a circuit surface of a semiconductor device, and the selector selects a position closest to or farthest from the objective lens of the optical system among the plurality of focus positions. The autofocus device according to claim 1 or 2, wherein
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001296469A (en) * 2000-04-13 2001-10-26 Olympus Optical Co Ltd Focus detector
KR20090129131A (en) * 2008-06-12 2009-12-16 엘지이노텍 주식회사 Method for measuring displacement of auto focusing actuator in camera module

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