JPS58181005A - 自動焦点位置合せ及び測定装置並びに方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は光学的焦点合せ、軸合せ測定システム及び方法
で、更に詳しくは半導体集積回路の製造に用いる上記光
学／ステム及び方法に関する。

集積回路は／リコンのような半導体物質のウェファ−か
らウェファ−を一連の加工工程を受けさせて作られる電
子的装置である。ウェファ−又は基体は光感物質又は光
抵抗物質で塗布されてマスクと揃えられてマスクは所定
の回路パタニンによって光抵抗物質を露光するよう光を
受ける。このパターンは集積回路を形成するに用いる回
路素子を開発するのに引続き用いられる。かくして回路
パターンは、多数の各種のマスクが集積回路を作るに用
いられて、ウェファ−へ写真平版的に転写密を要する。

マスクとウェファ−が小間隙（代表的には１０μｍ乃至
５０μｍ８度）で離れた近接印刷又は非接触印刷は一般
向の集積回路の製造技術である。近接印刷又は非接触印
刷を用いた製作品は接触印刷を用いて達せられる製作品
よりよい。それは印刷中にマスクとウェファ−間に接触
がないためマスクの損傷が少なくマスクの寿命が改善さ
れるからである。印刷の近接又は非接触の方法は又Ｘ線
写真平版で用いられる唯一の方法である。

近接又は非接触印刷は問題がないのではｔＳい。

それはマスクとウェファ−を離す間隙がマスクとウェフ
ァ−の両方の平面の平坦公差を許すに足る大きさでなけ
ればならないが、投影の回路パターンにおける回折効果
を少なくするに足るよう短かくなければ４ｆらないから
である。集積回路はＩＩＶ１常１００万分の一米以下の
範囲で軸合′せ公差を必要とする回路パターンの精密さ
で設計されている。

軸合せを所要の公差に決定さすためマスクに灯してウェ
ファ−を揃えるのには通例１００倍乃至１０００倍の倍
率の光学素子が用いられるが、多くの穿孔性のかかる高
倍率の光学素子はマスクとウェファ−を離す間隙より１
は浅い被写体深度を有している。これはマスク、又はウ
ェファ−の何れかがある一時に焦点にあることを意味し
、マスクに対してウェファ−を正しく揃えて位置決めが
大いに困難となる。

それでマスク−ウェファ−の易しく軸合せするため作業
者にマスクと非接触ウェファ−の両方を拡大して焦点合
せした視野を同時に表示できる光学／ステムが必要であ
る。マスクとウェファ−を離す間隙を近接印刷又は非接
触印刷に適する値に測定且つ調節てきる測定システムが
更に必要である。その上ウェファ−に対してマスクをよ
り正確に揃えうる軸合せシステムも必要である。

光学素子の被写体深度より大きく離れた二枚の板に焦点
合せする光学的方法は従来技術にある。

米国特許第３，４８８，１０４号、第３　、７０９　、
５７９号、第３　、９９（）　、　７（１８号は何れも
特定の間隙値に対して作られた光学的補償板を用いる二
重焦点装置を開示している。併し之等の補償板は間隙値
の範囲を適応させるようには容易に調節できない。

米国特許第４，１６５，１７８号ｊこは間隙測定装置が
示されているが、この装置は隅たけて離隔距離を感知す
るよう限定された現界の（ｇｏ／ｎｏ−ｇｏ　）光学ケ
ージである。マスクとウェファ−間の間隙を測るため一
個の可動の集光レンズを用いることが米国特許第４，０
７０，１１６号に記載されている。然し乍らこの特許を
よく検討すると間隙測定のため一個の可動の集光レンズ
を用いることに固有な問題を表わしている。

管理光学方程式はレンズの焦点距離の逆数は対物距離と
影像距離の逆数の和に等しいことを述べている。レンズ
の焦点距離が一定であるから像までの距離が増加するこ
とは対物距離の減少で平均がとられる。米国特許第４，
０７０，１１６号ではマスクとウェファ−間の間隙測定
に固定の焦点検出子と共に可動のレンズが用いられる。

マスクの像を焦点検出子上に焦点合せした後レンズは焦
点検出子からウェファ−の像を焦点検出子上に焦点合せ
する位置に蛎かされる。レンズの位置をこのように移動
又は変更すると、レンズから焦点検出子への影像距離を
長くし、これに対応してレンズよりの対物面への対物距
離を短かくさせる。対物距離の縮少によってレンズの移
動はマスクとウェファ−間の間隙より大きくなければな
らぬ。

米国特許第４，０７０，１１６号に記載の間隙測定の計
算は極めて複雑でマスクの影像距離とマスク対物距離並
びにレンズ移動の知識を必要とする。更に米国特許第４
，０７０，１１６号は光学素子の被写体深度よりも大き
い確実さで測定をする設備は開示していない。

光度の変化を感知する焦点検出子も従来技術にあって公
知である。例えば米国特許第３　、３５６．８５４号と
第４，０７０，１１６号をみると、これには光検出子に
取けけられた光束と信号調整回路が示されている。

発明の概要 本発明は一連のレンズを具えた影像装置を供することを
目的とするもので、レンズの倒れかが光軸に沿って移動
して各種の面上に交互に可動レンズの焦点面を位置させ
て別々の面の像を焦点合せする。

本発明の他の目的はマスク而と基体面に交互に焦点合せ
さす可動レンズの変位を測定してマスクと基体間の間隙
を測定しうる装置を供することである。

本発明の第三目的は基体をマスクに平行にマスクから所
定の間隔をとって位置決めさせる装置光方法を供するに
ある。

本発明の第四目的は表面の平坦度を光学的に１ｌｌ１１
定する装置を供するにある。

本発明の第五目的は影像光学の被写体深度よりも大きく
離れているマスクと基体とを拡大して焦点合せした視野
を同時に供する影像装置と方法を供するにある。

本発明の第六目的はマスクと基体とが影像光学の被写体
深度−お東火涜＜離れているマスクと基体の両方の横に
拡がった面積を拡大して焦点合せした視野″を同時に表
示する影像装置を供するにある。

之等並びに他の目的は次に明らかになるが本発明の図示
した例により、半導体ウェファ−又は基体をマイクロ回
路特性を有する非接触又は間隙をとったマスクに有効に
正確に軸合せして基体に写真平版的又はＸ−線による転
写を行なわしめる自動焦点合せの光学的照準合せ測定シ
ステムを供して行なわれる。このシステムはレンズ装置
を具え、レンズの−がマスクと基体の像を光ダイオード
列に交互に焦点合せするため、可動の集光レンズである
。光ダイオード列はこれと組合う信号処理回路と共に焦
点検出子として働らく。帰還信号を供するため焦点検出
子を用いる制御装置は、可動レンズの変位をシステムの
光学素子の被写体深度より更に正確にマスクと基体間の
離４、即ち間隙を等しく調節する。可動レンズは人間の
視覚の応答割合より速く、マスクと基体に交互に焦点合
せをする。顕微鏡観察の光学素子とストロボ光は、マス
ク又は基体の何れかが焦点合せされると閃光するよう時
間が定められて作業者をしてマスクと基体の両方を重ね
て、焦点合せして拡大して具えるようにさせる。

このシステムは、マスク又は基体の何れかの表面平坦度
を測定するに用いられる。更にマスクと基体間の平行度
も測定される。基体位置決め装置は写真平版印刷前に作
業者にマスクと基体間の間隔又は間隙両者の軸合せと平
行度を調節させる。

本発明の他の具体例ではマスクと一体の両方を横に間を
おいて離れた区域の分割した視野の像を観察するため二
組の影像光学素子が用いられる。

これは軸合わせの方法を蘭学にすることで、之等の区域
を同時に観察し乍ら行なうことができる可能性がある。

具体例の記載 第１図においては本発明の一実施例による自動焦点軸合
せ測定システムが示される。このシステムでは、写真平
版マスクｌＯがマ、スク枠１２に支持され且つ基体支持
子１６に取付けられた半導体基体１４の上に置かれてい
る。集光の可動対物レンズ１８がレンズ枠２０に取付け
られ且つ枢支点２６の周りを枢動するレバー２４に作用
する圧電変換器２２で位置決めされている。第２図々示
のように可動レンズ１８の運動は上方位置１５４と下方
位置１５２で制限されている。レンズ枠２゜に取付けら
れた可動レンズ１８は国体２５に暇付けられた２個の撓
み片２１と２３で案内される。

この撓み片２１と２３は可動レンズ１８を上下の位置１
５４，１５２間に動かすが他の方向へのレンズ移動を拘
束する。撓み片２１と２３は変換器支、持子１５６に取
付けられた圧電変換器２２の変換器プランジャ１５０に
接触するレバー２４を保持するばねとして働らく。レバ
ー２４は匣体２５内の遊び孔１５５を貫通してレバー取
付点２７でレンズ枠２０に固着される。

第３図において可動レンズ１８はマスク焦点位ＷＬ１３
６で実線で示され、この焦点位置は焦点１４２がマスク
ｌＯの下面と一致する所である。可動レンズ１８は基体
の焦点位置１３８で破線で表わさ。

れ、この焦点位置はマスク１０から間隙１４６だけ離れ
ている基体１４の上面と一致する。マスク焦点位置１３
６から基体焦点位置１３８への可動レンズ１８の変位量
はマスク１０と基体１４間の間隙と等しい。

可動レンズ１８は、焦点合せレンズの垂直光路１３２に
沿って可動レンズの光軸１３０と一致させて置かれる。

可動レンズ１８の上にはこの垂直光路１３２に沿ってビ
ームスプリンタ２８が配されて、水平観察レンズの光路
１３４を形成する。

集光転写レンズ３２と集光焦点レンズ３４を具える焦点
合せレンズ組立体３０がビームスプリンタ２８の上で垂
直光路１３２上に置かれてマスクｌＯ又は基体１４の拡
大像を焦点合せ組立体上の同一光路に沿って置かれた光
ダイオード列３６に集光させる。光ダイオード列は焦点
検出子として働らく。集光転写レンズ４０と集光焦点レ
ンズ４２を有する観察レンズ組立体３８は水平観察レン
ズの光軸１３４に沿って置かれて観察者４４にマスク１
０又は基体１４の焦点合せされた拡大像を呈する。

第１図において基体支持子１６はチャック４８に取付け
られ、マスクｌＯの面に垂直にＺ方向４９で並進運動と
直交軸Ｘ、Ｙの周りにγとδ方向５７゜５９で回転運動
もできる。チャック４８は段５゜上に取付けられ、段は
マスク１０に面を平行にして夫々ｘ）ｙ方向ｓｔ、ｇ３
に並進可能で、且つＺ軸の周りにθ方向５５に回転する
。基体支持子１６のＺ方向への運動はＺ位置の出力信号
５８を発する変位変換器信号、調整ユニット５６に電気
的に接続した変位変換器５２によって監視される。基体
の位置はデジタルコンピュータ（第４図参照）によって
一連の段進モータと制御子を介して制御される。段５０
はθの運動信号６２に応答して段進モータと制御器６０
でθ方向５５に回転し、Ｘ；Ｙの運動信号７０と６６に
夫々応答するＸＹ段進モータと制御器６８．６４によっ
てＸ）Ｙ方向５１゜５３に並進する。チャック４８はＺ
運動信号７４゜に応答してＺ段進モータと制御器７２に
よりＺカシ 向４９に動き、γとδ運動信号９５に応答してγとδの
段進モータと制御器９１によってγとδ方向５７と５９
に動く。

マスクｌＯと基体１４を照明するためストロボ光４６が
設けられる。ストロボ電源７６がストロボ光４６に結合
されてストロボ信号７８に応答してストロボ光を閃光さ
せる。更に一定光源と音叉発信器又は窓付回転板のよう
な裁断装置を用いて、パルス光源が設けられる。

レンズ１８を動かすための圧電変換器２２が圧電信号８
２に応答して高圧演算増巾駆動子８ｏで駆動される。更
に音声コイルのような電磁変換器でレンズの運動も行な
われる。

光ダイオード列３６内の各光ダイオードは信号調整回路
８４に接続される。起動走査信号８８を受けると信号調
整回路８４はクロック信号９０で定められた走査割合で
各光ダイオードから電圧出力信号を走査する。信号調整
回路８４は之等の光ダイオード信号を、光ダイオード列
３６へ衝突する光のパターンを示す影像アナログ信号８
６に変換する。

９４を供するため軸合せ測定装置の運転モードを選ぶ。

デジタルコンピュータ９９は状態出力信号９８で制御さ
れる出力装置９６を介して作業者と通信する。本発明の
一実施例では出力装置９６は陰極線管表示装置である。

第４図においてデジタルコンピュータ９９とこれと組合
うインターフェースは四個の基本制御機能を行う、即ち
焦点検出、可動レンズの位置決め、ストロボの閃光、基
体の位置決めである。２等制御機能を行なう命令は読取
り専用記憶装置（ＲＯＭ）１１０　　に記録される。プ
ロセッサ１０８はＲＯＭ　Ｌ　１０に蓄積された命令を
実行し、データ蓄積用の等速呼用記録装置（ＲＡＭ）１
１２を用いる。ＤＡ変換器１００、ＡＤ変換器１０２　
、デジタル出力ポート１０４、デジタル人力／出力ポー
ト１０６は、公知の方法でデータバス１１４、アドレス
バス１１６、コントロールノ（ス１１８を介してプロセ
ッサ１０８、ＲＯＭ　１１０．　ＦＬＡＭ１１２　　に
接続されて制御機能を行なうインターフェースとなる。

焦点検出制御機能は、第１．５ａ、５ｂ図並びに第４図
について説明される。マスクｌＯ又は基体１４の像１６
０は、光ダイオード列３６で分るように、マスクｌＯ又
は基体１４の表面特色に対応して比較的間るい光１６４
と比較的暗い光１６２の区域からなっている。光タイオ
ード列３６の各光ダイオードはそれに衝突する光の強さ
に比例した電圧信号を発する。焦点と焦点外れの像１６
０に対する光ダイオードの信号は夫々第５ａ図と第５ｂ
図で光ダイオード位置１７０で図示される。

この倒れの場合にも明るい区域の光ダイオードは強い信
号１７２を発し一方暗い区域の光ダイオードは弱い信号
１７４を発する。之等の強弱の信号１７２と１７４は微
分信号を制限する。像１６０が焦点にあると境界１８２
と１８６における光タイオード信号の強さ１６６は最大
信号遷移率で微分信号が最大振巾ＤＦを有する。之に反
し像が焦点外にあると境界１８２と１８６にある光ダイ
オードの信号の強さ１６８は信号遷移率が小さく微分信
号は小振巾ＤＵを有する。

運転に当りディジタルコンピュータ９９は焦点検出制御
機能を行ない先ず、ディジタル出力ポート１０４で起動
走査信号８８とクロック信号９０を供し、次いでＡＤ変
換器１０２で変換されて映像アナログ信号を分析する。

上記微分信号が最大振巾であるとき又は境界１８２と１
８６における信号遷移率が最大であるとき像１６０は焦
点にある。この点でマスク１０又は基体１４の表面特色
の巾１８４が測定される。

第３図と第４図において、ディジタルコンピュータ９９
は圧電信号８２の大きさを制御して可動レンズ１８の位
置を制御する。マスク１０と基体１４間の間隙（この間
隙はレンズの変位に等しい）を測定するためマスク焦点
位［１３６と基体焦点位置１３８が高度の正確さて定め
られなければならない。マスクｌＯ又は基体１４上に学
に可動レンズ１８を焦点合せすると軸合せ測定装置の光
学素子の被写界深度内でレンズ位置１３６又は１３８を
正確に決定させる。しかしながら光学素子の被写界深度
の中心を決めることによって更に高度の正確さが求めら
れ達成される。

光学素子の被写界深度の中心を定めるに用いる方法を次
に第６図を参照して記載する。ここでは（マスク又は基
体の像の明るい区域と暗い区域で作られる）高低の光ダ
イオード信号間の微分信号の振巾１９０が可動レンズの
位置１９２に対してプロットされている。プロットの各
点１９４は光ダイオード列３６（第１図参照）の完全な
走査に対する微分信号の振巾測定を示す。可動レンズの
位置１９２が左から右に変わると測定された微分信号の
振巾１９０は非焦点レベル１８０から焦点レベル１７８
に増加し、光学素子の被写界深度２０２にわたって焦点
レベル１７８で一定に保たれ、その後に非焦点レベル１
８０に低くなる。被写界深度２０２の中心はスレッシュ
ホールド微分信号２００を用いて定められ第一のスレッ
シュホールド位置２０４と、第二のスレッシュホールド
位置２０６を設ける。中心位置２０８は二個のスレッシ
ュホールド位置の平均から計算される。

マスクｌＯと基体１４間を離す間隙１４６の測定方法は
第１〜４図と第７図を参照して次記される。ここではマ
スク位置２２６とこれから離れている基体の位置２２４
に対する可動レンズの焦点面位置２２０が時間に対して
プロットされている。

可動レンズ１８は駆動されて圧電変換器２２によって若
干の位置振動２２８と２３０を行なってマスクツ焦点２
３２を定める。可動レンズの恨巾は基体の焦点２３４が
定まるまで増巾する。間隙１４６の測定は先ずディジタ
ルコンピュータ９９　。

に位置決めする圧電信号（この圧電信号はマスクの焦点
２３２に対応する）を定め、次いで基体１４の像を光ダ
イオード列３６上に最良に位置決めする圧電信号（この
圧電信号は基体の焦点２３４に対応する）を定める。デ
ィジタルコンピュータ９９は蓄積された較正変換（ｃａ
ｌｉｂｒａｔｉｏｎ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を用いて
この二個の圧電信号を可動し／ズの位置に変換する。測
定された間隙１４６は争にレンズの之等の位置間の差で
あり作業者にディジタル入出カポ−）１０６を用いて状
態出力信号９８を生ずるように表示される。

圧電信号を可動のレンズ位置に変換するに用いる蓄積さ
れた校正変換は変位変換器５２（第１図参照）を用いて
決められる。この変換器は本発明の例では線型電圧変位
変換器である。これは基体１４の像が光ダイオード列３
６に最もよく焦点合せされる位置に基体１４と可動レン
ズ１８を動かして行なわれる。変位変換器５２は可動レ
ンズ１８が基体と共に動いて焦点を続ける限り、基体の
変位を直接測定し、可動レンズの変位を間接に測定する
。可動レンズの変位のためこの間接測定技術を用いると
、圧電信号の関数としての可動レンズの位置の履歴又は
非線型は測定され、次の使用のためのＲＡＭ１１２　　
に蓄積される校正変換を発生するのに用いられる。

次に第１図と第４図を参照し、ディジタルコンピュータ
９９とこれと組合うインターフェースで供されるストロ
ボ閃光制御機能が記載されている。

ストロボ信号７８と起動走査信号８８をディジタル出力
ポート１０４を介して同時に送って焦点測定が行なわれ
る時毎にストロボ光４６は閃光される。閃光継続時間は
光ダイオード列を完全に走査するに足る長さである。可
動レンズ１８の位置振動が調節されてマスクｌＯと基体
１４の焦点像が生ずるとストロボ光４６は撮動の各ピー
ク時に閃光する。観察レンズ組立体３８をのぞく観察者
４４はマスクｌＯと基体１４の拡大されて重ねられた像
をみて軸合せ作業の手助けになる。本発明の例では可動
レンズ１８は４０Ｈ２の割合で振動して観察に対して点
滅自在の像を供す。

第１．３．４図と第８図を参照し、ディジタルコンピュ
ータ９９とこれと組合うインターフェースの基体位置決
め制御機能が記載される。基体位置決め機能の第一様相
はマスク１０と基体１４間の間隙１４６を所定値に調節
することである。これは第８図に示され、可動レンズ１
８の位置振動と所望の基体位置２４８に対する実際の基
体位置、　２４６の調節が時間２２２に対してプロット
される。第一の間隙測定値２５０が計算され、デジタル
コンピュータ９９によって所望の間隙測定値２５８と比
較される。基体１４はＺ方向４９に動かされて第二の間
隙測定値２５２が計算され、所望の間隙測定値と比較さ
れる。この方法は必要により第三の間隙測定値２５４、
第四の間隙測定値２５６、更に多くの間隙測定値が繰返
され、実際の間隙測定値が所望の間隙測定値２４８と等
しくなるまで繰返し行なわれる。

基体１４が−たんマスク１０がら正しい距離に位置決め
されると（即ち、マスクと基体が所望の間隙で離れると
）、基体の位置決め又は軸合せの第二様相が始まる。こ
の具体例では作業者はマスクｌＯと基体１４の重なり像
を観察レンズ組立体３８によって観察して電鍵盤９２に
よってディジタルコンピュータ９９を指令して基体１４
を位置決めして段５０とそれに支持された基体１４の運
動を制御する制御信号を発する。之等の制御信号はＸ運
動信号７０、Ｙ運動信号６６、θ運動信号６２、を具え
、之等の信号はディジタル出力ポート１０４にあってＸ
、Ｙ、Ｚの段進モータ、制御子６８．６４．７２を夫々
指令する。作業者がマスクｌＯと基板１４上の対応の軸
合せマークが正しく軸合せされていることを観察すると
基体１４は正しく位置決めされて次の写真平版作業の段
階に準備ができる。

本発明の自動焦点軸合せ測定７ステムは基体１４の上表
面の平坦度の測定にも用いられる。この測定は基体１４
の上表面の間をおいて離した区域の像を光ダイオード列
３６上に最良に焦点合せする連続した場所に可動レンズ
１８を正置させて行なわれる。基体１４の上表面の之等
の間をおいた区域が段５０を夫々Ｘ、Ｙ方向５１．５３
に動かして焦点レンズ光学素子の視野内に持込まれる。

基体１４の上表面の表面平坦度は上記の連続した最良に
焦点合せする位置に可動レンズ１８を確実に置くため可
動レンズの変位する範囲からコンピュータ９９によって
計算される。

本発明の自動焦点軸合せ測定７ステムはマスクｌＯの下
面と基体１４の近接した上表面間の平行度を、マスクと
基体とを一緒に夫々Ｘ　、　Ｙ７ｊ向５１．５３に動か
して之等の面間の間隙（第３図参照）を二三の異なった
位置で測定して、上記平行度の測定に用いられる。それ
に駆除して、基体１４の上表面がマスクｌＯの下面に平
行であるように調節されることもできる。それは別々の
場所で測った間隙測定値を等しくする位置へ基体を直交
のＸ、Ｙ軸（両軸は何れも可動レンズの光軸に垂直）の
周りにＹ方向５７とδ方向５９に回転させて調節される
。

マスク１０と基体１４の近接面間の平行度を決めるため
マスクと基体を動かし易（するため、マスク枠１２は第
１図で破線図示の選択的に操作される結合子６１で示し
たように基体支持子１６又は段５０に選択的に固定され
る。かくして固定されると、マスク枠１２は段５０と共
にＸ、Ｙ方向５１．５３に固定されない。マスクｌＯと
基体１４の近接面間の平行度を決めるために間隙測定が
行なわれると、マスク枠１２は基体支持子１６と段５０
から解除される。基体支持子１６がγとδの段進モータ
制御器９１によってマスク枠１２に対して基体１４の上
表面がマスクｌＯの近接下表面に平行である位置に回転
される。

次に第９図を参照すると、本発明の自動焦点合軸合せ測
定システムの双眼例が示されていて、これは前記の≠眼
側のものより迅速な軸合せに用いられる。この双眼例で
は右左の焦点合せ観察光学素子２６２と２６４により、
作業者にマスク枠１２で支持されたマスクＩＯの上で間
をおいた右左の軸合せマーク２６６と２６８の双眼観察
と、マスクの下で支持された基体の対応する間をおいた
右左の軸合せマーク３２０と３２２を双眼観察させる。

これは作業者に県眼側の場合に必要であった、マスクと
基体の離れた軸合せマークのある区域を観察するためマ
スクと基体を位置換えすることなくマスク１０に対して
基体１４の軸合せをＸ　、　Ｙ。

θの方向で視覚的に点検できるのである。

双眼例の右左の焦点合せ観察光学１１１２６２　。

２６４は前記の争眼側の場合と同じ方法で設計された機
能のものである。従って右左の可動レンズ２７０と２７
２は平行に右左の垂直焦点合せ光路２７１．２７３に沿
って動くようになっている。

右のビームスプリッタ２７４は右の可動レンズ２７０の
上で右の垂直焦点合せ光路２７１に置かれて右の水平観
察レンズ光路３２４を供し、左のビームスプリッタ２７
６も同じく左の可動レンズ２７２上で左の垂直焦点合せ
光路２７３に置かれて右の水平観察レンズの光路と平行
の左の水平観察レンズ光路３２６を供している。右の光
転写レンズ２７８と右の焦点合せレンズ２８２は右のビ
ームスプリッタ２７４上でマスクｌＯ又は基体１４の右
側軸合せマークのある区域の拡大像を右の焦点検出子２
８６に焦点合せさせるため右側垂直焦点合せレンズの光
路２７１に沿って置かれ、又この焦点検出子は右の焦点
合せレンズ２８２の焦点面で右の焦点合せレンズの光路
に沿っても置かれているものである。一方他の右側光転
写レンズ２９０と右側焦点合せレンズ２９４が右側水平
の観察レンズの光路３２４に沿って置かれて同し右側の
軸合せマークを有する区域の拡大・焦点合せされた像を
作業者の右目２９８に供する。同様にして左の光転写レ
ンズ２８０と左の焦点レンズ２８４はマスク１０又は基
体１４の左側軸合せマークのある区域の拡大像を左の焦
点検出子２８８に焦点合せさせるため左のビームスリッ
タ２７６上で左側垂直焦点合せレンズ光路２７３に沿っ
て置かれ又この焦点検出子は左の焦点合せレンズ２８４
の焦点面で左の焦点合せレンズの光路に沿っても置かれ
ているものである。一方他の左側光転写レンズ２９２と
左側焦点合せレンズ２９６が左側水平の観察レンズの光
路３２６に沿って置かれて同じ左側の軸合せマークを有
する区域の拡大焦点合せされた像を作業者の左眼３００
に供する。これは作業者に基体１４上の右左の軸合せマ
ーク３２０と３２２をマスク１０の対応する右左の軸合
せマーク２６６と２６８と軸合せして基体１４をマスク
ｌＯに対し軸合せさせるものである。右左の焦点合せと
観察光学装置２６２と２６４の各々で作られた間隙の測
定はマスク１０と基体１４間の離れと平行を調節するの
に用いられる。

本発明の他の例によれば第９図に示すように右側のビー
ムスリッタ３０４が右側焦点合せレンズ２９４と作業者
の観察位置間で右側の水平観察レンズ光路３２４に沿っ
て置かれて更に垂直の右側観察光路を具えている。左側
のビームスリッタ３０２も左側焦点合せレンズ２９６と
作業者の観察位置間で左側の水平観察レンズ光路３２６
に沿って配置され更に右側垂直観察光路に平行な垂直左
側観察光路を設けている。右左のテレビジョンカメラ３
．１０と３１２が夫々垂直の右左の観察光路に沿って配
置されてマスクＩＯと基体１４の右左の軸合せマークの
ある区域の拡大した焦点合せした像を映出する。２等右
左のテレビジョンカメラ３１０と３１２は夫々右左のテ
レビジョンモニター３１４，３１６によって従来技術で
公知の自動軸合せ認識システム３１８に結合される。次
に更に第４図において自動軸合せ認識システム３１８は
ＡＤ変換器１０２によってコンピュータ９９に結合され
る。自動軸合せ認識システム３１８に応答して、コンピ
ュータ９９は段５０を確実に移動さすＸ、Ｙ、θ運動制
御信号を出して基体１４をマスクｌＯに対して軸合せす
るよう位置決めをする。

本発明の他の例によれば第１図と第３図の観察光学素子
３８はテレビジョンカメラとスクリーンに置換えられ作
業者にマスクｌＯと基体１４の拡大像の表示を供するよ
うにする。第９図の二組の観察光学素子２９０−２９６
も二台のテレビジョンカメラとスクリーンで置換えられ
て、同様にマスク１０と基体１４の区域を有する右左の
軸合せマークの拡大焦点合せの像を作業者に分割した視
野の表示を供する。

本発明の前記実施例、で用いた可動レンズ１８゜２７０
．２７２は夫々例えば２０Ｈｚの周波数で正弦波駆動の
ツアイヌエピプラン（Ｚｅｉｓｓ　Ｅｐｉｐｔａｎ　）
４６−２０−９３，２０倍の顕微鏡対物レンズを具える
。各可動レンズを動かし振動さす圧電変換器２２はバー
レー（Ｂｕｒｌｅｉｇｈ）　ＰＺ　−４４で、圧電変換
器駆動の高圧演算増巾器８０はパーレーＰＺ−７０であ
る。前記実施例の焦点レンズと観察レンズの組立体の焦
点レンズ３４，４２，２８２゜２８４．２９４．２９６
は例えば１０倍の拡大率を呈する。前記実施例に用いる
各焦点検出子３６゜２８６．２８８は光ダイオード間の
間隔０ＱＯ１インチのレチコン（Ｒｅｔｉｃｏｎ　）　
１０２４Ｇ光ダイオードであり、一方途と組合う信号調
整回路８４は５００　ＫＨｚの走査速度で運転されるレ
チコンＲＣ１００Ｂ／Ｒｅ　１０６　信号調整回路であ
る。マスクｌＯと基体１４を照光するストロボ光４６は
紫外線フィルター付１５ワツトのキセノンランプで、こ
れと組合うストロボ電源７６は０．００１秒のパルス時
間長でストロボ光を４０Ｈｚで断続するＥＧ　Ｇ　ＰＳ
−３０２の電源である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による自動焦点合せ光学的軸
合せ測定システムと、制御機能インターフェースの略図
、第２図は第１図のシステムの可動レンズを振動さす機
構の詳細図、第３図は可動レンズの位置決めと運動を詳
細に示す第１図７ステムの光学部分の略図、第４図は＠
１図のシステムと共に用いられるコンピュータとこれと
組合うインターフニスの略図、第５ａ図と第５ｂ図は第
１図のシステムの光ダイオード列が如何に焦点検出子と
して働らくかを示す図、第６図は第１図のシステムがシ
ステムの光学部分の被写体深度の中心を如何に決めるか
を示す図、第７図はマスクと間をおいた基体間の隔離距
離を決めるため第１図のシステムで用いられる間隙測定
法を示す図、第８図はマスクと間をおいた基体間の隔離
距離を所定値に調節するため第１図のシステムで用いら
れる間隙調節の相互作用の方法を示す図、第９図は第１
　図のシステムの双眼的実施例の略図でＪｉ。 ｌＯ：マスク １４：基体 １６：基体支持子 １８：対物レンズ ２０：レンズ枠 ２２：圧電変換器 ２８．２７４，２７６．３０２，３０４　　：　　ビー
ムスプリンタ３０：レンズ組立体 ３２：集光転写レンズ ３４：集光焦点レンズ ３６：光ダイオード列 ３８：観察レンズ組立体 ４０：集光転写レンズ ４２：集光焦点レンズ ４４：観察者 ４６：ストロボ ４８：チャック ５０：段 ６０：θ段進モータ及制御器 ６４：Ｙ段進モータ及制御器 ６８：Ｘ段進モータ及制御器 ７２：Ｚ段進モータ及制御器 ９１：γ、δ段進モータ及制御器 １３０：第一光軸 １３２：第二光軸 １３４：第三光軸

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　対象面に向けて置かれた第一の焦点面を具え
   と結合されて光軸に沿った第一影像手段を動か（２）　
   　有限距離で第一の平坦対象物から離れている第二、平
   坦対象物に対し前記第一平坦対象物位置決めの装置にし
   て、平゛坦対象物に向は置かれたて置かれた第二焦点面
   を供するよう平坦対象物−影像手段を光軸に沿う一方の
   位置から他方に動かして第一焦点面を平坦対象物の近接
   面と交互に一致させて位置決めする制御手段と、制御手
   段と結合し第一影像手段の前記位置間の移動を定めて平
   坦対象物の近接面間の離隔距離を定める処理手段よりな
   りこの移動は光軸に沿い前記近接面間の離隔距離に等し
   いことを特徴とする第一平坦対象物を第二平坦対象物に
   対し位置決めする装置。 （３）光軸に平行方向に第一平坦対象物を移動させる変
   位手段と、前記変位手段と結合し、平坦対象物の近接面
   間の隔離距離を所定値に調節する制御手段を更に具えて
   なる特許請求の範囲第２項に記載の装置。 （４）　　両平坦対象物の近接面間の隔離距離を各種の
   位置で決定するよう光軸に垂直な面に対して平坦対象物
   を一緒に動かす変位手段と、第一平坦対象物を光軸と垂
   直の直交軸の周りに回転して前記位置で決めた隔離距離
   を等しからしめて両平坦対象物の近接面を平行面に位置
   決めするための回転手段を更に具えてなる特許請求の範
   囲第２項に記載の装置。 （５）　　光軸の垂直面で第二平坦対象物に対し第一平
   坦対象物を並進且つ回転させる変位手段と、前記二個の
   平坦対象物間の１軸合せ測定のため軸合せ感知手段と、
   軸合せ感知手段及・び前記変位手段と結合して第一平坦
   対象物を第二平坦対象物に軸合せして位置決めするよう
   第一平坦対象物の並進並ひに回転制御の制御手段とを更
   に具えてなる特許請求の範囲第３項又は第４項に記載の
   装置。 （６）光軸に沿い可動的に配置され平坦対象物に向は配
   された第一焦点面を供する第一影像手段と、該平坦対象
   物とは第一影像手段の反対側で光軸に沿い配置され該平
   坦対象物よりは離れて第二焦点面を供する第二影像手段
   と、光軸に沿い第二焦点面にｉ［ｉ置され該平坦対象物
   の像の焦点を示す焦点検出手段さ、第一焦点面に平行な
   而で平坦対象物を動かし第一形像手段の被写体深度内で
   該対象物の別個の区域を逐次に位置させる変位手段と、
   焦点検出手段と結合し第一影像手段を動かして平坦対象
   物の前記区域と一致させて逐次第一焦点面を位置決めす
   る制御手段と、制御手段と結合して平坦対象物の前記区
   域に対し第一影像手段９変位範囲を定めて平坦対象物の
   平坦度を定めるプロセス手段よりなるほぼ平坦な対象物
   の平坦度を測定する装置。　　）（７）第一光路に沿い
   可動的に配置され、マスクと基体に向は配された第−焦
   点面を供する第一影像手段と、このマスクと基体からは
   第一影像手段の反対側で第一光路に沿い配置され、マス
   クと基体より離れて配された第二焦点面を供す、る第二
   影像手段と、第−影障手段と第一影像手段の間で第一光
   路に沿い配され第二光路を供するビームスフリット手段
   と、第二光路に沿って配されてマスクと基体の像を供す
   る第三影像手段と、第二焦点面で第一光路に沿って配さ
   れマスクと基体の像の焦点を示す焦点検出手段と、焦点
   検出手段と結合され、第一影像手段を第−光軸に沿って
   一位置から他の位置に動かして第一焦点面を交互にマス
   クの面と、基体の隣接面と一致させて位置決めさせる制
   御手段を具えたことを特徴とした一定距離で半導体基体
   から離れた回路マスクに対しこの基体を軸合せする装置
   。 （８）　　マスク面が第一焦点面と一致した時前記マス
   ク面を照光し近接する基体面が第一焦点面と一致したと
   き前記基体面を照光する照光手段を史に具えてなる特許
   請求の範囲第７項に記載の装置。 （９）基体をマスクに対して軸合せに動かすため第一焦
   点面に平行な面内で基体をマスクに対して並進並びに回
   転させる第一の基体変位手段を更に具えてなる特許請求
   の範囲第８項に記載の装置Ｏ Ｑ（ト）制御手段と結合しマスクと基体の前記近接面間
   の隔離距離を決、めるため第一影像手段の前記位置間の
   変位を決定するプロセス手段を具え、前記変位は第一光
   軸に沿った前記近接面間の隔離距離に等しくある特許請
   求の範囲第７．８又は９項に記載した装置。 ｆｌｕ）　　基体を第一焦点面に垂直方向に動かす第二
   の基体変位手段と、第二の基体変位手段並びにプロセス
   手段と結合し基体とマスクの近接面間の隔離距離を選定
   値に調節する制御手段を具えてなる特許請求の範囲第１
   Ｏ項に記載の装置。 （１２１右側第一光路に沿って可動的に配されマスクと
   基体に向は配された右側第一焦点面を供する右側第一影
   像手段と、右側第一光路と平行な左側第一光路に沿って
   可動的に配されマスクと基体に向は配された左側第一焦
   点面を供する左側第一影像手段と、 マスクと基体からは右側第一影像手段の反対側で右側第
   一光路に沿い配されマスクと基体より離れて配された右
   側第二焦点面を供する右側第二影像手段と、 マスクの基体からは左側第一影像手段の反対側で左側第
   一光路に沿って配されマスクと基体より離れて配された
   左側第二焦点面を供する左側第一影像手段と、 右側第一影像手段と右側第二影像手段間で右側第一光路
   に沿って配され右側第一光路から離れて右側第二光路を
   供する右側ビームスブリット手段と、 左側第一影像手段と左側第二影像手段間で左側第一光路
   に沿って配され、左側第一光路から離れて左側第二光路
   を供する左側ビームスブリット手段と、 右側第二光路に沿って配されマスク面の右区域並びに基
   体の近接面の対応する右区域の像を供する右側第一影像
   手段と、 左側第二光路に沿って配されマスク面の左区域並びに基
   体の近接面の対応する左区域の像を供する左側第三影像
   手段と、 右側第二焦点面で右側第一光路に沿って配され、マスク
   と基体の前記近接面の対応する右区域の像の焦点を示す
   右側焦点検出手段と、 左側第二焦点面て左側第一光路に沿って配されマスクと
   基体の前記近接面の対応する左区域の像の焦点を示す左
   側焦点検出手段と、 右側焦点検出手段と結合し、右側第一影像手段を右側光
   路に沿って一位置から他の位置に動かして、右側第一焦
   点面をマスクと基体の前記近接面の対応の右区域と交互
   に一致させて位置決めする右側制御手段と、 左側焦点検出手段と結合し左側第一影像手段を左側光路
   に沿って一位置から他の位置に動かして左側第一焦点面
   をマスクと基体の前記近接面の対応の左区域と交互に一
   致させて位置決めする左側制御手段と、 を具えたことを特徴とする半導体基体から定距離離れた
   回路マスクに対し前記基体を軸合せする装置。 ０３１　　マスクの前記面の右区域が右側第一焦点面と
   一致したとき前記右区域を照光し、基体の前記近接面の
   右区域が右側第一焦点面と一致した時前記右区域を照光
   する右側照光手段と、マスクの前記面の左区域が左側第
   ５焦点面と一致したとき前記左区域を照光し、基体の前
   記近接面の左区域が左側第一焦点面と一致したとき″前
   記左置域を照光する左側照光手段を更に具えてなる特許
   請求の範囲第１２項に記載の装置。 （１４１基体、をマスクに対して動かして軸合せするた
   めマスクに対して基体を右左の第一光路に垂直面で並進
   及び回転させる第一基体変位手段を更に具えてなる特許
   請求の範囲第１３項に記載の装置。 ０５）右左の制御手段と結合し、マスクと基体の前記近
   接面の対応する右区域間の右側隔離距離を決めるため゛
   右側第一影像手段の前記位置間の変位を決め且つマスク
   と基体の前記近接面の対応する左区域間の左側隔離距離
   を決めるため左側第一影像手段の前記位置間の変位を決
   めるプロセス手段と、 右左の第一光軸に垂直な軸の周りに基体を回転させる第
   二の基体変位手段と、 第二の基体変位手段とプロセス手段に結合して右左の隔
   離距離を等しくするよう基体を回転する制御手段、 を更に具えてなる特許請求の範囲第１４項に記載の装置
   。 （１６）第一影像手段は何れも学−の集光レンズを具え
   てなる特許請求の範囲第’ｌ　、　２．６．７又は１２
   項に記載の装置。 ０力　第二影像手段は倒れも集光レンズを具えてなる特
   許請求の範囲第１６項に記載の装置。 （１１１１１第二影像手段は更に何れも集光拡大レンズ
   を具えてなる特許請求の範囲第１７項に記載の装置。 ０９　　各制御手段は、夫々の第一影像手段と結合して
   第一影像手段を適用電圧の太さに比例して変位させる圧
   電変換器と、圧電変換器並びに夫々の焦点検出手段と結
   合し圧電変換器を適用された太さの電圧で駆動して夫々
   の影像手段を夫々の焦点検出手段が前記影像の焦点を示
   す位置に変位さすため駆動する手段を具えてなる特許請
   求の範囲第ｔ、２，６．７又は１２項に記載の装置。 （２０）各第三の影１象手段はマスクと基体の焦点合せ
   された拡大した視界を供する第一と第二〇集丸レンズを
   具えてなる特許請求の範囲第７項又は第１２項に記載の
   装置。 Ｑυ　前記各第三影像手段はテレビジョンカメラと、こ
   れと組合わされたテレヒジョンモニターを具えてマスク
   と基体の焦点合せされた視野を供してなる特許請求の範
   囲第７項又は第１２項に記載の装置。 Ｃつ　　前記各照光手段は第一焦点面がマスクの＋’ｌ
   ｉｌ記面又は基体の前記近接面と一致する時；こ閃丸す
   るよう調時されたストロホ尤を具えてなる特許請求の範
   囲第８項又は第１３項に記載の装置。 （２３１全体的に非焦点１象に対応する焦点信ｉ士と焦
   点合せされた１象に対応する焦点信号の大きさの中間で
   対象面の像の焦点度合に比例する焦点信号をスレッシュ
   ホールド信号と比較し、 焦点信号がスレッシュホールド信号に等しい第一スレツ
   ／ユホールド位置（こ光学レンズを移動光学レンズを焦
   点合せした位置を通して焦点信号カスレノンユホールド
   信号に等しいｉニスＬ／ノンュホールド位置に移動させ
   、 第一と第二のスレッシュホールド位置の平均に等しい最
   良の焦点位置に光学レンズを移動せしめることを特徴と
   した対象面の像を光学レンズの被写界深度より良好な正
   確さに焦点合せするよう光学レンズの位置決め方法。 （２４１第一光学レンズの焦点面を第一光学し／ズの被
   写界深度より良好な正確さて対象面と一致させて位置決
   めする方法にして、対象面の像を第二光学レンズを通し
   て第二光学レンズの焦点面に置かれた焦点検出子に投影
   し、 対象面の像の焦点度合に比例する焦点信号を全体的に非
   焦点像に対応する焦点信号と焦点合せされた像に対する
   焦点信号の大きさの中間でスレッシュホールド信号と比
   較し、 焦点信号がスレッシュホールド信号に等しい第一スレッ
   シュホールド位置に第一光学レンスヲ移動させ、 第一光学レンズを焦点合せした位置を通して焦点信号が
   スレッシュホールド信号に等しし１第二スレツシユホ一
   ルド位置に移動させ、 第一光学レンズを前記第一と第二のスレッシュホールド
   位置の平均に等しい最良の焦点位置１こ動かすことを特
   徴とする前記の第一光学レンズ゛の焦点面の位置決め方
   法０ （２５）第一平坦対象物を第二平坦対象物と軸合して位
   置決めする方法にして、 第一と第二の平坦対象物の像が第二光学し／ズの焦点面
   で交互に焦点合せされるよう第−光学レンズをその光軸
   に沿って振動させ、 第一平坦対象物の像が第二光学レンズの焦点面で焦点合
   せされるとき第一平坦対象物を照光し、第二平坦対象物
   の像が、第二光学レンズの焦点面で焦点合せされるとき
   第二平坦対象物を照光し、第一と第二の平坦対象物の画
   像の合成物を観察し・ 第一平坦対象物を第一光学レンズの光軸に垂直な面で動
   かし一？第一と第二平坦対象物の像の合成で指示された
   如くに第一平坦対象物を第二平坦対象物に対して軸合し
   て位置決めすることを特徴とする両対象物の軸合せ位置
   決め方法Ｏｔ、、’ｔｉ）　　第一平坦対象物の像が第
   二光学レンズの焦点面で焦点合せされる位置から第二平
   坦対象物の像が第二光学し／ズの焦点面で焦点合せされ
   る位置への第一光学レンズの変位を測定して第一と第二
   の平坦対象物間の隔離距離を決める工程を具えてなる特
   許請求の範囲第２５項に記載の方法。 （２η　第一平坦対象物を第一光学レンズの光軸に平行
   に動かして第一と第二の平坦対象物間の隔離距離を予め
   選定した値に調節する工程を更に具えてなる特許請求の
   範囲第２６項に記載の方法０（２８）第一と第二の平坦
   対象物間の隔離距離を多くの離れた場所で測定し、 第一平坦対象物を第一光学し／ズの光軸に垂直な直交軸
   の周りで回転させて前記の場所で測った隔離距離を等し
   からしめる工程を具えてなる特許請求の範囲第２６項又
   は第２７項に記載の方法。 （２９）第一平坦対象物と第二平坦対象物の合成像を映
   ｆ象画に投影する方法にして、 第一と第二の平坦対象物の像が第二光学レンズを通して
   前記映像面で交互に焦点合せされるよう、第一光学レン
   ズをその光軸に沿って振動さ＋１　　。 第一平坦対象物の像が映像面で焦点合せされると第一対
   象物を照光し、第二平坦対象物の像が映像面で焦点合せ
   されると第二対象物を照光してなる第一と第二の平坦対
   象物の合成像の映像面への投影方法。 （力　第一平坦対象物が半導体基体で第二平坦対象物が
   回路マスクである特許請求の範囲第２５．２６゜２７又
   は２９項に記載の方法。