JPS62123414A - 自動焦点装置 - 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】 発明の目的 葭ｉ上叫机理立互 本発明は特に、フォトリソグラフィーおよび投影測定装
置において反射性の対象物の位置決めをするための光学
的自動焦点装置に関する。

丈米段玖亙 本来の結像用光の光路の中または外において、直接照明
光を用いて行なうような技術手段は公知である。

この公知技術は比較的大きなバックフォーカルレングス
に限定される。

その像信号自身が焦点合わせに利用されないか、または
利用できないような場合１例えば焦点合わせをその対象
とする物体が試料域に無い場合においても焦点合わせを
行なわなければならないような場合にはこの焦点合わせ
は、その実際の結像と異なったスペクトル範囲において
行なって妨害光をその結像チャンネルからスペクトル的
分離によって分離する。この場合に例えばテスト試料の
像が焦点合わせのために用いられる。

焦点合わせが結像光の光路内で行なわれるような装置の
場合には通常その結像した像の鮮鋭度が評価される。

これら従来技術に従う装置は異なったスペクトル範囲を
用いることによってその光学系を複雑にし、そして選択
的ビームスプリッタおよび追加的なフィルタの使用を必
要とすると言うような幾つかの欠点を有する。

結像した像の鮮鋭度またはその他の強度因子の評価には
深度の尺度についての極限値を求めるために機械的な振
動が必要である。

明が　　しようとする間　、。

本発明の目的の一つは上述した諸欠点を除くことである
。

本発明のもう一つの目的は結像光路内と同じ波長で且つ
同時的に作動する自動焦点装置を提供することである。

発明の構成 問題点を解決するための手段 上述した目的およびその他の目的は、その結像光路の中
では非可視的であってその瞳面（ｐｕρ１１ｐｌａｔｅ
ｓ）内に幾つかの開口を挿入することによってその焦点
合わせ光路内で可視的にすることができるような虚像的
アンプリチュード体（ｖｉｒｔｕａｌａｍｐｌｉｔｕｄ
ｅｏｂｊｅｃｔ）が用いられていて１、その際その光学
的結像系がオートコリメーションによって作動するよう
な自動焦点装置において実現される。

上記アンプリチュード体は照明用光路内の適当な位相物
体（ｐｈａｓＣｏｂｊｅｃｔ）によって作り出され、そ
してコントラスト法によって可視化することができる。

適当なアンプリチュード体は格子によってホログラフ的
に作り出された格子または格子の組合せである。

像は光線の幾何学的形に従い、鮮鋭度、像の大きさおよ
び／または像のドリフトによって評価することができる
。

照明の方式は特にエネルギーとコントラストとに関して
最適化する必要があり１部分的にコヒーレントな照明が
好都合な折衷をもたらす、好ましい具体例においてこの
照明には蜂の巣状コンデンサレンズが用いられる。

その瞳面内に幾つかの開口を挿入することによって、互
いに空間的にコヒーレントな、その蜂の巣の少なくとも
二つのコンデンサレンズの干渉を直接に、アンプリチュ
ード体としての正弦格子を作り出すのに使用することが
できる。

さもなければ評価のために必要となるような機械的振動
を用いずにすむようにするために、立体的にコヒーレン
トな照明を用いる輻射源の有限の広がりを利用するプソ
イドジャリング法（ｐｓｅｕｄ。

ｓｈｅａｒｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ）が採用される
。

正弦格子の回折像はプラスおよびマイナスの１次回折線
を含み、これはその瞳部に適当な照明によって照明光源
として現われる。これは蜂の巣状コンデンサレンズの場
合にはその妹の巣状の配置によって与えられる。これら
の光源像はハーフミラ−プリズムによる光線分割および
中心変位した逆向きローカル波長フィルタまたは瞳分割
によって分割され、そしてそのそれぞれのコヒーレント
な部分を異なった位置において互いに干渉させる。

焦点ぶれ（ｃｌｅｆｏｃｕｓｉｎｇ）の場合にはそれら
正弦格子は異なった位相ポジションを示し、その符合と
大きさとがその焦点ぶれを特性的に表わす。収差がなく
て焦点合わせされた状態において二つの正弦格子の間の
位相差は零になるが、残留収差が存在するときは焦点合
わせを較正しなければならない、　評価は適当なセンサ
、例えばＣＣＤセンサ列を用いて行なうことができる１
位相の測定は電子的に行なわれる。干渉の影響をできる
だけ少なくするために、評価は単一振動数または僅かな
部分振動数範囲内に限定される。

上述の方法は虚像的なアンプリチュード体の使用に無関
係に用いることができる。

光源を設計する際には感度とその焦点合わせの作動範囲
との間で或る折衷が必要であり、その際位相測定の精度
が決定的な影響を有する。充分な空間的コヒーレンスを
有する単色光は回転ディフューザディスクを有するガス
レーザーを用いて作り出すことができ、これはまた他方
において蜂の巣状コンデンサレンズの入口における第２
光源として用いられる。焦点合わせ信号は焦点合わせ用
制御回路の入力として用いられ、これは機械的な変位に
よって実現される。

１度外 本発明を更に容易に理解できるようにするために、以下
、本発明の１具体例を表わす添付の図面の参照にもとに
説明する。

第１図において光源１は光軸ｘ−ｘに沿って照明光束１
′　（半分だけしか示していない）を放射し、この光軸
に沿って集光レンズ２、蜂の巣状コンデンサレンズユニ
ット３．４、並びにレンズ５が順に並んで配置されてい
る。レンズ５に続いて光軸Ｘ　−Ｘに対し約４５″″傾
斜したハーフミラ−面７′を有する第１ハーフミラ−プ
リズム７が設けられている。もう一つのレンズ６に続い
て第２のハーフミラ−プリズム１６が設けられており、
これが光軸Ｘ　−Ｘをそれに対して９０′″曲げ、その
曲げられた光軸はｘ’−ｘ’で示しである。

ハーフミラ−プリズム１６は光軸ｘ−ｘおよびｘ　’　
−ｘ　’　に対してそれぞれ４５＠傾斜しているハーフ
ミラ−面１６’　　を有する。

光軸ｘ　’　−ｘ　’　を中心として投影レンズ１７が
設けられており、これは図示されていない手段によって
画先矢印Ａで示す方向へ調節可能である。

レンズ１７は出口［１７’　、物体面９および像面９′
　を有し、この後者は結像光線の透過光部分１８の中に
ハーフミラ−面１６′　に続く位置に存在しており、結
像光線は反射によって物体面９内で作り出され、そして
軸ｘ　’　−ｘ　’　に沿って照明光束１′と逆方向へ
進む、ハーフミラ−面１６′　のところで反射された結
像光４３１８の部分は１８’で示されている。この光線
部分１８′　は光軸Ｘ−Ｘに沿ってハーフミラ−面７′
へ戻り、そしてここで光軸ｘ　−ｘに対して直角方向に
反射され、そして光軸Ｘ”−ｘ　”を確定する。

この後者の中にはハーフミラ−プリズム８が設けられて
おり、そのハーフミラ−面８′は光線部分１８′　を分
割して透過光部分１９と反射光部分１９′　とに分ける
。透過光部分１９の光路内において出口瞳１０の中に開
口１０’　が設けられており。

これに後続して光学系１４および検出手段１５１が配置
されており、この検出手段は検出面１５を有している６
反射された光線部分１９’　の光路内で出口［１１１１
の中に開口１１′　が設けられており。

これに後続して光学系１２と検出面１３を含む検出手段
１３１　とが設けられている６両検出手段１３１および
１５１はそれぞれ結線１３′　および１５’によって評
価表［２０に結合されており、この評価装置は結＠Ｉ　
２１’　によって投影レンズ１７内に設けられた焦点調
節手段に結合されている。面９″および同１０．１１は
それぞれ物体面９および出口瞳１７′　に対して光学的
に共役している。

操作に際しては例えばレーザー装置等の光源１が光軸ｘ
−ｘに沿って照明光束１′を放射する。

集光レンズ２が蜂の巣状コンデンサレンズユニット３．
４を完全に照明し、それらのレンズの像はハーフミラ−
プリズム１６のハーフミラ−面１６′で反射された後に
レンズ１７の出口隨の中にレンズ５．６によって作り出
される。物体面９の中の対象物は例えば反射性の試料で
あり、このものはそこへ入射する照明光束１′を反射し
てこれを反射光束１３に変えたあとでレンズ１７によっ
てハーフミラ−プリズム１６のハーフミラ−面１６′　
　を通して像面９′の中に結像させ、これが図示されて
いない手段によって評価される。

ハーフミラ−面１６＃で反射された反射光束１８の部分
は投影レンズ１７を焦点合わせするのに用いられ、従っ
て焦点合わせ用光束１８′　と呼ぶ。

この後者はハーフミラ−プリズム７のハーフミラ−面７
′で反射される。透過した光の部分は無視される６反射
された焦点合わせ用光束１８′　はハーフミラ−プリズ
ム８のハーフミラ−面８′に入射し、これが反射された
焦点合わせ用光束１９′および透過された焦点合わせ用
光束１９を作り出す、而１０および１１の中にそれぞれ
開口が設けられていて、その像は第２ｂ図に示す通りで
ある。

各開口の両方の半部１０′　および１１′　の組合せが
面１０または面１１のいずれかの中に挿入されたときに
実際に使用できる開口を与える。ｍ＋ｐ−のために図に
おいては有効半部１０′　および１１°のみが示されて
いる。ディスク１０′　は焦点合わせ用光束１９の光路
内の面１０の中に挿入される。ディスク１０．１１の上
の複数個のレンズ、すなわち１０１．１０２よりなる蜂
の巣状コンデンサレンズの二つの像がレンズ１４によっ
て検出面１５内で重ね合わされ、すなわちレンズ１０１
．１０２の陰影線を附したものは光束部分１９が検出面
１５へ通過することを表わし、一方その他のレンズ（陰
影線の無いもの）は遮断されていることを示す、斜めの
陰影線は面１１における透過性範囲を、そして水平方向
の陰影線は面１０における透過性範囲を表わす。

検出面１５内で像１０１　と１０２とが互いに重ね合わ
されてそれにより干渉パターンが形成される。

これと同様にして、反射された焦点合わせ用光線東部分
１９’　は面１１内に設けられた開口１１’　の上に入
射する。ここでもまた開口ディスク１１′の半分だけが
示されている。開口１１１および１１２は再び陰影線を
附しである。蜂の巣状コンデンサレンズユニット３，４
の個々のレンズは上記開口１１１，１１２を通して検出
面１３内で重ね合わされ、ここでレンズ１２の屈折性に
よって干渉がもたらされる。レンズ１７が焦点合わせ状
態にあるときは各面１３および１５内の干渉パターンは
等しく、従ってそれぞれの検出面ユニット１３１および
１５１は対応する信号を結線！３’　と１５′とを通し
てｘｆ価装ｆｉ　２０へ送り出ず、最初の較正操作によ
って得ら九で評価袋Ｗ１２０内に記憶されているコンパ
レータの値との比較からは制御信号はもたらされない。

レンズ１７が焦点ぶれの状態にあるときはそれにより得
られる干渉パターンは相互に変位してそれに対応する比
較により結線２０′　を通して制御命令が上記レンズ１
７内に設けられた調節手段へ送り出される。このレンズ
は面１３および１５内の干渉パターンの上記記憶されて
いる較正値と比較して両者が等しくなるまでスライドさ
れる０面１５内の干渉パターンは例えば検出面ユニット
１５１内のセンサ列によって走査され、得られた各信号
は焦点ぶれの大きさと方向（開先矢印Ａ）とを特性的に
表わす、それら得られた信号は評価装置２０の中に送り
込まれ、ここで面１５の場合と同様に検出された面１３
からの各信号が結合された形で比較値と比較される。レ
ンズ１７が焦点ぶれ状態にある場合には、制御信号がレ
ンズ１７内の調節手段の中に焦点合わせ状態が得られる
まで送り出される。この焦点合わせされた状態の較正は
適当な手段によって行なうことができる。検出面１３．
１５の中か、または像面９′の中かに期測手段を設ける
ことが可能である。

光電子的な手段によってこの装置を較正することもでき
る。

本発明は上記した具体例にのみ限定されるものではない
。第２ｂ図に示す関口を第２ａ図に示した像がもたらさ
れるように手直しすることができる。開口２１は、開口
半部１０１．１０２が面１５内で有効であり、そして開
口半部１１１．１１２が面１３内で有効であることを除
いて、両方の而１０および１１の中に挿入される。

その上にビームスプリッタ−としてのハーフミラ−プリ
ズム８は、焦点合わせ用光束部分１８′の中にその半分
にわたって延びるように傾斜させて挿入した反射鏡と置
き換えてそれにより焦点合わせ用光束部分１９はこの反
射鏡のところを通り過ぎて進み、そして焦点合わせ用光
束部分１９′がこの反射鏡によって反射されるようにす
ることも可能である。それに続く構成部材は第１図のも
のと同じである。

第３ａ図および第３ｂ図には、レンズ１７の出口ｆｉｔ
　Ｉｔと光学的に等価であるところの面１０および１１
内での波面収差の推移がそれぞれ示されている。

故意にレンズ１７の焦点ぶれのポジションが取られる。

Ｘ−軸は第２ａ図および第２ｂ図におけるＸ。−Ｘ、軸
で示されている各開口を通る断面部分を表わしている。

それぞれ開口１０１，１０２および１１１．１１２に対
応する範囲には同様な陰影線を附してあり、すなわち第
２ｂ図のｉｏｔ’、１０２’　。

１１１’、　１１２’　および第２ａ図における１１１
”、　１０１”。

１１２”、１０２　”と同じものが付けられている。

曲線ｇおよびｇ′はそれぞれ、レンズ１７の故意に作り
出された焦点ぶれ位置における位相曲線を表わす、対応
する範囲、例えば第２ｂ図における１０１１．１０２′
　および１１２′、１１１′　は位相差を表わし、これ
は対応する検出面１５および１３（第１図）においてそ
れぞれ逆向きであってまたこれは検出面１３および１５
（第１図）におけるその得られた干渉パターンの相互の
変位をもたらす。

その透過性範囲を超える波面収差曲線の残りの４角形部
分はモジュレーションの減少、すなわち干渉パターンの
鮮明度の減少を含む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う自動焦点装置の図式説明図、第２
８および第２ｂ図は出口瞳の図式図、第３ａおよびｆｊ
Ｓ３ｂ図はそれぞれ第２８および第２ｂ図の出口瞳内で
の波面収差の推移を示すグラフである。 １・・・光源　　　　　１′　・・・照明光束２・・・
集光レンズ ３．４・・・蜂の巣状コンデンサレンズユニット５．６
・・・レンズ ７．８，１６・・・ビームスプリッタ−９、・・・物体
面　　　９′　・・・像面１０．１１．１７’・・・出
口隨 １０’、Ｉｌ’、　２１・・・開口 １２、１４・・・光学系　　１３．１５・・・検出面１
３′、１５′、２０′・・・結線 １７・・・投影レンズ ２０・・・評価装置 １０１、１０２・・・レンズ １１１、１１２・・・開口　　１３１，１５１・・・検
出手段手続ネｉｔ正棗（方式） 昭和６１年１２月２５日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）中でも測定装置の中でその測定しようとする反射
   性の対象物の位置決めを行なうための自動焦点装置にお
   いて、これが光軸についての光学的な相互の整列のもと
   に、 狭いスペクトル帯の輻射線を放射する光源、上記光源の
   複数の像を作り出す手段、 （ここで、上記複数の像は照明光束として用いられる） 第１および第２のレンズ、 上記光軸をそれに直角の方向へ曲げる第１ビームスプリ
   ッター、 この曲げられた光軸内に上記ビームスプリッターに続い
   て配置された対物レンズ、 （ここで、上記対物レンズは物面と像面とを有し、上記
   第１ビームスプリッターは前記光軸および上記曲げられ
   た光軸に対して４５°の角度で傾斜したビームスプリッ
   ト面を有し、そして上記第１および第２のレンズは上記
   物面を上記第１ビームスプリッターおよび上記対物レン
   ズを通して照明するために上記照明光束を指向させるの
   に用いられる） 測定されるべき反射性対象物、 （ここで、上記反射性対象物は焦点合わせ用光線と結像
   用光線とを作り出し、上記対物レンズは評価のために上
   記反射性対象物を上記像面上に結像させ、上記ビームス
   プリット面は上記結像用光線を透過させ且つ上記焦点合
   わせ用光線を反射させて上記照明用光束と反対の方向へ
   送り出すのに用いられる） 上記第１および第２のレンズの間で上記焦点合わせ用光
   線の中に挿入された偏向手段、 （ここで、この偏向手段は上記焦点合わせ用光線を上記
   光軸に対して直角方向へ指向させるに用いられる） 上記焦点合わせ用光線から第１光束部分と第２光束部分
   とを作り出す手段、 （ここで、上記第１および第２光線部分を作り出す手段
   は上記焦点合わせ用光線の中に上記偏向手段に続いて配
   置されている） 上記第１光束部分の中に設けられた第１開口、上記第２
   光束部分の中に設けられた第２開口、第１検出ユニット
   、 第２検出ユニット、 （ここで、上記第１開口は上記第１光束部分によって運
   ばれた上記複数の像から第１の二つの固有像を作り出す
   のに用いられる） 上記第１検出ユニットの中で上記二つの固有像を重ね合
   わせることによって第１の干渉パターンを作り出すため
   の第１の手段、 （ここで、上記第２開口は上記第２光束部分によって運
   ばれた上記複数の像から二つの第２固有像を作り出すの
   に用いられる） 上記第２検出ユニットの中で上記二つの第２固有像を重
   ね合わせることによって第２干渉パターンを作り出すた
   めの第２の手段、および 上記第１および第２の検出ユニットと、および上記対物
   レンズの上記曲げられた光軸に沿う調節運動を実施する
   ためにこのレンズの中に設けられた調節手段とに結合さ
   れた評価装置 （ここで、上記第１検出ユニットおよび上記第２検出ユ
   ニットは上記対物レンズの実際の位置、並びにもし存在
   するときは焦点ぶれを表わす信号を作り出すのに用いら
   れ、この信号は上記評価装置の中に記憶されている或る
   焦点合わせ位置の値と比較され、また上記評価装置はも
   し上記対物レンズが焦点ぶれの状態にあるときに調節用
   信号を上記調節手段へ送り出す） を含んでいる、上記自動焦点装置。
2. （２）複数の像を作り出す手段が蜂の巣状コンデンサレ
   ンズである、特許請求の範囲第１項記載の自動焦点装置
   。
3. （３）第１および第２検出ユニットの各々が、それぞれ
   の干渉パターン面に対する作動結合のもとに一つのＣＣ
   Ｄ列を含んでいる、特許請求の範囲第２項記載の自動焦
   点装置。
4. （４）上記第１光束部分および上記第２光束部分を作り
   出すための手段がこれら第１および第２光束部分を透過
   させるビームスプリット面を備えた第２のビームスプリ
   ッターである、特許請求の範囲第１項記載の自動焦点装
   置。
5. （５）上記第１および第２光束部分を作り出すための手
   段が、焦点合わせ用光束の中に傾斜させて部分的に挿入
   されていて上記一方の光束部分を反射させるための反射
   鏡であるが、但し上記第２光束部分はこの反射鏡によっ
   て何等影響を受けない、特許請求の範囲第１項記載の自
   動焦点装置。