JPS62150311A - 光学装置 - 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】 ［産業上の利用分！１ブコ この発明は、光学系と被観測物とを相対的に移動させな
がらその光学系により被＆　ａｔｌｌ物を＆　７１１１
１する光学装置に関し、特に、光学系の少なくとも対物
レンズと被観測物との距離を変化させることにより、被
観測物に光学系の焦点を自動的に合わせる自動焦点調節
機能を有する光学装置に関する。

［従来の技術］ この種の光学装置乏して、ウェハやマスクのパターン・
１法やパターン合わせ精度を測定する微小・ｊ法測定装
置、ウェハなとの表面欠陥や付１ｔ’Ａ物を検出する人
面検合装置なとかある。

・股に、このような光学装置は、光学系の対物レンズと
被観測物との距離を変化させることにより、？ｍ１ｄＪ
測物に光学系の焦点を自動的に合わせる自動焦点調整機
能をωｉ＋えている。

［解決しようとする問題点コ そのようなｉ尾束の光”：”　’ＳＡ置においては、自
動イ、１１、点調整機能を働かせて動４′１させた場合
、１ｆＪＪ／１ＩＩＩ点か被観測物の外側に移動した１
１冒こ、波観測物が載置されているＸ−Ｙテーブルのチ
ャック面に自動的に焦点か合わされ、光学系の対物レン
ズの尤Ｄｊｊｌｉ部か被観測物の端よりド側までド降す
る。その結果、その後に観測点が被観測物側へ移動した
時に、対物レンズの先端部が被観測物の端に衝突し、対
物レンズや被ｆｌ　／ｌ１ｌｌ物の破損なとが起こる場
合かあった。

［発明の目的コ この発明の１−１的は、そのような対物レンズと被観測
物との衝突と、それによる対物レンズや被観測物の破損
を防＋ｌ　ｔ、た光学装置を提供することにある。

［問題点を解決するためのＰ段］ この［１的を達成するためにＪこの発明によれば、光学
系と被観測物とを相対的に移動させながら前記光学系に
より前記被観測物を観測するものであって、前記光学系
の少なくとも対物レンズと前記波観測物との距離を変化
させることにより前記被観測物に前記光学系の１１２点
を自動的に合わせる自動焦点調節機能を有する光学装置
において、＋］ｉ＋記光学余光学系観測点が所定の自動
焦点調整範囲内であるか否かを判定する判疋Ｆ段と、こ
の手段による刊′、ｉ：結宋に応答し、前記観測点か前
記自動焦点調整範囲の外部にある場合に前記自動焦点調
整機能を抑１１−する手段とか備えられる。

［作用コ このような構成であるから、被観測物の端が自動焦点調
整範囲の外側に占位するように自動焦点調整範囲が設定
されるならば、波観測物の外側で焦点合わせがなされる
ことによって、光学系の対物レンズの先端部か被観測物
のｙ％Ｊよりド側になることはなくなり、したかって、
従来のような衝突と、それによる損傷は起こらない。

［実施例］ 以ド、図面を参照し、この発明の一太層側について説明
する。

第１図に、この発明が適用された微／ｊいＪ／、！、測
定装置の一例を小す。このｖｅｔｔ＋いｊ法測定装置は
、ウェハのパターン・１法、パターン合わせずれなどを
事青密４川定するものである。

第１図において、１０はＸ−Ｙステージ機構である。図
小しないローダ／アンローダによりＸ−Ｙステージ機構
１０のチャンク面に搬入されたウェハ１２（被観測物）
は、そのオリフラ（オリエンテーションフラット）１３
を基をとして位置決めされて保持されるようになってい
る。

ウェハ１２の１−１石は、ハロゲンランプ１６によりミ
ラー１８、アクロマチックレンズ２０およびハーフミラ
−２２を介して照明される。このようにして照明された
ウェハ１２の１゛而の局所的明暗像は、パターン検出光
学系２４によって観測される。

コノハターン’０　出光学系２４は、対物レンズ２６．
１）；ｉ記ハーフミラ−２２、ハーフミラ−２８、スリ
ット３０Ｘ、３０Ｙ１　リレーレンズ３２Ｘ。

３２Ｙ１　ミラー３４、／リンドリ力ルレンス３６Ｘ、
３６Ｙ、ＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ。

３８Ｙ１対物レンズ２６に固定された静電容；１１変位
計６０から構成されている。対物レンズ２６は、それ自
体をＺ力量に微動させるアクチュエータが内蔵されてい
る。

対物レンズ２６で決まるウェハ而１−の視野内の明暗像
は、スリット３０Ｘ、３０Ｙを介して視野をさらに絞ら
れてＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙに撮
像される。スリ７）３０ＸのアパーチャはＸ−Ｙステー
ジ機構１０の座標系のＸ軸と・１口こされており、対物
レンズ２６の視野内の中心を通る細長いＸ方向の視野の
像がＣＣＩ）　Ｕニアイメージセンサ３８Ｘに結像する
。同様に、他方のＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ
の視野は、スリット３０Ｙによって対物レンズ２６の視
野の中心を通るＹ方向の細長い領域に絞られ、そノ視野
内のウェハ像がＣＣｌ）リニアイメージセンサ３８Ｘに
結像される。前記ＣＣｌ）リニアイメージセンサ３８Ｘ
、３８Ｙは、それぞれに摩１−像した明暗パターンを画
素分解して読み取り、アナログ１１１ｑ　（＋　ｉ”Ｊ
をシリアルに出力する。

４０は処理−制御系である。この処理・制御系４０は、
オフセット補正回路４２、アナログ／デ／タル変換１’
：ｒ　４４　、画像メモリ４６、マイクロブロセ、す４
８、ＲＡＭ５０、キーボード５２とそのインターフェイ
ス回路５４、Ｘ−Ｙステージ駆動回路５６および対物レ
ンズ駆動回路６２と、そのインターフェイス回路５８か
らなる。ＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙ
やアナログ／デンタル変換器４４の駆動制御に関係する
回路も存在するが、それは図示されていない。

Ｘ−Ｙステージ駆動回路５６は、マイクロプロセ、す４
８からインターフェイス回路５８を介してすえられる制
御情報に従い、Ｘ−Ｙステージ機構１０の図示しないＸ
、Ｙ方向駆動用モータを駆動するものである。Ｘ−Ｙス
テージ機構ＩＯには、Ｘ、Ｙ方向の位置を検出するため
の位置エンコーダ（図示せず）が設けられており、その
位置エンコーダの出カイ１１号はインターフェイス回路
５８を介してマイクロプロセッサ４８側に人力されるよ
うになっている。

ＣＣＩ）リニアイメージセンサ３８Ｘ、３８Ｙから出力
されるアナログＩ”’Ｉ　（＋　、’Ｊは、オフセット
袖市回路４２によりオフセ、Ｉ・を捕１１：されてから
アナログ／デンタル変換に４４４に人力され、そこでデ
／タル画（＋；Ｓ７（画像データと称す）に変換されて
１＋Ｉ＋ｉ（４メモリ４６に人力される。マイクロブロ
セ。

す４８は、この画像メモリ４６をアクセスｌ■能であり
、また画像メモリ４６への画像データの＋’Ｆ込みを制
御できる。

静電界；１１変位計６０は、自動焦点合オ）せに関ＩＪ
。

するものであり、それ自体から、その対向面（ウェハ而
またはＸ−Ｙステージ機構ｌＯのチャック而）までの距
離と基型距離との差（変位）に対応した（＋ｉ号を発生
する。この信ｔ）は対物レンズ駆動回路６２に人力され
る。この対物レンズ駆動回路６２は、インターフェイス
回路５８からりえられる焦点＋１Ｆ調整イ、：号°がオ
ン状態の期間に、静電界１１１変位、ｉｔ　６０の出カ
イ１１号が基環′電位となるように、対物レンズ２６の
内蔵アクチュエータの駆動電１１−を調整することに１
−　ｔｌ、焦点合わせを行う。焦点内調整信号がオフ状
態の期間には、同アクチュエータの駆動電圧を焦点＋Ｉ
Ｆ調整信ｚｊ・がオフ状態に変化する直前の値に保持す
る。

この微小１１法測定装置は、ＲＡＭ５０に格納されてい
るプログラムに従い、Ｘ−Ｙステージ駆動回路５６を介
してＸ−Ｙステージ機構１０を移動させ、ウェハ１２の
表面に関する画像データを画像メモリ４６に得、その画
像データに基づき、ウェハ［−の配線パターンやレジス
トパターンの・ｊ法測定や合わせ精度測定などを行う。

このような／ＩＩＩＩ定動作そのものは従来と同様であ
るので、その詳細説明は割愛する。

さて、この微）［いＪ法測定装置においては、測定点（
パターン検出光学系２４の＃ＪＪ　？！ＩＩＩ点）を移
動させる度に、焦点調整が行われる。この発明はこの焦
点調整に係わるので、以ド、詳細に、説明する。

ある測定点から別の測定点へ移動させる７認か１１じる
と、位置決め割込みが牛しる。この割込みか生じると、
マイクロプロセッサ４８は測定処理のためのトブログラ
１１から、ＲＡＭ５０に格納されているルー千ン５０Ａ
に分岐し、それを実行する。第２図はその概略フローチ
ャートであり、以ドの説明中に適宜参照する。

まず、マイクロプロセッサ４８は、ＲＡＭ５０１−の座
標テーブル５０Ｂから次の観測点の座標データを読み出
し、その座標データを内Ｎくレジスタに保持する（ステ
ップ１００）。そして、この座標データに基づき、それ
により示される次観測点からウェハ１２の中心までの距
離１）を算出し、その結果を内部レジスタに保持する（
ステップ１０５）。

ここで、本実施例においては、ウェハ１２の周辺部を除
いた、゛１′径Ｒの円形領域（中心はウェハ中心と　・
致）を、自動焦点調整範囲として説定されている。

さて、マイクロプロセッサ４８は、息？出した距離１）
と自動焦点調整範囲の゛Ｉ′径Ｒとを比較することによ
り、次の観測点が自動焦点調整範囲内であるか占かの判
定を’４Ｊう（ステップ１１５）。Ｉ）＜Ｒ（次の観測
点は自動焦点調整範囲内）ならば、マイクロプロセッサ
４８は、ＲＡＭ５０１のレジスタ５０Ｃの１．’ｉ　疋
ビゾト（フラグＦと称す）を“。

１゛にセットする（ステップ１１５）。１）≧Ｒ（次の
観測点か自動焦点調整範囲外）ならば、マイクロプロセ
ッサ４８はフラグＦをリセットする（ステップ１１７）
。

次にマイクロプロセッサ４８は、ステップ１０６におい
て内部レジスタに保ｆ、’＋シだ座標データをインター
フェイス回路５８を介してＸ−Ｙステーン駆動回路５６
に送り、その座標データで指定される次観測点を、パタ
ーン検出光学系２４の視野の中心に合わせるようにＸ−
Ｙステージ機構１０を作動させる（ステップ１２０）ｃ この位置決めが終ｒすると、マイクロプロセッサ４８は
フラグＦをチェツクしくステップ＋２５）、Ｆ＝１なら
ば、インターフェイス回路５８から出る焦点Ｆｒｒ調整
信号を一定時間だけオンさせて、対物レンズ駆動回路６
２により対物１／ンズ２６のＺノｊ向位置の調整を行わ
せ、観測点に焦点を一致させ（ステップ１３０）、この
ルー千ンを終了する。

Ｆ≠１の場合、つまり観測点が自動焦点調整範囲の外側
にある場合、マイクロプロセッサ４８はステップ１３０
をスキップする。つまり、自動焦点調整機能を抑１１す
るわけである。このように自動焦点調整機能か抑１１さ
れるため、対物レンズ２６の焦点がウェハ１２の外側の
チャ、り而に合わされることによって、対物レンズ２６
の先端部かウェハ而より低い位置に移動させられること
はない。したがって、その後に自動焦点調整範囲内の観
測点に移動す際に、対物レンズ２６の先端部とウェハ１
２の端との衝突は起こらない。

以１−１−・実施例について説明したが、この発明はそ
れたけに限定されるものではなく、適宜変形して実施で
きるものである。

例えば、前記実施例においては、ハードウェア（６２）
によって対物レンズ２６のＺ方向位置を調整して焦点合
わせをＪｊ’っているが、例えば、静電界；を変位、ｉ
ｌ　６０の出力信シｊをデジタルイ、）−じに変換して
マイクロプロセッサ４８側へ入力することにより、ソフ
トウェアで対物レンズ２６の位置制御を行って焦点を調
整させてもよい。

また、対物レンズのＺ方向位置を固定し、Ｘ−Ｙテーブ
ル機構ＩＯをｘ−ｙ−ｚ機構に置換し、ウェハ側をＺ方
向に移動させることにより、焦点調整を行ってもよい。

さらに、つ〕、ハ１２を固定し、パターン検出光学系２
４をｘ、ｙ、Ｚ方向に移動させてもよい。

さらに、この発明は、前記実施例の微小寸法測定装置以
外の同様な光学装置にも適用できる。

［発明の効果コ 以１゛、説明したように、この発明によれば、光学系に
よる観測点か所定の自動焦点、３Ｊ１整範囲内であるか
否かを判定する判定手段と、この手段による判定結果に
応答し、観測点が自動焦点調整範囲の外部にある場合に
自動焦点調整機能を抑止する丁を段とが備えられるため
、被観測物の端が自動焦点調整範囲の外側に占位するよ
うに自動焦点調整範囲が設定されるならば、光学系の対
物レンズの先端部か被ＮＪＪ　１ｆｌｌｌ物の端よりド
側になることがなくなり、したかって、対物レンズと彼
ＩｔＪ！測物の衝突と、それによるｔＩＪ傷を防１１．
．できるという効果をｊυられる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による微／ＪいＪ′法測測定装置構成
概要図、第２図は自動焦点調整機能の抑１１・、などを
説明するためのフローチャートである。 １０・・・Ｘ−Ｙステージ機構、１２・・・ウェハ（被
観測物）、２４・・・パターン検出光学系、２６・・・
対物レンズ、３０Ｘ、３０Ｙ・・・スリット、３８Ｘ。 ３８Ｙ・・・ＣＣｌ）リニアイメージセン号、処理・制
御系、４８・・・マイクロプロセッサ、５０・・・ＲＡ
Ｍ。 ５６・・・Ｘ−Ｙステージ駆動回路、６０・・・静電界
１ｉ）変位計、６２・・・対物レンズ駆動回路。 牛、′Ｉ’　＋ｉ’を出願人 １トγ；ｈ　ｒ’エンジニアリン’／　株ｔｃ　会Ｊ１
株式会？ｌ：　Ｉ　１１’／製作所 代理人　弁理１　梶　山　イ、１．是 弁理１　山　木　富１−９３

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学系と被観測物とを相対的に移動させながら前
   記光学系により前記被観測物を観測するものであって、
   前記光学系の少なくとも対物レンズと前記被観測物との
   距離を変化させることにより前記被観測物に前記光学系
   の焦点を自動的に合わせる自動焦点調節機能を有する光
   学装置において、前記光学系による観測点が所定の自動
   焦点調整範囲内であるか否かを判定する判定手段と、こ
   の手段による判定結果に応答し、前記観測点が前記自動
   焦点調整範囲の外部にある場合に前記自動焦点調整機能
   を抑止する手段とを備えることを特徴とする光学装置。
2. （２）自動焦点調整範囲はある半径の円形領域であり、
   光学系の観測点と前記自動焦点調整範囲の中心との距離
   と前記半径との比較により、判定がなされることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の光学装置。