JPS6363011A

JPS6363011A - 焦点ずれ検出装置

Info

Publication number: JPS6363011A
Application number: JP20854786A
Authority: JP
Inventors: Morio Misonoo; 御園生　守男
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1988-03-19
Anticipated expiration: 2011-12-18
Also published as: JP2565219B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、撮像手段と被１最像物との相対的な焦点ずれ
を検出するための装置に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の様な焦点ずれ検出装置において、複数
の撮像手段で撮像した互いに等しい複数のパターンの夫
々の輝度信号から所定レベル以上の微分信号を求め、そ
の計数値同士を比較して焦点ずれを検出することによっ
て、被撮像物の表面状態やシェーディングや光源の明暗
変化等に影響されることなく所望の許容範囲外の焦点ず
れを正確に検出することができる様にしたものである。

〔従来の技術〕

焦点ずれ検出装置としては、例えば、撮像手段と被撮像
物との間の空気圧を微小圧力検出器で検出して焦点ずれ
を検出する装置や、被撮像物をレーザ光で照射しその反
射光を光検出器で検出して焦点ずれを検出する装置等が
従来から知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし空気圧を検出する方式の装置では、空気に対して
安定な被撮像物でなければ、つまり表面が平面的な被撮
像物でなければ、焦点ずれをヰ★出することができない
。

また反射光を検出する方式の装置では、表面が乱反射を
生じない被撮像物でなければ、焦点ずれを検出すること
ができない。しかもこの方式の装置では、シェーディン
グや光源の明暗変化等によっても光検出器からの出力が
変化するので、焦点ずれを正確に検出することができな
い。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による焦点ずれ検出装置は、被撮像物１１の互い
に等しい複数のパターン１２ａ〜１２ｄを夫々撮像して
輝度信号に変換する複数の場像手段１３ａ、１３ｂ、１
４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂと、前記輝度信号の微分
信号を得る微分器２３ａ、２３ｂと、信号レベルが第１
の所定値Ｔｈ。

以上である前記微分信号を計数する計数器２６ａ、２６
ｂと、前記複数のパターン１２２〜１２ｄに対する前記
計数の値同士の比と第２の所定値とを比較する比較器２
７とを夫々具備し、前記比較の結果に基いて前記複数の
撮像手段１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１
５ｂと前記被撮像物１１との相対的な焦点ずれを検出す
る様にしたものである。

〔作用〕

本発明による焦点ずれ検出装置は、複数の撮像手段１３
ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂで撮像し
た互いに等しい複数のパターン１２ａ〜１２ｄの夫々の
輝度信号から所定レベルＴｈ。

以上の微分信号を求め、その計数値同士を比較すること
によって、焦点ずれを検出している。従って、複数のパ
ターン１２２〜１２ｄの夫々の明暗差に基いて焦点ずれ
を検出している。

また、第２の所定値を選定すれば、検出されるべき焦点
ずれ量を選定することができる。

〔実施例〕

以下、半導体ウェハのパターン検査装置に適用した本発
明の一実施例を、第１図〜第５図を参照しながら説明す
る。

第１図が本実施例の回路の全体を示しているが、まず半
導体ウェハのパターン検査について第２図を参照しなが
ら説明する。例えば、縮小投影露光装置を用いて半導体
装置のりソゲラフイエ程を行う場合は、互いに等しい何
個かのパターンを有するレチクル（図示せず）を用いて
、ウェハ１１の表面を順次に露光させてゆく。従ってウ
ェハ１１の表面には、互いに等しい多数のパターンが形
成される。

しかし、レチクルの一部に欠陥が発生していると、一度
に露光されるパターン１２３〜１２ｄのうちの例えばパ
ターン１２ａは、何れの露光においても欠陥を有するこ
とになり、半導体装置の製造歩留が大きく低下する。

このために、一旦、テスト用のウェハ１１を露光させ、
このウェハ１１を検査して、レチクルの完全性を事前に
確認することが行われている。

この様なヰ★査を行うパターン検査装置に適用されてお
り第１図に示されている本実施例では、異なる露光によ
ってウェハ１１に形成されており６０〜８０ｍｍだけ離
間しているパターン１２ａとパターン１２ｂとをまず拡
大撮像する。この拡大撮像は、やはり６０〜８０ｍｍだ
け離間している２本の顕微鏡１３ａ、１３ｂとウェハ１
１の載置台（図示せず）とを相対的に且つ連続的に移動
させつつ、ストロボ放電管１４ａ、１４ｂでパターン１
２ａ、１２ｂを照明して、顕微鏡１３ａ、１．３ｂに接
続されているＣＣＤカメラ１５ａ、１５ｂでパターン１
２ａ、１２ｂを撮像する。

ＣＣＤカメラ１５ａ、１５ｂは４９２行５１０列の画素
を有しているが、これらの画素から順次に転送される輝
度信号は、Ａ／Ｄ変換器１６ａ、１６ｂで８ビツトに量
子化されてから、フレームメモリ１７ａ、１７ｂ記憶さ
れる。

つまり各画素からの輝度信号は、明るさに応じて２５６
階調に量子化される。また各画素からの輝度信号を一部
フレームメモリ１７ａ、１７ｂに記憶させるのは、一般
のＣＣＤカメラ１５ａ、１５ｂの信号転送方式がインク
レース方式であることに起因している。つまり、きめの
細かい画像を検査して高精度の結果を得るために、画像
を連続的な形に変換しているのである。

処理中の輝度信号を確認するために、フレームメモリ１
７ａ、１７ｂから取り出された輝度信号の一部が、Ｄ／
Ａ変換器２１ａ、２１ｂを介してモニタテレビ２２ａ、
２２ｂへ入力される。

また、撮像した画面中からパターンの境界部分つます明
るさのレベルに差のある部分のみを抽出するために、フ
レームメモリ１７ａ、１７ｂから取り出された輝度信号
の残部が微分器２３ａ、２３ｂへ入力される。

これらの微分器２３ａ、２３ｂにおける微分処理には、
縦方向の境界部分のみを抽出する水平（Ｘ）方向の微分
と、横方向の境界部分のみを抽出する垂直（Ｙ）方向の
微分とがある。

例えば、第３図Ａに示す様に１つの画面２４中に図示の
様なパターンがあると、水平方向の微分によって第３図
Ｂに示す様な情報が得られ、垂直方向の微分によって第
３図Ｃに示す様な情報が得られる。そして、これらの情
報によってパターンが認識され、パターン検査が行われ
る。

第４図は、微分器２３ａ、２３ｂにおける微分処理の方
法を示している。即ち、まず画面２４中における図示の
様な４行４列の画素から輝度信号を得て、Ｘ　ｄ　＝　ｌ　（Ａ＋ｌ＋Ｇ＋Ｌ）　　　（Ｄ＋Ｆ＋
Ｈ＋Ｌ）　ＩＹ　ｄ　＝　１　（へ十Ｂ＋Ｃ十〇）　　
　−（１＋Ｊ＋に＋Ｌ）　　ｌの演算を行う。

Ａ−Ｌは０〜２５５の値を有しているので、微分結果Ｘ
ｄ、ＹｄはＯ〜１０２０の範囲内にある。

これらの微分結果Ｘｄ、ＹｄＯ値が大きい程、選択され
た４行４列の画素内で明るさのレベルが大きく変化して
いることを示している。

微分結果Ｘｄ、Ｙｄは比較器２５ａ、２５ｂで所定の閾
値Ｔｈ、と比較され、２値化された比較結果が得られる
。つまり、微分結果Ｘｄ、Ｙｄが閾値Ｔｈ、よりも大き
ければ１の比較結果が得られ、微分結果Ｘｄ、Ｙｄが閾
値Ｔｈ＋以下であれば０の比較結果が得られる。そして
、水平方向の１の比較結果と垂直方向の１の比較結果と
を、計数器２６ａ、２６ｂで計数しておく。

次に、水平方向へ１画素分だけずらせた４行４列の画素
について、上述の様な微分処理、比較処理及び計数処理
を行う。そして、同様な処理を水平方向の総ての画素に
ついて行い、また、垂直方向へ１画素分だけずらせて同
様な処理を行い、更に、これらの処理を画面２４の全体
について行う。

この様な処理は左右の顕微鏡１３ａ、１３ｂによって得
られる両方の画面２４について同時に行われ、左右の画
面２４についての計数値Ｌｆ、Ｒｆが計数器２６ａ、２
６ｂで得られる。なおこの様な計数値Ｌｆ　、Ｒ，は、
当然のことながら、パターン１２２〜１２ｄが複雑であ
れば大きく、単純であれば小さい。

その後、計数値り、　、Ｒ，同士の比と所定の閾値Ｔｈ
ｚとを比較器２７で後述の様に比較することによって、
顕微鏡１３ａ、１３ｂとウェハ１１とが相対的に焦点ず
れを起こしているか否かを判定する。

本実施例では、左右の顕微鏡１３ａ、１３ｂが同一のパ
ターン１２ａ〜１２ｄを常に撮像しているので、比Ｌｆ
／Ｒｆは１に等しい筈である。しかし、ウェハ１１の表
面の反り等によって左方の顕微鏡１３ａについて焦点ず
れが発生していると、比Ｌｔ／Ｒｅは１より小さくなり
、逆に右方の顕微鏡１３ｂについて焦点ずれが発生して
いると、比Ｌｔ／Ｒｔは１より大きくなる。

そこで、焦点ずれの許容範囲をも考慮して、比Ｌｒ　／
Ｒｒが、Ｔｈｚ　＜　Ｌｔ　／　Ｒｒ　〈１　／Ｔｈｚを満足し
ていれば焦点ずれが無く、満足していなければ左右の”
ＡＸａｈ鏡１３ａ、１３ｂの少なくとも何れかについて
焦点ずれが発生していると判定する。

従って、Ｔｈ２を選定することによって、焦点ずれの検
出精度を選定することができる。つまり、Ｔｈｚが１に
近い程、僅かな焦点ずれも検出される。

本実施例を適用したパターン検査装置は、以上の様にし
て焦点ずれを検出するのみならず、検出結果に基いて焦
点合せ開始信号を出力し、焦点調整をも自動的に行う。

即ち、焦点ずれを検出すると、顕微鏡１３ａ、１３ｂと
ウェハ１１の載置台との相対的な移動を停止させると共
に、両者を顕微鏡１３ａ、１３ｂの光軸方向において合
焦位置よりも近接させる。

そして、この位置から両者を段階的に離間させてゆき、
各段階において計数値Ｌｒ、Ｒｒを求める。

第５図は、この様な焦点調整処理で得られる計数値Ｌｔ
、Ｒｒを示している。この第５図からも明らかな様に、
計数値り、　、Ｒ，は合焦位置で最も大きい。従って、
顕微鏡１３ａ、１３ｂとウェハ１１の載置台とを段階的
に離間させてゆき、計数値Ｌｒ、Ｒｒが減少し始めた位
置から一段階だけ元へ戻すことによって、自動的に焦点
調整が行われる。なお、この様な焦点調整処理は、左右
の顕微鏡１３ａ、１３ｂについて夫々独立に行われる。

〔発明の効果〕

本発明による焦点ずれ検出装置は、互いに等しい複数の
パターンの夫々の明暗差に基いて焦点ずれを検出する様
にしているので、被↑最像物の表面の凹凸やうねりや反
射等の状態に影響されることなく焦点ずれを正確に検出
することができる。

しかも、輝度信号から所定レベル以上の微分信号を得る
ことによってパターンの明暗差を求める様にしているの
で、シェーディングや光源の明暗変化等に影響されるこ
となく焦点ずれを正確に検出することができる。

また、検出されるべき焦点ずれ量を選定することができ
るので、所望の範囲外の焦点ずれを検出することができ
る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を説明するためのちのであり、
第１図は回路のブロック図、第２図は装置の一部の斜視
図、第３図は撮像したパターン及びその微分結果の平面
図、第４図は撮像したパターンの微分方法を説明するた
めの平面図、第５図は焦点調整処理で得られるデータの
グラフである。なお図面に用いた符号において、１１・−・−・−−−−ｍ−・−一−−−−ウェハ１２
ａ　〜１２ｄ　−−−−−−−パターン１３ａ、　１３
ｂ　−−−−−−−−−−一顕微鏡１４ａ、１４ｂ−・
・−一一−−−−−ストロボ放電管１５ａ、　１５ｂ　
−−−−−−−ＣＣＤカメラ２３ａ、２３ｂ　−−−−
−−−−−一微分器２６ａ、２６ｂ　−−−−−−−一
計数器２７−−−−−−−−−−−−−−・・−・−比
較器である。

Claims

【特許請求の範囲】被撮像物の互いに等しい複数のパターンを夫々撮像して
輝度信号に変換する複数の撮像手段と、前記輝度信号の
微分信号を得る微分器と、信号レベルが第１の所定値以上である前記微分信号を計
数する計数器と、前記複数のパターンに対する前記計数の値同士の比と第
２の所定値とを比較する比較器とを夫々具備し、前記比較の結果に基いて前記複数の撮像手段と前記被撮
像物との相対的な焦点ずれを検出する様にした焦点ずれ
検出装置。