JPH06103658B2 - 測定面の高さを測定する装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、電子ビーム・リソグラフイに関し、特にウエ
ハまたはマスク表面の高さの変動の影響を解消するため
の補正システムに関するものである。そのような変動は
合焦（イメージ品質）の低下と、偏向倍率及び回転の不
整合（不整合書込み）をひき起こす傾向がある。

B.従来技術 本出願人に係る米国特許第4468565号には、従来技術の
自動合焦システムが記載されている。この米国特許によ
り改良された特徴部分は自動合焦電子サブシステムであ
る。

第13図に、従来技術に係る、システム光学系と電子サブ
システムの間の光学サブシステム・インターフエースが
図示されている。この光学システムは基本的には、電子
ビーム露光具に固有の特定条件に適合化された光てこ
（light lever）技術を組み込んでなる。電子ビームを
使用する基準は、第13図に示す光学システムによって満
足される。

このシステムにおいて、光源がスリットの像をターゲツ
トの表面に形成する。このスリット像はターゲツトから
反射され第13図に示す光学系を通って光トランスジユー
サ、すなわち光センサに至る。この光センサは光像を映
像出力に変換される。そして、ターゲツトの高さを決定
するために自動合焦電子回路によって使用されるのはこ
の映像出力である。第13図に示すように、ターゲツト表
面15のＺ位置±ΔＺの変化は、スリツト像16をして、位
置９から位置９′に垂直に移動させる。ターゲツトの高
さの測定を可能ならしめるのは、センサ上の映像信号の
線形位置の高さ変化に対するこの相関である。

米国特許第4468565号の自動合焦サブシステムは、入力
として、第15図に示すダイオード・アレイ28の典型的な
映像信号出力を使用する。尚、ダイオード・アレイ28の
出力は第14図に示されている。ダイオード・アレイ28か
らの出力は、ｎ個のダイオードがあるとして、アレイ28
のダイオードN1、N2…Nnのうちどれが光ビームの先端に
対応し、どれが光ビームの後端に対応するかを判断する
ために比較器37によって確立されたクリツピング・レベ
ルをもつ。この電子サブシステムは、第14図に示すダイ
オード・アレイの出力を利用して、その出力を、電子ビ
ームの合焦及び偏向を補正するために必要な信号に変換
する。さらに、第15図の電子サブシステムは、ターゲツ
ト表面の反射率の変化などの変動条件を補償するために
センサ信号の大きさを調節する。

第15図を参照すると、従来技術の自動合焦電子サブシス
テムがより詳細に図示されている。第15図に示すダイオ
ード・アレイ28からの、第14図に示す映像出力信号は先
ず、差動アンプ32に供給され、そこから利得調節用制御
抵抗33に至る。ベース・ライン・サーボ36からの補正信
号が次に、アンプ35の加算結合部で映像信号に加えられ
る。

ベース・ライン・サーボ36は、小さいダイオード信号を
増幅しそれを、第15図の比較器37によって処理し得るレ
ベルまで引き上げるために必要な大きいDC利得の結果と
してアンプ32に生じるDCオフセツト・ドリフトを補正す
るために必要である。こうして得られた映像信号38は、
第14図に示す信号と同一である。すなわち、第14図で
は、どのダイオードが光ビームの先端に対応し（この場
合N1）、どのダイオードが光ビームの後端に対応するか
（この場合N2）を判断するために比較器37によってクリ
ツピング・レベルが使用される。

第15図のシステムは、比較器37の出力を受け取るととも
にクロツク40から出力を受け取り、ダイオード・アレイ
28の先端から光ビームの中心までのダイオードの数に等
しいカウントを発生する論理回路39を利用する。出力部
41はそのカウントのみならず、リセツト信号とストロー
ブ信号を受け取る。

出力部41は、複数の機能を実行する。そのうちの１つ
は、論理39からの直列カウントを、制御コンピユータ
（図示しない）に送られる並列出力ワードに変換するこ
とである。また、出力部は、電子ビームの焦点を直接補
正するために使用されるアナログ出力を作成するべく、
デイジタル・アナログ（D/A）変換器を使用する。これ
ら２つの出力は第15図に示されている。

コンピユータと、電子ビーム・アセンブリの焦点コイル
・ドライバに送られる高さの値は、ストローブ及びリセ
ツト線上にパルスが生じるときに周期的に更新される。

第15図は、コンピユータＣサイクルの形の入力が論理39
に与えられることを示す。この入力は、電子ビーム・シ
ステムがテーブル駆動モードにあり、従ってシステム
が、自動合焦出力の更新が生じ得る動作点にあることを
指示する。テーブル移動モードにおいては、システムの
書込みも位置合せも行なわれず、自動合焦出力の更新を
可能ならしめるサンプルに対する物理的な調節が行なわ
れる。従って、論理回路39に対するＣサイクル入力を利
用して、実質的に電子ビーム動作がない処理地点で更新
が行なわれる。

第15図は、クロツク兼カウンタ40及びベース・ライン・
サーボ36から個々の入力を受け取る振幅サーボ42を示
す。振幅サーボ42は、ウエーハ上の異なるレジスト及び
異なる構造に起因する異なる反射率を補償するために利
用される。振幅サーボ42はまた、LED光出力及びアンプ
利得ドリフトを補償するためにも使用される。振幅サー
ボはさらに、最も強いダイオードの出力を測定しそれが
適正な振幅であるかどうかを判断するためにも使用され
る。そしてもし出力が低すぎるなら、振幅サーボ42は、
ダイオード・アレイ28に送られる開始パルスの間の時間
を増加させる。開始パルス間の時間の増加は、アレイ28
中のダイオードがより長い期間で光を受取り、ゆえに読
取し時により強い信号を入手することを可能ならしめ
る。それとは逆に、信号が大きすぎると、開始パルス間
の時間が減少し、このことは出力振幅の減少をもたら
す。もし振幅サーボ42が信号を検出しないなら、ウエー
ハが存在しないことを示唆する出力が、出力部41に引き
渡される。その結果、出力部が、サムホイール（thumbw
heel）スイツチ43に格納されている予めプログラムされ
たデフオールト値にスイツチする。

第15図に示されているように、出力部41は、コンピユー
タ制御装置に、書込まれつつあるチツプの測定した高さ
をあらわすデイジタル出力を与える。コンピユータは次
にこの値を、整合されてない読取りの間に、測定された
高さに対応する磁気偏向の倍率及び回転に対する補正を
計算しそれを適用するために使用する。

また、第15図に示されているように、出力部41は、ウエ
ーハ上の各チツプの異なる高さに応じて電子ビームの焦
点を直接且つ自動的に調節するために使用されるアナロ
グ信号を与える。

しかし、米国特許第4468565号の自動合焦電子サブシス
テムにより達成可能な解像度は、使用する信号処理スキ
ームによって制限されてしまう。

すなわち、第一に、光トランスジユーサを読取るために
使用される信号処理スキームが、この解像度で動作する
のに必要な信号ノイズ比（S/N比）を与えることができ
ない。

第２に、高さを決定するためにこの米国特許のサブシス
テムで使用されている方法は、焦点、倍率及び回転補正
信号は与えるけれども、理論的に、１ミクロンを超える
解像度を達成することができない。すなわち、このサブ
システムは、映像信号の後端と前端に基づきターゲツト
の高さを決定する。そして、映像信号は、センサ中の離
散的な光ダイオードの読出しから発生される。よって映
像信号の前後端は離散的な段を有するため、ダイオード
間で補間が行なわれるということはない。ダイオード間
の距離は１ミクロンの高さ変動に対応するので、１ミク
ロン以上の解像度を与えることは不可能である。

第３に、米国特許第4468565号で使用される映像信号振
幅サーボは、この解像度で動作するために必要な精度を
与えることができない。この米国特許では、センサが読
み出される毎にセンサ出力の振幅に変化がもたらされる
ようなデイジタル技術が採用された。しかし、この連続
的なセンサ出力振幅の変動は、より高い解像度で動作す
ることを不可能にしてしまう。

C.発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、きわめて高い解像度を可能ならしめる
電子ビーム・リソグラフイ・ツールのための自動合焦シ
ステムを提供することにある。

D.問題点を解決するための手段 本発明によれば、電子ビーム・リソグラフイ・ツールの
ための自動合焦電子システムが提供される。このシステ
ムは、自動合焦システムが0.25ミクロンの解像度を達成
することを可能ならしめる。この自動合焦システムは、
いくつかのサブシステムからなる。その第１は、第２の
サブシステムであるトランスジユーサ上に、光源の開孔
の合焦された像を形成する光学サブシステムである。こ
の像は、測定された面のＺ位置の変化に応答してトラン
スジユーサ上を移動する。

このトランスジユーサは、この場合線形光ダイオード・
アレイであって、光位置信号を、テレビジヨン画像信号
に類似する電子信号に変換する。そして、トランスジユ
ーサによって形成された電子信号から、信号処理サブシ
ステムが複数の出力を作成する。このサブシステムのア
ナログ補正出力は、測定されたＺ高さの数学的関数を確
立する。このアナログ出力は、電子ビーム・ツールの焦
点補正サブシステムに送られ、以て焦点補正が達成され
る。また、デイジタルＺ高さ測定出力が電子ビーム・ツ
ールのコンピユータ・サブシステムに送られる。コンピ
ユータは、この値を、偏向倍率補正及び回転補正に使用
する。

E.実施例 以下の記載は、電子ビーム・リソグラフイのための高解
像度自動焦点補正システムで使用される電子サブシステ
ムを説明するものである。この自動焦点補正システム
は、ターゲツトの高さの偏差に起因する誤差を最小にす
ることができるようにターゲツトの高さを判断するべく
設計されている。この電子サブシステムは、ターゲツト
の高さをあらわす１つまたはそれ以上の出力を発生する
ために使用される。ターゲツトの高さは、光センサの出
力で感知された信号から決定される。

この電子サブシステムは、従来技術よりも４倍高い解像
度をもつ。この４倍の解像度を得るために必要とされる
本発明の本質的な要素は、高さ決定回路の解像度と、自
動振幅制御回路の安定性及び精度と、高さ決定回路への
入力のセンサ信号の信号雑音比である。

高さ決定回路の重要な特徴は、光センサの個々の光ダイ
オードの出力間を補間し得る能力である。高さ決定回路
は、光センサ信号の平均面積を決定し、次に光センサの
読出の開始に対するその平均面積の位置を決定する。高
さ決定回路は、これを実行するために次の手続きを実行
する。

すなわち、センサ読出信号の対のうち第１の信号が、光
センサ信号の面積を決定するために積分される。この値
は次に２で割られて、基準信号が発生される。この基準
信号の大きさが光センサ信号の平均面積をあらわす。セ
ンサ読出信号の対のうちの第２の信号が積分されている
間に、その積分の結果が、前のセンサ読出信号によって
発生された平均面積の値に比較される。そして、その第
２の積分値が平均面積の値に等しいとき、平均面積の位
置が見出されたということである。この位置は、ターゲ
ツトの高さをあらわす。

この高さ決定方法は、光センサの離散的な光ダイオード
によって出力された信号の間の補間を可能ならしめる。
なぜなら、この方法は、離散的でなく線形的の２つのア
ナログ積分結果を比較するからである。２つの光ダイオ
ードの間を補間し得るという能力は、自動合焦電子サブ
システムの解像度における決定要因としての光ダイオー
ドの間隙の影響を解消するものである。従って、このサ
ブシステムの解像度は、高さ決定回路の入力におけるS/
N比と、自動振幅制御回路の安定性及び精度によって限
定される。従来技術の解像度は、光ダイオードの間隙と
S/N比によって制限される。

自動振幅制御回路は、光センサの連続的な読出しに亘っ
て光センサ信号の高さを維持するために必要である。こ
の回路は、光センサの１つおきの読出し毎に動作するよ
うに設計されており、以て同一の高さのセンサ読出信号
の対を発生する。さらにこの回路は、センサの出力に対
して、従来技術のような離散増分的調節でなく、線形の
高さ補正を行なうように設計されている。この線形の高
さ調節を行なう能力は、光強度の大きい変動に応じて信
号の高さに対して迅速且つ正確な補正を与えることを可
能ならしめる。この高速応答時間は、高さ決定回路の精
度を維持するために必要である。

第13図を参照すると、参照番号９及び９′で示すように
ターゲツトの高さが上下動するにつれて、映像信号のピ
ークの位置が、参照番号26及び27で示すように右または
左に移動する。従来技術のサブシステム電子回路は映像
信号のピークの位置を検出するように設計されている。

第１図に示すように、本発明の電子サブシステムは、光
センサとサブシステム電子回路からなる点では従来技術
と同様である。光トランスジユーサ44は、第３図に示す
遠隔レチコン（reticon）を有し、そのタイミングは第2
B図に示されている。光トランスジユーサ44は出力を自
動焦点補正システム59中の信号処理サブシステム45に接
続されている。第５図に詳細に示されている信号処理サ
ブシステム45は、高さ決定サブシステム47と自動振幅制
御サブシステム46に入力を与える。信号処理サブシステ
ムは、タイミング発生器48から入力タイミングを受け取
る。第７図に詳細に示されている高さ決定サブシステム
は、第９図に詳細に示されているデイジタル出力サブシ
ステム55に入力を供給し、デイジタル出力サブシステム
55は、アナログ出力サブシステム56に入力を供給し、ま
た自動焦点補正システムの外側で、コンピユータ57にデ
イジタル高さワードを供給する。アナログ出力サブシス
テム56は、自動焦点補正システム58から、電子ビーム・
システムの動的焦点調節入力へ出力を与える。第10図に
詳細に示されている自動振幅制御サブシステムは、タイ
ミング発生器48に対する出力をもち、タイミング発生器
48からタイミング入力を受け取る。タイミング発生器48
は高さ決定サブシステム47へも出力を供給する。

タイミング発生器、遠隔レチコン、及び信号処理サブシ
ステム 第2A図に示す光センサは、512個の光ダイオード51の列
と、ダイオード51を順次読取るために必要なスイツチン
グ回路52を含む。このセンサに対する入力は、読出しを
開始する開始パルス３と、各々が対応する個別のダイオ
ード51の読出しを制御するクロツク・パルスの列４であ
る。第１図のセンサ44の出力は、そのセンサに入射する
光の、ダイオード列の位置とは相対的な位置を示す映像
信号である。光センサの出力は電子サブシステム中の、
光センサ44の出力を増幅し平滑化する働きをする信号処
理回路45を経て送られる。

第３図を参照すると、光センサ60の映像再チヤージ出力
61とダミー再チヤージ出力64という一組の電流が送出さ
れ、その各々はチヤージ転送用電流−電圧変換器62、65
を用いて電圧に変換される。電流−電圧変換器62、65の
出力は、第4A図に示すような電圧スパイクである。その
各々のスパイク71は、それぞれが、センサ60内の512個
の光ダイオードのうちの１つからの出力をあらわす。電
圧スパイクのこの列71は第３図のアンプ63及び66によっ
て増幅されて、第５図に関連して後述するように線82及
び83上でサブシステム電子回路に送られる。センサは、
センサ入射する光をあらわす映像信号及び、センサのス
イツチング・ノイズと、センサの単なるノイズであるダ
ミー信号を発生する。サブシステム電子回路は第５図の
差動アンプ81で映像信号とダミー信号を受け取る。

この信号処理の方法は、チヤージ転送電流−電圧変換器
を使用する技術において従来技術とは異なる。このチヤ
ージ転送電流−電圧変換器は、光センサ電流信号をアン
プの出力における電圧信号に転送するためにキヤパシタ
を使用する。この技術はサブシステム電子回路に対する
入力に存在する出力の振幅を、従来技術よりも増大させ
る。そして、この増加された信号サイズは、システムの
信号対雑音比（S/N比）の向上を意味する。この高いS/N
比は、解像度を高めるために必要である。この増加され
た信号振幅はまた、サブシステムに要求される利得を低
減し、以て、第15図におけるベースライン・オフセツト
・サーボ36を不要ならしめるのである。

電流−電圧変換器62及び65の出力は、それぞれアンプ63
及び66を通過して、差動アンプ81に対する入力82及び83
（第５図）として映像信号83及びダミー信号82を与え
る。差動アンプ81は、映像信号83からダミー信号82を差
し引く。これにより、映像信号がセンサ・ノイズが除去
される。

この差動アンプ81の出力は、次の信号処理段、すなわち
積分器84と、サンプル及び保持回路85（平滑回路とも呼
ばれる）への入力である。この平滑回路は、センサ出力
の512個のピークを平滑するように設計されている。こ
の平滑は、従来は、帯域を制限されてなるアンプで行な
われていた。この帯域制限はセンサ・アンプの出力で生
じた。しかし、帯域制限により、映像信号出力の形状が
歪められた。従来技術は、映像信号の先端と後端に基づ
き高さを決定していたので、これらの端の波形のいかな
る歪も、測定される高さの絶対値の誤差をひき起こしか
ねなかった。

本発明の平滑回路は、映像信号の臨界的な部分を歪める
ようには設計されていない。この平滑処理は、第4A図に
示す光センサ出力71の512個の電圧スパイクを、第4B図
に示す階段状の映像出力72に変換する。この映像出力72
は、従来技術と類似形状であるが、ただし歪みがない。

第５図の平滑回路は、積分器84と、サンプル及び保持回
路85と、積分器レセツト制御入力86を有する。そして平
滑化は、第６図に示す電圧スパイク91を積分し、積分器
84の出力93をサンプル及び保持回路85で保持し、そうし
て次の電圧スパイクのために積分器をリセツトすること
によって行なわれる。第６図は、積分器リセツト・タイ
ミング95と、サンプル及び保持タイミング94を示す。映
像信号が処理されて映像出力信号92（第4B図に示す映像
出力パルス72）が出力された後は、その信号は、線88上
で第７図の高さ決定回路47へ送られ、また線132上で第1
0図の映像出力振幅制御回路46へ送られる。この平滑回
路は、意図した目的以外にこの映像信号の歪みをひき起
こすことはない。

高さ決定サブシステム 従来技術と比較して本発明の重要である特徴は、ターゲ
ツトの高さを決定するために使用される方法にある。こ
の方法は、従来の高さ決定方法により物理的に可能であ
ったよりも高い解像度を可能ならしめる。

ここで、高さ決定は、光センサの512個の光ダイオード
の列のうち最初のダイオードに対して参照される映像信
号の中心を見出すことにより行なわれるということを思
い起こされたい（第13〜15図参照）。映像信号の中心
は、信号エンベロープの下にある面積の半分が中心の左
側に対応し、残りの半分が右側に対応するような信号中
の点として定義することができる。このとき、システム
は、この中心点を見出すために、映像出力の面積に基づ
く信号処理技術を採用している。

映像出力の下方の面積は、一対のセンサ読出信号のうち
の第１の信号の間に見出される。そして、第１の映像信
号の下方の面積をあらわす数が２で割られる。第２の映
像信号の面積が加えられるにつれて、その面積と、前の
映像信号の面積の半分との間で比較が行なわれる。その
電流映像出力の面積が、前の映像出力の面積の半分にな
ったとき、映像信号の中心が見出されたことになる。こ
の、映像信号下の面積に基づく高さ決定方法は、光セン
サ・ダイオード間の補間を可能ならしめる。ダイオード
間の補間は、曲線下の面積が、離散量ずつでなくなめら
かに変化するがゆえに可能である。そして、第13〜15図
に示す従来技術システムがより高い解像度を達成できな
かったのはこの離散性ゆえである。この補間は、自動合
焦サブシステムの解像能力を高める性能を生み出すもの
である。

第７図の高さ決定回路は積分器101と、積分器リセツト
制御入力102、サンプル及び保持回路103と、サンプル及
び保持回路線105と、ANDゲート106と、クロツク線107
と、比較器104を有する。第８図において光センサの各
読出しの開始毎に、積分器出力112はゼロボルトにあ
る。積分器101は次に映像出力111を積分する。そして光
センサの交互の読取りの間に、積分器出力112がサンプ
ル及び保持回路103に格納される。積分器の出力はま
た、比較器104に対する入力のうちの１つでもある。サ
ンプル及び保持回路113の出力は２で割られ、それが比
較器104に対する別の入力となる。積分器は次に、次の
映像出力に備えるためにリセツトされる。積分値の対の
第２の値が、積分値の対の第１の値の半分に等しくなる
とき、比較器の状態114が切換わる。この状態の切換わ
りは、映像信号の中心で生じる。

映像信号の中心は、センサに入射する光の位置をあらわ
す。この位置は、ターゲツトの高さに正比例する。比較
器出力114の切換により、映像信号の中心が適時にマー
クされる。実際のデイジタル高さワードは、カウンタ12
1に対して、光センサ読出しのはじめに開始して、比較
器が状態を切換たときに停止するクロツク・パルス116
を送ることにより作成される。そして、このカウンタ12
1の出力がターゲツトの高さをあらわす。この出力は、
映像出力対のうちの第２の出力の後にラツチ122に記憶
され、次にコンピユータ57（第１図）と焦点調節回路58
に送られる。

第１図の振幅サーボ３は、センサに入射する光の位置を
決定するために使用される一対の映像出力の間では動作
しないように制御される。それゆえ、２つの映像出力は
同一の高さと同一の面積をもつ。この、同一面積の映像
出力を双対させる技術は、センサに入射する光の位置を
決定する際の誤差の源としての振幅制御回路の使用を不
要にする。このこともまた、第13〜15図の従来技術のシ
ステムに含まれない本発明の特徴である。

自動振幅制御サブシステム 高さ測定のために映像信号を双対させることは、このシ
ステムの信号振幅に対する感受性を著しく低減する。そ
れにも拘らず、処理に必要なS/N比を達成するために
は、ある最小限度の信号振幅が要求される。さらに、こ
のシステムの最終出力の必要な安定性を達成するために
は、信号振幅がきわめて安定に保たれなくてはならな
い。それゆえ、第13〜15図のシステムのデイジタル・サ
ーボではなくアナログ振幅サーボ43が必要である。そし
てこのことにより、電子サブシステムが、LED強度また
はターゲツトの反射率の変動に応じて映像信号の高さを
厳密且つ正確に調節することが可能となる。第13〜15図
のシステムのデイジタル的な特性は、映像出力の高さを
２つの高さの間で交互遷移（toggle）させる。この交互
遷移により、本発明の自動合焦電子サブシステムで得ら
れるような正確さでターゲツトの高さを測定することが
妨害される。本発明のサーボ技術はその交互遷移を解消
する。このサーボは、高さ決定回路に必要な一対の映像
出力を発生するためにも必要である。

映像出力の高さは、センサ読取の間の時間の長さに比例
する。読取の間の時間を調整することによって、映像出
力の振幅を調節することができる。振幅サーボは、映像
出力の振幅を調節するために次のようなアナログ技術を
使用する。

すなわち、そのサーボは、実際の映像出力振幅に対する
所望の振幅の比を計算するためにアナログ乗算を使用す
る。その高さの比は次に、読取の間の時間をあらわす電
圧信号に掛けられる。この作成された電圧信号は、読取
の間の時間をあらわす前の電圧信号にとって代わる。そ
して今や、読取の間の時間がこの信号レベルを用いて調
節されることになる。この信号レベルは、デイジタル化
された高さ近似を生成していた技術技術よりもより厳密
な所望の高さである信号を生成する。

このサーボの別の重要な特徴は、もし調節が不要なら、
所望の振幅に対する実際の映像振幅の比が1:1であり、
よって調節が行なわれないということである。従来技術
は、高さの変更が必要でないときさえも高さ変更を強制
してしまうようなデイジタル化技術を使用していた。本
発明では、センサ読出の間の時間を決定する信号は、１
つおきの映像信号のみを変更するようにしか許容されな
いので、同一振幅と同一面積の一対の映像出力が作成さ
れるのである。

この振幅サーボは、映像信号のピークの高さを7.5ボル
トに維持するように使用される。このサーボは、センサ
に入射する光の強度、すなわちセンサの出力の振幅が変
化するがために必要である。これらの光強度の変化は、
ターゲツトの反射率の変化によるものである。

振幅サーボは、線132でアナログ乗算器131に接続された
ピーク検出回路87と、２個のサンプル及び保持回路14
0、141と、勾配（ramp）発生器139と、２個の比較器137
及び142を有する。

ピーク検出器87は、映像出力72のピークを捕獲し、それ
の出力132は、アナログ乗算器131に対する入力のうちの
１つである。乗算器に対する別の入力は、7.5ボルトの
基準電圧源133である。乗算器131に対する第３の入力
は、最後の映像出力の積分時間（センサ読取の間の時
間）をあらわす電圧である。アナログ乗算器は7.5ボル
トをピーク検出電圧によって割り、それに旧い積分時間
電圧を掛けた値に等しい電圧135を出力する。この電圧
が積分時間電圧となる。この電圧はサンプル及び保持回
路140のうちの１つに保持され、比較器137の入力136の
うちの１つとなる。比較器137に対する第２の入力は、
その勾配がセンサ読取の終りの時点で始まる勾配発生器
139の出力138である。

勾配発生器139は、線138上に勾配出力信号146を出力
し、線138上の電圧はゼロボルトで出発してその出力
が、サンプル及び保持回路140からの線136上の積分時間
電圧に等しくなるまで線形的に上昇する。勾配出力電圧
146が積分時間電圧に等しくなるとき、比較器137の状態
が変わる。この状態変化により、ROM開始クロツク・パ
ルス145が発生され、このパルス145は、タイミング発生
器をしてそのタイミング・シーケンスを開始させる。そ
のタイミング・シーケンスの一部に、勾配発生器139を
リセツトする勾配リセツト信号148があり、また、光セ
ンサの読取をトリガする他のシーケンスもある。

センサの出力の振幅は、その出力が読取られる前にセン
サ上に光が照明された期間の長さに正比例する。読取の
間の時間が長くなると第4B図の映像出力72が大きくな
り、読取の間の時間が減少すると映像出力72が低下す
る。それゆえ、映像出力の振幅は、勾配発生器146が、
線136上の積分時間電圧にまで達するのにかかる時間に
よって制御される。もし映像出力のピークが7.5ボルト
以上に上昇するなら、乗算器131の出力135が減少され、
勾配発生器139がより低い積分時間電圧レベル136により
少ない時間で到達する。もし映像出力のピークが7.5ボ
ルト以下になるならそれとは全く反対のことが起こる。

乗算器131の出力から発生される。線135上の積分時間電
圧は、サンプル及び保持回路140中に保持される。この
サンプル及び保持回路140の出力136は、１つおきのセン
サ読取値を変更するようにしか許容されない。このこと
により、同一のピーク高さと同一の面積をもつ対の映像
信号が作成される。この双対読取システムにより高さ決
定回路が自動振幅制御サーボに対して感受性をもたない
ようにすることが可能ならしめられる。

読取信号の対の第１の信号の後、線136上の積分時間電
圧が第１のサンプル及び保持回路140から第２のサンプ
ル及び保持回路141に転送されて旧い積分時間電圧134と
なる。読取信号の対の第２の信号からのピークを使用し
て、乗算器131によって積分時間が発生される。その一
対の読取の終わりに、積分時間電圧135が第１のサンプ
ル及び保持回路140の出力に転送される。この電圧レベ
ルが、次の２つのセンサ読取信号の高さを決定すること
になる。

第２の比較器142は、センサに入射する光レベルが低す
ぎるときにタイミング発生器開始パルスを発生するため
に使用される。もし光センサ読取の間を線143上のプリ
セツト量よりも大きくする必要があるなら、第２の比較
器142がタイミング発生器ROM開始パルス147を発生す
る。

解像度を高めるべくターゲツトの高さを決定するために
使用される技術のために、必要なタイミングを発生する
方法が使用された。このタイマは、Ｅ−PROMに基づくシ
ステムである。電子サブシステムと遠隔センサのための
すべてのタイミングは第１図のタイミング発生器44を用
いて発生される。この発生器は、光センサ44と、自動振
幅サーボ46と、高さ決定回路47と、信号処理回路47のた
めのタイミングを生成する。

第12図のタイミング発生器は12ビツト・カウンタ151
と、Ｅ−PROM152と、２個のラツチと、デイジタル・シ
ングル・シヨツトで構成されている。第10図の線145上
で振幅制御サーボ144から入来するROM開始パルス147は
カウンタ151のカウント・アツプを開始させる。カウン
タ153の出力は、Ｅ−PROM152の直列的なアドレス線であ
る。そして、Ｅ−PROMの８本のデータ線がタイミング及
び制御線である。このＥ−PROMは、そのシーケンスが完
了したときに、カウンタを停止するためのコマンドを送
出する。このＥ−PROMは、カウンタの各々の機会に適正
なタイミング信号を出力するようにプログラムされてい
る。デイジタル・シングル・シヨツトは、第11図の開始
パルスが、Ｅ−PROMがそのタイミング・シーケンスを完
全に終えてしまうまでは発生されないようにする。

F.発明の効果 本発明の自動合焦電子サブシステムによれば、合焦シス
テムの解像度が0.25ミクロンまで高められる。この高い
解像度は、電子ビーム・リソグラフイで高精度のパター
ンを書くことを可能とする。

本発明は、従来技術に対して次のような改良を与える。

（１）高精度Ｅビーム・リソグラフイを可能ならしめる
S/N比。

（２）補間を使用した、必要な解像度を達成するために
要する高さ決定技術。

（３）高さ決定技術で誤差の源となる振幅サーボ技術を
除去すること。

（４）本発明は従来よりも４倍もの解像度を達成する。
すなわち、従来の方法では１ミクロンの解像度であるな
ら0.25ミクロンの解像度が、また0.5ミクロンの解像度
なら0.125ミクロンの解像度が得られるのである。

本発明は、大型コンピユータなどのデータ処理装置に有
用な電子チツプの製造処理に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のシステムの概要ブロツク図、 第2A図は、光センサの光ダイオード・アレイを示す図、 第2B図は、光センサの読取用クロツク信号を示す図、 第３図は、遠隔レチコンのブロツク図、 第4A、4B及び4C図は、信号処理動作を示すタイミング
図、 第５図は、信号処理サブシステムのブロツク図、 第６図は、信号処理サブシステム中の信号のタイミング
図、 第７図は、高さ決定サブシステムのブロツク図、 第８図は、高さ決定処理の信号のタイミング図、 第９図は、デイジタル出力サブシステムのブロツク図、 第10図は、自動振幅制御サブシステムのブロツク図、 第11図は、自動振幅制御のタイミング図、 第12図は、タイミング発生器のブロツク図、 第13図は、ターゲツトの表面のＺ位置を測定するための
光学系を示す図、 第14図は、従来技術の高さ決定のための信号処理を示す
図、 第15図は、従来技術の自動焦点調節システムのブロツク
図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−119642（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−24014（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−96725（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）光源からの光を測定面に指向して該
   測定面に光像を投影する第１の光学系と、 （ｂ）上記測定面から反射された上記光像を結像面に投
   影する第２の光学系と、 （ｃ）上記結像面に置かれた複数の光一電気変換素子の
   列であって、上記測定面の高さが変化したとき上記光像
   が上記変換素子の列に沿って移動するように位置された
   ものと、 （ｄ）上記列の変換素子から発生される電気量を変換素
   子の列に沿って積分し、その積分値を保持する積分及び
   保持回路と、 （ｅ）上記列の変換素子から発生される電気量を変換素
   子の列に沿って再び積分し、その積分値が上記積分及び
   保持回路に保持された積分値の２分の１に等しくなる時
   点を識別する回路手段と、 より成り、上記識別された時点と上記変換素子との対応
   関係を以て上記測定面の高さを測定する測定面の高さを
   測定する装置。