JPH0636727A - 自動焦点装置 - Google Patents
自動焦点装置Info
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- JPH0636727A JPH0636727A JP5121902A JP12190293A JPH0636727A JP H0636727 A JPH0636727 A JP H0636727A JP 5121902 A JP5121902 A JP 5121902A JP 12190293 A JP12190293 A JP 12190293A JP H0636727 A JPH0636727 A JP H0636727A
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Classifications
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/026—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring distance between sensor and object
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
- G02B7/28—Systems for automatic generation of focusing signals
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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- H01J2237/28—Scanning microscopes
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学表面検査システム、オプトメカニカル自
動焦点システム、及びそれと同様なものの標本または物
体の高さまたは位置を検出するための光学システムの提
供。 【構成】 開示される装置は、電子ビーム１５、イオン
または他の荷電粒子を形成し、焦点１８に向かって所定
の軸線に沿ってビーム１５を向けるための粒子ビームジ
ェネレータを含む。物体支持手段は、物体の表面上に焦
点を歪んで粒子ビーム軸線上に物体を支持する。粒子ビ
ーム軸線に沿ったビーム発生手段と物体支持手段の相対
位置を維持するための自動焦点システムの光学ビームシ
ステム形成部分が提供される。光学ビームシステムは、
光ビームを進めるための手段と、粒子ビーム軸線を横断
する方向に物体表面の対して鋭角で光ビームを向けるた
めの手段とを有する。
動焦点システム、及びそれと同様なものの標本または物
体の高さまたは位置を検出するための光学システムの提
供。 【構成】 開示される装置は、電子ビーム１５、イオン
または他の荷電粒子を形成し、焦点１８に向かって所定
の軸線に沿ってビーム１５を向けるための粒子ビームジ
ェネレータを含む。物体支持手段は、物体の表面上に焦
点を歪んで粒子ビーム軸線上に物体を支持する。粒子ビ
ーム軸線に沿ったビーム発生手段と物体支持手段の相対
位置を維持するための自動焦点システムの光学ビームシ
ステム形成部分が提供される。光学ビームシステムは、
光ビームを進めるための手段と、粒子ビーム軸線を横断
する方向に物体表面の対して鋭角で光ビームを向けるた
めの手段とを有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、物体の光反射面の高さ
または位置を検出するオプトメカニカルシルテムに関す
る。このシステムは、電子顕微鏡のようなプローブ形成
荷電粒子装置用の自動焦点装置を含む一連のアプリケー
ションにおいて使用される。
または位置を検出するオプトメカニカルシルテムに関す
る。このシステムは、電子顕微鏡のようなプローブ形成
荷電粒子装置用の自動焦点装置を含む一連のアプリケー
ションにおいて使用される。
【０００２】
【従来の技術】本発明は、電子顕微鏡用の自動焦点装置
に制限されるものではないが、例示として、この装置と
の関係において、本発明を説明する。
に制限されるものではないが、例示として、この装置と
の関係において、本発明を説明する。
【０００３】電子顕微鏡の手動による焦点合わせ及び結
像は時間を消費し、過度のトレーニングを必要とし、一
貫性がない。
像は時間を消費し、過度のトレーニングを必要とし、一
貫性がない。
【０００４】自動焦点合わせは、スループットを改良
し、操作者を必要とせず、（改良された精度を介して）
さらに一貫性を得ることができ、トレーニングを必要と
しない。ＣＤＳＥＭの場合において、操作者の焦点合わ
せによるスループットは制限されるが、本発明の自動焦
点によって著しく改善される。
し、操作者を必要とせず、（改良された精度を介して）
さらに一貫性を得ることができ、トレーニングを必要と
しない。ＣＤＳＥＭの場合において、操作者の焦点合わ
せによるスループットは制限されるが、本発明の自動焦
点によって著しく改善される。
【０００５】電子ビーム顕微鏡のための自動焦点合わせ
方法は、次のようなシステムに分類される。すなわち、 １．物体の表面の高さまたは位置において検出された変
化に応答してシステムの対物すなわち最終レンズの焦点
を変化させる。最もよい信号はビデオ信号を処理するこ
とによって決定される。
方法は、次のようなシステムに分類される。すなわち、 １．物体の表面の高さまたは位置において検出された変
化に応答してシステムの対物すなわち最終レンズの焦点
を変化させる。最もよい信号はビデオ信号を処理するこ
とによって決定される。
【０００６】この方法の欠点は、それが良好なサンプル
構造及び良好なビデオ信号を必要とすることである。ま
たそれは、通常レンズの調整の後に、再結像を必要とす
る。倍率が変化し、倍率の誤りが磁気ヒステリシスの結
果として導かれる。
構造及び良好なビデオ信号を必要とすることである。ま
たそれは、通常レンズの調整の後に、再結像を必要とす
る。倍率が変化し、倍率の誤りが磁気ヒステリシスの結
果として導かれる。
【０００７】２．最終レンズのかわりにビーム電圧を変
化させる。この方法の欠点は、それが良好なサンプル構
造及び良好なビデオ信号を必要とすることである。それ
は、また再結像を必要とする。倍率が変化し、著しいｋ
ｖの変化が起こる。もし、サンプルの高さが５００ミク
ロン変化するならば、ｋｖは５ｍｍの焦点の長さで１０
０ボルト程１０００ボルトから変化する。
化させる。この方法の欠点は、それが良好なサンプル構
造及び良好なビデオ信号を必要とすることである。それ
は、また再結像を必要とする。倍率が変化し、著しいｋ
ｖの変化が起こる。もし、サンプルの高さが５００ミク
ロン変化するならば、ｋｖは５ｍｍの焦点の長さで１０
０ボルト程１０００ボルトから変化する。
【０００８】３．電子光学のプリセット、安定のために
サンプルを上下に移動させる。この方法の利点は、倍
率、ビーム電圧または結像において変化がないことであ
る。磁気ヒステリシスによって倍率のエラーはない。焦
点合わせは、高さの電子顕微鏡において行われるものと
同様である。
サンプルを上下に移動させる。この方法の利点は、倍
率、ビーム電圧または結像において変化がないことであ
る。磁気ヒステリシスによって倍率のエラーはない。焦
点合わせは、高さの電子顕微鏡において行われるものと
同様である。
【０００９】過去において、検出される物体面の場所を
指示する情報を引き出すために多数の技術が追跡され
た。
指示する情報を引き出すために多数の技術が追跡され
た。
【００１０】１９８２年８月に発行された顕微鏡ジャー
ナル第１２７巻第２章の第１８５頁から１８９頁の「Ｓ
ＥＭ及びＣＴＥＭ用の自動焦点及び結像補正システム」
の記事においてエラスムス及びスミスによって説明され
るように、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の自動焦点合わせ
のために多数の方法が試された。これらは２つのカテゴ
リーの内の一方に含まれる。すなわち、ビデオ信号の導
関数すなわち勾配から最もよい焦点を決定すること及び
信号の電力スペクトルまたは回折パターンを解析するこ
とである。
ナル第１２７巻第２章の第１８５頁から１８９頁の「Ｓ
ＥＭ及びＣＴＥＭ用の自動焦点及び結像補正システム」
の記事においてエラスムス及びスミスによって説明され
るように、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の自動焦点合わせ
のために多数の方法が試された。これらは２つのカテゴ
リーの内の一方に含まれる。すなわち、ビデオ信号の導
関数すなわち勾配から最もよい焦点を決定すること及び
信号の電力スペクトルまたは回折パターンを解析するこ
とである。
【００１１】また、エラスムス及びスミスはＣＴＥＭ
（従来の透過型電子顕微鏡）用の前の自動焦点装置を説
明する。ＣＴＥＭ用の焦点合わせ補助の最初の説明は、
照射ビームを傾斜させることによって生じる変位が操作
者によって検出されるイメージシフトを生成する「オブ
ラー」である。
（従来の透過型電子顕微鏡）用の前の自動焦点装置を説
明する。ＣＴＥＭ用の焦点合わせ補助の最初の説明は、
照射ビームを傾斜させることによって生じる変位が操作
者によって検出されるイメージシフトを生成する「オブ
ラー」である。
【００１２】ＣＴＥＭ像を電気信号に変換し、その後、
信号の電力スペクトルからの像の焦点のぼけを検査す
る。導き出された電気信号の電気的な処理を含む他の方
法は、エラスムス及びスムスによって説明される。
信号の電力スペクトルからの像の焦点のぼけを検査す
る。導き出された電気信号の電気的な処理を含む他の方
法は、エラスムス及びスムスによって説明される。
【００１３】米国特許第３，９３７，９５９号は、走査
電子顕微鏡の電気ビームの焦点を自動的に合わせる方法
を開示しており、その方法は、ビームが走査されるとき
に電子ビームコンデンサレンズ・システムの焦点距離を
調整する段階と、ビームの最少の直径を決定するための
種々の走査用の検出装置の出力を監視する段階とを含
む。
電子顕微鏡の電気ビームの焦点を自動的に合わせる方法
を開示しており、その方法は、ビームが走査されるとき
に電子ビームコンデンサレンズ・システムの焦点距離を
調整する段階と、ビームの最少の直径を決定するための
種々の走査用の検出装置の出力を監視する段階とを含
む。
【００１４】英国特許第２，２１７，１５８号は、その
範囲内で電流が急に上昇するときに種々の値の対物レン
ズの集約されたビデオ信号を監視する電子顕微鏡の自動
焦点合わせ装置に関する。ラグ及びヒステリシスから生
じる問題が説明されている。レンズの電流がその制限値
の間で急激に上昇及び下降し、集約された最大値が検出
され、急激に昇降するレンズ電流は新しい制限としてこ
れらの最大値を使用する。この処理は、この範囲が最後
の２つの通路の最大値を生じる電流が正しい焦点値をつ
くるために平均化されるように十分に小さくなるまで繰
り返される。
範囲内で電流が急に上昇するときに種々の値の対物レン
ズの集約されたビデオ信号を監視する電子顕微鏡の自動
焦点合わせ装置に関する。ラグ及びヒステリシスから生
じる問題が説明されている。レンズの電流がその制限値
の間で急激に上昇及び下降し、集約された最大値が検出
され、急激に昇降するレンズ電流は新しい制限としてこ
れらの最大値を使用する。この処理は、この範囲が最後
の２つの通路の最大値を生じる電流が正しい焦点値をつ
くるために平均化されるように十分に小さくなるまで繰
り返される。
【００１５】フシマ等への米国特許第４，９９０，７７
６号は、このような従来技術に対して言及する。「イン
フォーカス位置が達成されるまで標本を電子ビームで何
度も照射する必要があるから、標本は損傷を受け、電子
ビームによって荷電され、それによって半導体デバイス
またはそれと同様なものを観察し、測定し、及び／また
は検査するときパターンを正しく検出することが不可能
になる（コラム１，５８行参照）。フシマ等は、自動焦
点合わせにおいて電子ビームそれ自身の使用を回避する
システムを開示する。フシマ等のシステムにおいて、光
ビームは前進し、電子ビーム焦点の場所で物体上に焦点
を形成する。電子ビームシステムは、電子ビームで対象
物を照射することなく自動的に焦点が形成される。
６号は、このような従来技術に対して言及する。「イン
フォーカス位置が達成されるまで標本を電子ビームで何
度も照射する必要があるから、標本は損傷を受け、電子
ビームによって荷電され、それによって半導体デバイス
またはそれと同様なものを観察し、測定し、及び／また
は検査するときパターンを正しく検出することが不可能
になる（コラム１，５８行参照）。フシマ等は、自動焦
点合わせにおいて電子ビームそれ自身の使用を回避する
システムを開示する。フシマ等のシステムにおいて、光
ビームは前進し、電子ビーム焦点の場所で物体上に焦点
を形成する。電子ビームシステムは、電子ビームで対象
物を照射することなく自動的に焦点が形成される。
【００１６】しかしながら、フシマ等の発明は、光ビー
ム及び電子ビーム装置が集約される方法に関連する多数
の欠点がある。光ビームは、電子ビーム軸線上に折り畳
まれる。シュミット型の結像装置を使用することによっ
て、光ビームは電子ビーム焦点と一致する点に焦点を結
ぶ。
ム及び電子ビーム装置が集約される方法に関連する多数
の欠点がある。光ビームは、電子ビーム軸線上に折り畳
まれる。シュミット型の結像装置を使用することによっ
て、光ビームは電子ビーム焦点と一致する点に焦点を結
ぶ。
【００１７】電子ビームは、光結像装置の凸面反射器の
開口部を通過しなけらばならない。その結果、光学シス
テムまたは電子ビームシステムのいずれでもない装置が
最高の性能を得るには最適である。装置の作動距離は、
固定され、極端に限定される。フシマ等の装置は、電子
ビーム装置を通って物体上に光学パターンの投影を必要
とする。さらに、フシマ等のシステムは、物体を傾斜す
ることが望ましい適用、あるいは物体が高度に不規則な
表面形状を有する適用においては使用する上で疑問が残
る。
開口部を通過しなけらばならない。その結果、光学シス
テムまたは電子ビームシステムのいずれでもない装置が
最高の性能を得るには最適である。装置の作動距離は、
固定され、極端に限定される。フシマ等の装置は、電子
ビーム装置を通って物体上に光学パターンの投影を必要
とする。さらに、フシマ等のシステムは、物体を傾斜す
ることが望ましい適用、あるいは物体が高度に不規則な
表面形状を有する適用においては使用する上で疑問が残
る。
【００１８】電子ビーム自動焦点装置は、ＳＰＩＥ 集
積回路メトロジー、インスペクション及び処理制御
（１９８９）の第１７乃至２９頁に記載されたグレルモ
トロリラによる「生産アプリケーション用の高速ＳＥＭ
ウエハ検査用技術」と題された記事に開示されている。
トロリラのシステムの第９及び第１０は、その図１及び
図２として再生される。トロリラのシステムにおいて、
レーザービームは電子ビームの衝突（図示しない電子ビ
ーム）の衝突点でウエハ上に焦点を結ぶ。反射ビーム
は、レンズＬ２によって集約され、平面鏡Ｍによって反
射され、レンズＬ２によって第１の焦点上に再び結像す
る（図１参照）。
積回路メトロジー、インスペクション及び処理制御
（１９８９）の第１７乃至２９頁に記載されたグレルモ
トロリラによる「生産アプリケーション用の高速ＳＥＭ
ウエハ検査用技術」と題された記事に開示されている。
トロリラのシステムの第９及び第１０は、その図１及び
図２として再生される。トロリラのシステムにおいて、
レーザービームは電子ビームの衝突（図示しない電子ビ
ーム）の衝突点でウエハ上に焦点を結ぶ。反射ビーム
は、レンズＬ２によって集約され、平面鏡Ｍによって反
射され、レンズＬ２によって第１の焦点上に再び結像す
る（図１参照）。
【００１９】ビームスプリッタＰは、反射ビームを第２
の焦点を検出器Ｄ上に結像するレンズＬ３上に向ける。
図２に示すように、検出器から引き出される信号は「検
出器電子技術」「制御電子技術」及び「ピエゾトランス
レータ電源」を介して処理される。電源からの出力は、
固定された場所にウエハ表面を維持するために光学装置
によって検出されるウエハ表面の高さの変化に応じてウ
エハの位置を調整するピエゾ電子Ｚトランスレータに供
給される。
の焦点を検出器Ｄ上に結像するレンズＬ３上に向ける。
図２に示すように、検出器から引き出される信号は「検
出器電子技術」「制御電子技術」及び「ピエゾトランス
レータ電源」を介して処理される。電源からの出力は、
固定された場所にウエハ表面を維持するために光学装置
によって検出されるウエハ表面の高さの変化に応じてウ
エハの位置を調整するピエゾ電子Ｚトランスレータに供
給される。
【００２０】トローリラ装置は、固定された作動距離を
有し、作動距離内で粗い調整を行うための装置を備えて
いない。しかしながら、電子顕微鏡用の真に有効な自動
焦点システムは広範な走査距離、すなわち電子光学シス
テムの対物または最終レンズと標本または物体との間の
距離に対応することができなければならない。このシス
テムは種々の厚さ及び形状の特性、種々の焦点距離を有
する電子光学装置及びＸＹＺ段の種々の構成を有する物
体に対応しなければならない。
有し、作動距離内で粗い調整を行うための装置を備えて
いない。しかしながら、電子顕微鏡用の真に有効な自動
焦点システムは広範な走査距離、すなわち電子光学シス
テムの対物または最終レンズと標本または物体との間の
距離に対応することができなければならない。このシス
テムは種々の厚さ及び形状の特性、種々の焦点距離を有
する電子光学装置及びＸＹＺ段の種々の構成を有する物
体に対応しなければならない。
【００２１】第２に例えば、半導体ウエハの検査におい
て使用するシステムは、６０°程のウエハの傾斜に対応
しなければならない。トローリラ装置はその光学的なシ
ステムの性質によって、数度以上のウエハの傾斜には耐
えることができない。
て使用するシステムは、６０°程のウエハの傾斜に対応
しなければならない。トローリラ装置はその光学的なシ
ステムの性質によって、数度以上のウエハの傾斜には耐
えることができない。
【００２２】トローリラシステムは、「ポテトチップ」
または他の重要なまたは不規則な表面を有する物体表面
に容易に対応することができないから、反射したレーザ
ービームは満足のゆく性能で集約することができない。
または他の重要なまたは不規則な表面を有する物体表面
に容易に対応することができないから、反射したレーザ
ービームは満足のゆく性能で集約することができない。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、光学
表面検査システム、オプトメカニカル自動焦点システ
ム、及びそれと同様なものの標本または物体の高さまた
は位置を検出するための光学システム及び方法を提供す
ることである。
表面検査システム、オプトメカニカル自動焦点システ
ム、及びそれと同様なものの標本または物体の高さまた
は位置を検出するための光学システム及び方法を提供す
ることである。
【００２４】本発明の他の目的は、製造上非常に簡単
で、物体の表面の位置または高さの変化を検出する場合
に非常に正確なプローブ形成荷電粒子装置用の自動焦点
システム及び方法を提供することである。
で、物体の表面の位置または高さの変化を検出する場合
に非常に正確なプローブ形成荷電粒子装置用の自動焦点
システム及び方法を提供することである。
【００２５】本発明の他の目的は、種々の物体、Ｘ−Ｙ
−Ｚ運動段及び光学粒子ビーム焦点を使用することがで
きるように粒子ビーム最終レンズと物体との間の作動距
離で広範な全体の距離に適用することができるシステム
及び方法を提供することである。
−Ｚ運動段及び光学粒子ビーム焦点を使用することがで
きるように粒子ビーム最終レンズと物体との間の作動距
離で広範な全体の距離に適用することができるシステム
及び方法を提供することである。
【００２６】本発明のさらに他の目的は、使用において
極端に可撓性及び可転性を有し、６０°またはそれ以上
の物体の傾斜角度に適応する焦点荷電粒子システムと使
用するための光学システム及び方法を提供することであ
る。
極端に可撓性及び可転性を有し、６０°またはそれ以上
の物体の傾斜角度に適応する焦点荷電粒子システムと使
用するための光学システム及び方法を提供することであ
る。
【００２７】本発明の他の目的は、構造及び操作上簡単
で表面形状が傾斜し、起伏が多く、非常に不規則でゆが
んでいる物体を非常に正確に検査することができる高精
度の光表面検査装置を提供することにある。
で表面形状が傾斜し、起伏が多く、非常に不規則でゆが
んでいる物体を非常に正確に検査することができる高精
度の光表面検査装置を提供することにある。
【００２８】本発明のさらに他の目的は、自動焦点シス
テム及び電子ビームシステムが空間的に集約され、他の
ものを受け入れるために他のシステムの性能、機能また
は他の特性に妥協することのない電子ビーム顕微鏡のよ
うな焦点電荷粒子システム用の自動焦点システム及び方
法を提供することである。
テム及び電子ビームシステムが空間的に集約され、他の
ものを受け入れるために他のシステムの性能、機能また
は他の特性に妥協することのない電子ビーム顕微鏡のよ
うな焦点電荷粒子システム用の自動焦点システム及び方
法を提供することである。
【００２９】本発明の他の目的は、物体の表面高さまた
は位置に関して検出された変化に応答してサンプル（例
えばウエハ）が電子光学のプリセット、ステーブル、焦
点に関して上下に移動されるオプトメカニカル自動焦点
システム及び方法を提供することである。
は位置に関して検出された変化に応答してサンプル（例
えばウエハ）が電子光学のプリセット、ステーブル、焦
点に関して上下に移動されるオプトメカニカル自動焦点
システム及び方法を提供することである。
【００３０】本発明の他の目的は、オプトメカニカル装
置及び方法が焦点ぼけの状態を検査するためにビデオ信
号を使用せず、パターン化されていないウエハ及び他の
サンプル上に良好に作用するからサンプル構造を必要と
しないオプトメカニカル装置及び方法を提供することに
ある。
置及び方法が焦点ぼけの状態を検査するためにビデオ信
号を使用せず、パターン化されていないウエハ及び他の
サンプル上に良好に作用するからサンプル構造を必要と
しないオプトメカニカル装置及び方法を提供することに
ある。
【００３１】本発明の他の目的は、サンプルの表面を＋
／−２ミクロンまたはそれ以下の精度でプリセット焦点
平面に配置するシステム及び方法を提供することであ
る。本発明の他の目的は、非常に不規則な表面を有する
物体と使用するにあたって妥協しない性能を有するオプ
トメカニカル自動焦点装置及び方法を提供することであ
る。
／−２ミクロンまたはそれ以下の精度でプリセット焦点
平面に配置するシステム及び方法を提供することであ
る。本発明の他の目的は、非常に不規則な表面を有する
物体と使用するにあたって妥協しない性能を有するオプ
トメカニカル自動焦点装置及び方法を提供することであ
る。
【００３２】
【実施例】本発明は、物体の光反射面の高さまたは位置
を検出するためのオプトメカニカルシステムに関する。
図３は、本発明の原理を実施するシステムを概略的に示
す。
を検出するためのオプトメカニカルシステムに関する。
図３は、本発明の原理を実施するシステムを概略的に示
す。
【００３３】図３のシステムを参照すると、走査電子顕
微鏡として示すプローブ形成荷電粒子ビームシステムが
提供されている。この顕微鏡は、例えば、フィールド放
出電子源を有するガン１２と、低収差６０°の円錐形対
物レンズを有する電子光学コラム１４とを有する。ガン
１２及びコラム１４は、ともに電子のビームを形成す
る。このビーム１５は電子ビーム軸線１６に沿うように
配向され半導体ウエハ２２として示す物体または標本の
表面２０上の焦点１８に収束される。物体支持装置は、
Ｘ軸方向運動ステージ２４及びＹ軸方向運動ステージ２
６を有するものとして示されている。Ｘ及びＹ軸方向運
動ステージ２４，２６は、非常に概略的に示されてお
り、実際には従来技術による種々のエレクトロメカニカ
ルなまたは機械的な搬送装置からなる。
微鏡として示すプローブ形成荷電粒子ビームシステムが
提供されている。この顕微鏡は、例えば、フィールド放
出電子源を有するガン１２と、低収差６０°の円錐形対
物レンズを有する電子光学コラム１４とを有する。ガン
１２及びコラム１４は、ともに電子のビームを形成す
る。このビーム１５は電子ビーム軸線１６に沿うように
配向され半導体ウエハ２２として示す物体または標本の
表面２０上の焦点１８に収束される。物体支持装置は、
Ｘ軸方向運動ステージ２４及びＹ軸方向運動ステージ２
６を有するものとして示されている。Ｘ及びＹ軸方向運
動ステージ２４，２６は、非常に概略的に示されてお
り、実際には従来技術による種々のエレクトロメカニカ
ルなまたは機械的な搬送装置からなる。
【００３４】さらに物体支持装置は、ウエハ２２を傾斜
軸３２のまわりに傾ける傾斜ステージを有する。
軸３２のまわりに傾ける傾斜ステージを有する。
【００３５】以下にさらに詳細に説明するように、本発
明の主な目的は、最大の範囲の角度を通って傾斜するウ
エハに対応する焦点を有する電荷粒子装置とともに使用
するオプトメカニカルな装置を提供することである。さ
らに、水平方向の基板４３によって支持される直立した
基部部材４０，４２のトラニオン３６，３８上に傾斜運
動可能に取り付けられたクレイドル３４を有する。傾斜
モーター４８，５０は、クレイドル３４の傾斜角度及び
ウエハ２２の傾斜角度を選択的に変化させるために備え
られている。
明の主な目的は、最大の範囲の角度を通って傾斜するウ
エハに対応する焦点を有する電荷粒子装置とともに使用
するオプトメカニカルな装置を提供することである。さ
らに、水平方向の基板４３によって支持される直立した
基部部材４０，４２のトラニオン３６，３８上に傾斜運
動可能に取り付けられたクレイドル３４を有する。傾斜
モーター４８，５０は、クレイドル３４の傾斜角度及び
ウエハ２２の傾斜角度を選択的に変化させるために備え
られている。
【００３６】本発明の他の非常に重要な目的によれば、
クレイドル３４及び支持されたＸ軸方向ステージ２４及
びＹ軸方向ステージ２６は、物体とコラム１４の電子光
学系との間の作動距離を変化する目的でＺ軸方向の位置
で調整される。
クレイドル３４及び支持されたＸ軸方向ステージ２４及
びＹ軸方向ステージ２６は、物体とコラム１４の電子光
学系との間の作動距離を変化する目的でＺ軸方向の位置
で調整される。
【００３７】さらに詳細に説明すると、Ｚ軸線に沿って
クレイドルと収容されたウエハに位置を変化させるため
に平行なＺ軸運動ステージが示されている。
クレイドルと収容されたウエハに位置を変化させるため
に平行なＺ軸運動ステージが示されている。
【００３８】Ｚ軸方向運動ステージ４４，４６はプレシ
ジョンモーター４９，５１によって駆動されたネジ４
５，４７を有する非常に概略的な形態で図示される。以
下にさらに詳細に説明するように、Ｚ軸方向の運動ステ
ージは、Ｚ軸の前述の位置でウエハ２２の表面２０を維
持し、標本または物体のＺ軸の粗い及び精密な調整を行
うことができるサーボシステムの部分から成る。
ジョンモーター４９，５１によって駆動されたネジ４
５，４７を有する非常に概略的な形態で図示される。以
下にさらに詳細に説明するように、Ｚ軸方向の運動ステ
ージは、Ｚ軸の前述の位置でウエハ２２の表面２０を維
持し、標本または物体のＺ軸の粗い及び精密な調整を行
うことができるサーボシステムの部分から成る。
【００３９】本発明によれば、自動焦点システムは、粒
子ビームまたは「Ｚ」軸に沿って支持手段の位置を調整
するために物体支持手段に接続されている。
子ビームまたは「Ｚ」軸に沿って支持手段の位置を調整
するために物体支持手段に接続されている。
【００４０】自動焦点システムは、レーザー５２として
示すように光学ビームを形成するための手段を有する新
しい光学ビームシステムを含む。４５°の半反射性ミラ
ー５４、レンズ及びミラー５８は、レーザー５２からの
光学ビーム５９を粒子電子ビーム軸線１６を横断する方
向に鋭い角度でウエハ２２の表面２６に向ける。ミラー
５４、レンズ５６及びミラー５８は、ビームに作用して
ウエハ２２の表面上の第１の光学ビーム焦点を形成し、
好ましくは電子ビームの焦点１８に一致する。
示すように光学ビームを形成するための手段を有する新
しい光学ビームシステムを含む。４５°の半反射性ミラ
ー５４、レンズ及びミラー５８は、レーザー５２からの
光学ビーム５９を粒子電子ビーム軸線１６を横断する方
向に鋭い角度でウエハ２２の表面２６に向ける。ミラー
５４、レンズ５６及びミラー５８は、ビームに作用して
ウエハ２２の表面上の第１の光学ビーム焦点を形成し、
好ましくは電子ビームの焦点１８に一致する。
【００４１】以下にさらに詳細に説明するように、光学
結像ミラー手段、好ましくは球形のミラー６２は、光学
ビームの第１の焦点からの放射を収集し、ビームの第１
の焦点の近傍に第２の焦点を形成する。電子ビームの軸
線１６に沿ったウエハ方面２０の高さまたは場所におけ
る変化は、ウエハの表面の高さまたは位置の変化を指示
するミラー６２によって形成される第２の焦点の場所の
変化の変化を生成する。 ミラー手段６２によって生成
された第２の焦点からの放射は、ミラー５８で反射し、
レンズ５６及びレンズ６４によって像位置感応検出器６
６上に結像する。 検出器６８の出力は、サーボＺ軸制
御電子システムに供給され、サーボＺ軸制御電子システ
ムは、ウエハ表面２０の高さまたは位置において検出さ
れる倍率のエラーに関連するＤＣ補正電圧を引き出す。
ＤＣ補正信号は、ウエハ２２の検出面２０のＺ位置の正
しいゼロ探索調整を行うためにＺ軸方向の運動ステージ
４４，４６にラインによって供給される。このループ
は、検査ウエハ表面が名目のプリセット操作距離になる
まで循環し、この距離は、コラム１４の電子工学システ
ムの適当な焦点面に対応する。
結像ミラー手段、好ましくは球形のミラー６２は、光学
ビームの第１の焦点からの放射を収集し、ビームの第１
の焦点の近傍に第２の焦点を形成する。電子ビームの軸
線１６に沿ったウエハ方面２０の高さまたは場所におけ
る変化は、ウエハの表面の高さまたは位置の変化を指示
するミラー６２によって形成される第２の焦点の場所の
変化の変化を生成する。 ミラー手段６２によって生成
された第２の焦点からの放射は、ミラー５８で反射し、
レンズ５６及びレンズ６４によって像位置感応検出器６
６上に結像する。 検出器６８の出力は、サーボＺ軸制
御電子システムに供給され、サーボＺ軸制御電子システ
ムは、ウエハ表面２０の高さまたは位置において検出さ
れる倍率のエラーに関連するＤＣ補正電圧を引き出す。
ＤＣ補正信号は、ウエハ２２の検出面２０のＺ位置の正
しいゼロ探索調整を行うためにＺ軸方向の運動ステージ
４４，４６にラインによって供給される。このループ
は、検査ウエハ表面が名目のプリセット操作距離になる
まで循環し、この距離は、コラム１４の電子工学システ
ムの適当な焦点面に対応する。
【００４２】物体の位置の粗い調整は、フィードバック
ループにＤＣバイアス電圧を供給することによって行わ
れる。
ループにＤＣバイアス電圧を供給することによって行わ
れる。
【００４３】真空の包囲体は参照符号７４で示され、そ
れを介して真空室が形成されるポート７６を含む。
れを介して真空室が形成されるポート７６を含む。
【００４４】本発明の基礎となる理論をさらによく理解
するために、図４乃至図８を参照する。本発明は、球形
の凹面鏡の曲率の中心において点源の対は、それ自身で
ある基本的な光学現象に基づいている。図４参照。要す
るに、球形の凹面鏡において、光ビームが曲率の中心の
点源「Ｃ」から球形の凹面鏡に向かうならば、ビーム
は、曲率点「Ｃ」の中心に反射される。光軸上の「ｐ」
での点源は点「ｑ」で結像し、点「ｑ」での点源は、
「ｐ」で結像される。
するために、図４乃至図８を参照する。本発明は、球形
の凹面鏡の曲率の中心において点源の対は、それ自身で
ある基本的な光学現象に基づいている。図４参照。要す
るに、球形の凹面鏡において、光ビームが曲率の中心の
点源「Ｃ」から球形の凹面鏡に向かうならば、ビーム
は、曲率点「Ｃ」の中心に反射される。光軸上の「ｐ」
での点源は点「ｑ」で結像し、点「ｑ」での点源は、
「ｐ」で結像される。
【００４５】点源が光軸から幾分はなれたところにある
ときは、反射ビームは、軸線から同じ距離だけ離れた場
所に実像を形成するが、光軸の反対側に形成する。
ときは、反射ビームは、軸線から同じ距離だけ離れた場
所に実像を形成するが、光軸の反対側に形成する。
【００４６】このように、同じ点でウエハ表面によって
反射された曲面の中心の点源及び球形の凹面鏡におい
て、第２の像すなわち焦点が点源すなわち第１の焦点と
一致する。図５参照。ウエハが距離「Ｚ」だけ変位され
るならば、ウエハから反射されるビームは、光軸から
「Ｚ」の２倍だけ離れたその同じ側に実像点源７８をつ
くる。実像点源７８の像８０は、光軸から２Ｚだけ離れ
た点でその反対側に実像点源７８の像８０を形成する。
図６参照。
反射された曲面の中心の点源及び球形の凹面鏡におい
て、第２の像すなわち焦点が点源すなわち第１の焦点と
一致する。図５参照。ウエハが距離「Ｚ」だけ変位され
るならば、ウエハから反射されるビームは、光軸から
「Ｚ」の２倍だけ離れたその同じ側に実像点源７８をつ
くる。実像点源７８の像８０は、光軸から２Ｚだけ離れ
た点でその反対側に実像点源７８の像８０を形成する。
図６参照。
【００４７】この設計の理論は、半導体ウエハ上に焦点
を結ぶことに関して説明したが、半導体フォトマスク、
コンピュータハードディスク、ミラー等のような他の材
料及び表面を使用することもできる。
を結ぶことに関して説明したが、半導体フォトマスク、
コンピュータハードディスク、ミラー等のような他の材
料及び表面を使用することもできる。
【００４８】図７に示すように、簡単化した形状の基本
的なシステムは、レーザー９６、ビームスプリッタ９
８，レンズ１００，１０２、球形の凹面鏡１０６及び検
出器１０８を有する。
的なシステムは、レーザー９６、ビームスプリッタ９
８，レンズ１００，１０２、球形の凹面鏡１０６及び検
出器１０８を有する。
【００４９】光学ビームシステムの光学通路は、つぎの
ようである。レーザー９６からの平行にされた光ビーム
１１０は、色消しレンズ１０２によって物体１１６の表
面１１４上の集約点で焦点１１２を結ぶ。その制限内で
システムの検出の精度は、ビーム入射角を減少させる。
許容できる入射角は１５°のオーダーである。
ようである。レーザー９６からの平行にされた光ビーム
１１０は、色消しレンズ１０２によって物体１１６の表
面１１４上の集約点で焦点１１２を結ぶ。その制限内で
システムの検出の精度は、ビーム入射角を減少させる。
許容できる入射角は１５°のオーダーである。
【００５０】物体１１６の表面１１４上のレンズ１０２
の焦点または第１の焦点１１２は、球形ミラーにおいて
新しい点源である。
の焦点または第１の焦点１１２は、球形ミラーにおいて
新しい点源である。
【００５１】点源または第１の焦点１１２から放出され
た光ビーム１１８は、ミラー１０６によって受けられ、
ミラー１０６は、球形ミラー１０６が焦点１１２で曲率
の中心を有するから第１の焦点の近傍に新しい結像点ま
たは第２の焦点を形成する。好ましくは、第２の焦点
は、第１の焦点から２００ミクロン以内に形成される。
た光ビーム１１８は、ミラー１０６によって受けられ、
ミラー１０６は、球形ミラー１０６が焦点１１２で曲率
の中心を有するから第１の焦点の近傍に新しい結像点ま
たは第２の焦点を形成する。好ましくは、第２の焦点
は、第１の焦点から２００ミクロン以内に形成される。
【００５２】物体１１６の表面上の集約点が「Ｚ」軸方
向に離れるように移動するならば、ミラー１０６によっ
て形成された結像点または第２の焦点は、上述したよう
に光軸から変位し、光軸から「Ｚ」の２倍の距離だけ離
れる。
向に離れるように移動するならば、ミラー１０６によっ
て形成された結像点または第２の焦点は、上述したよう
に光軸から変位し、光軸から「Ｚ」の２倍の距離だけ離
れる。
【００５３】第２の焦点は、レンズ１００，１０２及び
ビームスプリッタ９８によって検出器１０８の感光面上
に結像する。説明するように、従来技術で知られるよう
に、検出器１０８は、その感光面上に形成された第２の
焦点像の位置を示す信号を発生することが可能である。
図８参照。
ビームスプリッタ９８によって検出器１０８の感光面上
に結像する。説明するように、従来技術で知られるよう
に、検出器１０８は、その感光面上に形成された第２の
焦点像の位置を示す信号を発生することが可能である。
図８参照。
【００５４】検出器１０８の出力から、検出器の中心か
ら離れた検出器面上の光のスポットが見いだされる。基
準点としての１つの点を使用することによって、装置は
基準面から離れる物体面の運動を測定する。Ｚ軸方向の
運動のステージを監視することによって、自動焦点シス
テムは、物体１１６の表面１１４上の結像点を基準平面
に戻す。
ら離れた検出器面上の光のスポットが見いだされる。基
準点としての１つの点を使用することによって、装置は
基準面から離れる物体面の運動を測定する。Ｚ軸方向の
運動のステージを監視することによって、自動焦点シス
テムは、物体１１６の表面１１４上の結像点を基準平面
に戻す。
【００５５】適当な検出器１０８は、スエーデンのシテ
ック・エレクトロ・オプティクスによって製造され、オ
ントラックフォトニクスによって米国で販売されている
ＤＳＰ１Ｌ５である。検出器の光スポットの位置は公式
ｙ＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）★Ｌであり、ここ
において、ｙは中心から離れた距離であり、Ｖ１及びＶ
２は検出器のいずれかの端部で測定された電圧であり、
Ｌは検出器面の長さの半分の長さである。１次元または
２次元の位置検出タイプの適切な検出器がこのシステム
とともに使用される。
ック・エレクトロ・オプティクスによって製造され、オ
ントラックフォトニクスによって米国で販売されている
ＤＳＰ１Ｌ５である。検出器の光スポットの位置は公式
ｙ＝（Ｖ１−Ｖ２）／（Ｖ１＋Ｖ２）★Ｌであり、ここ
において、ｙは中心から離れた距離であり、Ｖ１及びＶ
２は検出器のいずれかの端部で測定された電圧であり、
Ｌは検出器面の長さの半分の長さである。１次元または
２次元の位置検出タイプの適切な検出器がこのシステム
とともに使用される。
【００５６】Ｖ１及びＶ２は、光ビームの強度による
が、Ｖ１及びＶ２の合計に対する差の比は検出器上に照
射される光の強さには依存しない。Ｌは一定であるか
ら、光ビームの強度が検出器に記録するに十分である限
り光の強度の関数ではない。
が、Ｖ１及びＶ２の合計に対する差の比は検出器上に照
射される光の強さには依存しない。Ｌは一定であるか
ら、光ビームの強度が検出器に記録するに十分である限
り光の強度の関数ではない。
【００５７】本発明の重要な目的は、粒子ビーム最終レ
ンズと物体との間の作動距離における広範な粗い調整に
適応することができるオプトメカニカル焦点付きの粒子
ビーム自動焦点システムを提供することにある。
ンズと物体との間の作動距離における広範な粗い調整に
適応することができるオプトメカニカル焦点付きの粒子
ビーム自動焦点システムを提供することにある。
【００５８】本発明の実施例による図３を再び参照する
と、この目的を達成するために、球形ミラー６２は、物
体の「Ｚ」位置の調整中に物体表面上に第２の焦点を維
持するためにそれとともに移動可能なように物体支持手
段に機械的に結合され、接続されている。具体的には、
図３のシステムの球形ミラー６２は、片持ちレバービー
ム１２０によって直立基部部材４０上に支持されてい
る。クレイドル３４がＺ軸線に沿って昇降するときに、
ミラー６２の中央の曲面がウエハ２２の表面上の結像点
になるように球形ミラー６２をそれとともに移動させ
る。
と、この目的を達成するために、球形ミラー６２は、物
体の「Ｚ」位置の調整中に物体表面上に第２の焦点を維
持するためにそれとともに移動可能なように物体支持手
段に機械的に結合され、接続されている。具体的には、
図３のシステムの球形ミラー６２は、片持ちレバービー
ム１２０によって直立基部部材４０上に支持されてい
る。クレイドル３４がＺ軸線に沿って昇降するときに、
ミラー６２の中央の曲面がウエハ２２の表面上の結像点
になるように球形ミラー６２をそれとともに移動させ
る。
【００５９】本発明の他の目的は、光ビーム６０の入射
角が、物体の位置の粗い調整にもかかわらず比較的に一
定に維持されることである。
角が、物体の位置の粗い調整にもかかわらず比較的に一
定に維持されることである。
【００６０】本発明の観点によれば、光ビームを配向
し、第１の光ビームの焦点を形成するための手段は調整
可能な光通路長さを有する。これまで簡単に説明したよ
うに、このような手段は、入れ子式構成７８として非常
に概略的に示される。実際には、リードネジが通路長を
調整するために備えられており、またはマイクロメータ
が使用される。
し、第１の光ビームの焦点を形成するための手段は調整
可能な光通路長さを有する。これまで簡単に説明したよ
うに、このような手段は、入れ子式構成７８として非常
に概略的に示される。実際には、リードネジが通路長を
調整するために備えられており、またはマイクロメータ
が使用される。
【００６１】このようにミラー６２が物体表面位置の粗
いまたは微妙な調整によって移動するようにクレードル
３４上に球形ミラー６２を取り付けることによって、及
び光学検査ビームの光学通路長さを変更する方便によっ
て、システムの性能を損なうことなく非常に広範な作動
距離に対応することができる。作動距離の調整にかかわ
らず、入射光ビーム、球形ミラー６２、ウエハ表面２０
の形状的な相互関係はあまり変化しない。
いまたは微妙な調整によって移動するようにクレードル
３４上に球形ミラー６２を取り付けることによって、及
び光学検査ビームの光学通路長さを変更する方便によっ
て、システムの性能を損なうことなく非常に広範な作動
距離に対応することができる。作動距離の調整にかかわ
らず、入射光ビーム、球形ミラー６２、ウエハ表面２０
の形状的な相互関係はあまり変化しない。
【００６２】球形ミラーは好ましくは上記した理由によ
って物体支持手段に機械的に取り付けられ、または接続
されるが本発明の主な目的は、他の方法によって達成す
ることができる。例えば、ミラーは物体サポートとは無
関係に取り付けられる。
って物体支持手段に機械的に取り付けられ、または接続
されるが本発明の主な目的は、他の方法によって達成す
ることができる。例えば、ミラーは物体サポートとは無
関係に取り付けられる。
【００６３】図９は、球形ミラー１５２がクレイドル３
４に取り付けられていないが、それとは無関係に取り付
けられる他の実施例を示す。図９の実施例は、球形ミラ
ー１５２が参照符号１５６によって示されるＺ軸線方向
の運動ステージによって正確な垂直位置に調整されるサ
ポート１５４上に取り付けられ、Ｚ軸方向の運動のステ
ージ４４，４６と同様の構造であるという点を除いて図
３の実施例と同様である。
４に取り付けられていないが、それとは無関係に取り付
けられる他の実施例を示す。図９の実施例は、球形ミラ
ー１５２が参照符号１５６によって示されるＺ軸線方向
の運動ステージによって正確な垂直位置に調整されるサ
ポート１５４上に取り付けられ、Ｚ軸方向の運動のステ
ージ４４，４６と同様の構造であるという点を除いて図
３の実施例と同様である。
【００６４】ミラー１５２の高さは、サーボＺ軸制御エ
レクトロニクス６８からのライン７０ａに供給される信
号によるクレイドルの高さの調整とは無関係であるが、
その座標に接近して調整される。ミラー１５２は、図１
２乃至図１４に詳細に示すように図３のミラー１２６と
同様の構造である。
レクトロニクス６８からのライン７０ａに供給される信
号によるクレイドルの高さの調整とは無関係であるが、
その座標に接近して調整される。ミラー１５２は、図１
２乃至図１４に詳細に示すように図３のミラー１２６と
同様の構造である。
【００６５】本発明の他の非常に重要な目的は、使用に
おいて非常に柔軟で可転性があり、６０°またはそれ以
上の物体の傾斜角度に対応し、プローブ形成荷電粒子シ
ステムとともに使用する改良された光学システムを提供
することにある。
おいて非常に柔軟で可転性があり、６０°またはそれ以
上の物体の傾斜角度に対応し、プローブ形成荷電粒子シ
ステムとともに使用する改良された光学システムを提供
することにある。
【００６６】上述したトローリラシステムは、設計上の
固有の欠点によって数度以上の物体の傾斜を処理するこ
とができないから、物体の傾斜を必要とするアプリケー
ションにおいては使用することができない。物体の大き
な傾斜角度に対応する１つの困難性は図１０及び図１１
を参照することによってよく理解することができ、物体
１２４、球形ミラー１２６及び光源１２８が非常に概略
的に示されている。
固有の欠点によって数度以上の物体の傾斜を処理するこ
とができないから、物体の傾斜を必要とするアプリケー
ションにおいては使用することができない。物体の大き
な傾斜角度に対応する１つの困難性は図１０及び図１１
を参照することによってよく理解することができ、物体
１２４、球形ミラー１２６及び光源１２８が非常に概略
的に示されている。
【００６７】入射ビーム１３０は、点「ｐ」で物体上に
集まる。入射ビーム１３０は、反射ビーム１３２として
反射され、球形ミラー１２６のＢ点に衝突する。ＡＢＰ
は図示したように０度で物体１２４用のビームの平面を
形成する。
集まる。入射ビーム１３０は、反射ビーム１３２として
反射され、球形ミラー１２６のＢ点に衝突する。ＡＢＰ
は図示したように０度で物体１２４用のビームの平面を
形成する。
【００６８】次の説明から明瞭になる理由によって、球
形ミラー１２６は、入射及び反射光ビーム１３０，１３
２によって定義された平面に関して角度を有して非対称
的である。この非対称はミラー１２６の傾斜方向に有利
である。図示した実施例において球形ミラー１２６は、
前述した平面の有利な側に関して約７５度傾斜した９０
度の扇形部を有する。
形ミラー１２６は、入射及び反射光ビーム１３０，１３
２によって定義された平面に関して角度を有して非対称
的である。この非対称はミラー１２６の傾斜方向に有利
である。図示した実施例において球形ミラー１２６は、
前述した平面の有利な側に関して約７５度傾斜した９０
度の扇形部を有する。
【００６９】非対称形に関する理由を説明する。反射ビ
ーム１３２の平面は、物体１２４が傾斜する角度の２倍
の角度にわたって回転するという事実に基づいている。
これは、図１１の説明から明らかになる。図１１におい
て、入射角及び反射角が等しいという法則によって物体
１２４が参照符号１３４で点線によって示される位置
に、０度の最初の位置から６０度だけ回転されると、新
しいビームの結像面はＡＰＣである。入射角は３０度で
あり、反射角は３０度である。球形ミラーは、点線位置
まで回転され、反射ビームが点「Ｃ」で衝突する。従っ
て、最初のビーム平面のＡＰＢは、球形ミラー１２６が
６０度傾斜するとき、１２０度の角度にわたって平面Ａ
ＰＣまで回転する。（物体及びミラー１２６は、一緒に
回転するように機械的に接続されている）。衝突点
「Ｃ」は２１０度であるが、その回転位置におけるミラ
ーは２２５度まで延び、そのビームを受けるために位置
決めされる。６０度またはそれよりわずかに大きい角度
まで傾斜させるために、ミラー１２６は、傾斜範囲を通
して受け取ったビームを収束しそれを再び焦点を結ぶよ
うにする。
ーム１３２の平面は、物体１２４が傾斜する角度の２倍
の角度にわたって回転するという事実に基づいている。
これは、図１１の説明から明らかになる。図１１におい
て、入射角及び反射角が等しいという法則によって物体
１２４が参照符号１３４で点線によって示される位置
に、０度の最初の位置から６０度だけ回転されると、新
しいビームの結像面はＡＰＣである。入射角は３０度で
あり、反射角は３０度である。球形ミラーは、点線位置
まで回転され、反射ビームが点「Ｃ」で衝突する。従っ
て、最初のビーム平面のＡＰＢは、球形ミラー１２６が
６０度傾斜するとき、１２０度の角度にわたって平面Ａ
ＰＣまで回転する。（物体及びミラー１２６は、一緒に
回転するように機械的に接続されている）。衝突点
「Ｃ」は２１０度であるが、その回転位置におけるミラ
ーは２２５度まで延び、そのビームを受けるために位置
決めされる。６０度またはそれよりわずかに大きい角度
まで傾斜させるために、ミラー１２６は、傾斜範囲を通
して受け取ったビームを収束しそれを再び焦点を結ぶよ
うにする。
【００７０】前述したシステムは球形ミラーが２．５イ
ンチ（６．５３センチメートル）の半径及び８インチ
（２０．３２センチメートル）の曲率半径を有する図７
におけるように実施されるのがよい。焦点距離は４イン
チ（１０．１６センチメートル）である。検出器１０８
はサイテック（ＳｉＴｅｋ）から販売されているＤＳＰ
１Ｌ１０である。
ンチ（６．５３センチメートル）の半径及び８インチ
（２０．３２センチメートル）の曲率半径を有する図７
におけるように実施されるのがよい。焦点距離は４イン
チ（１０．１６センチメートル）である。検出器１０８
はサイテック（ＳｉＴｅｋ）から販売されているＤＳＰ
１Ｌ１０である。
【００７１】このシステムは、１２ビットのＡ／Ｄ変換
器が使用されたとき、０．２３６ミクロンの解像度を有
することが分かった。この表面は、約２ｍｍ−２０ｍｍ
の作動距離の範囲を取り扱い、プラスマイナス２ミクロ
ンの範囲内で所定の作動距離を維持する。
器が使用されたとき、０．２３６ミクロンの解像度を有
することが分かった。この表面は、約２ｍｍ−２０ｍｍ
の作動距離の範囲を取り扱い、プラスマイナス２ミクロ
ンの範囲内で所定の作動距離を維持する。
【００７２】ミラー１２６の完全な仕様が約１．３０：
１の縮尺で図１２乃至図１４に示される。点線１５０に
よって境界が示された有効な光学領域は正確には１／４
波長である。鏡の成分はゼロジュール（Ｚｅｒｏｄｕ
ｒ）であり、コーティングは金である。
１の縮尺で図１２乃至図１４に示される。点線１５０に
よって境界が示された有効な光学領域は正確には１／４
波長である。鏡の成分はゼロジュール（Ｚｅｒｏｄｕ
ｒ）であり、コーティングは金である。
【００７３】本発明の特定の実施例を図示し説明した
が、当業者にとってはさらに広い観点内で本発明から離
れずに変更及び変形を行い得ることは明らかである。例
えば、ここに図示し、説明したように粒子ビーム焦点光
学からの規定された動作距離で検査表面を維持するより
むしろ表面の形状を詳述するプロフィロメトリックな機
能に対して適用される。
が、当業者にとってはさらに広い観点内で本発明から離
れずに変更及び変形を行い得ることは明らかである。例
えば、ここに図示し、説明したように粒子ビーム焦点光
学からの規定された動作距離で検査表面を維持するより
むしろ表面の形状を詳述するプロフィロメトリックな機
能に対して適用される。
【００７４】このシステムは基準点または平面からの検
査面の正確な実際の距離を正確に決定するのに適してい
る。
査面の正確な実際の距離を正確に決定するのに適してい
る。
【００７５】説明した自動焦点システムは、焦点粒子ビ
ームシステムでまたはそれとともに使用することについ
て制限されないが、非常に正確に広範な作動距離にわた
って所定の位置に光反射面を維持することが望ましい他
の適用において使用されることが望ましく、さらに詳し
く説明するならば、位置が保持される表面が粗くまたは
歪んでいる、または表面が監視される物体が傾斜してい
る場合に適している。レーザー表面検査システムはこの
ような適用の１つの例である。
ームシステムでまたはそれとともに使用することについ
て制限されないが、非常に正確に広範な作動距離にわた
って所定の位置に光反射面を維持することが望ましい他
の適用において使用されることが望ましく、さらに詳し
く説明するならば、位置が保持される表面が粗くまたは
歪んでいる、または表面が監視される物体が傾斜してい
る場合に適している。レーザー表面検査システムはこの
ような適用の１つの例である。
【００７６】図示した実施例においては、９０度の扇形
ミラーが示されているが、これは、スペースがさらに大
きな角度の広がりを許容する適用において適している。
図１１は、３６０度のミラー１３８が使用される図３の
変形例を示す。図１２の構成は結像ミラーによって収集
されない反射ビームに関する関連を防止する。
ミラーが示されているが、これは、スペースがさらに大
きな角度の広がりを許容する適用において適している。
図１１は、３６０度のミラー１３８が使用される図３の
変形例を示す。図１２の構成は結像ミラーによって収集
されない反射ビームに関する関連を防止する。
【００７７】説明した自動焦点に実施例において、物体
の位置は所定の作動距離を維持するために調整される。
その代わり、荷電粒子システムにおけるプローブ形成レ
ンズの位置または焦点距離は、光学システム検出器の出
力部から導かれた物体の表面の高さ情報を使用して調整
される。
の位置は所定の作動距離を維持するために調整される。
その代わり、荷電粒子システムにおけるプローブ形成レ
ンズの位置または焦点距離は、光学システム検出器の出
力部から導かれた物体の表面の高さ情報を使用して調整
される。
【００７８】従って、特許請求の範囲は、本発明の精神
及び観点内に入るすべての変形及び改造をカバーするこ
とを意図するものである。これまでの説明及び添付図面
は例示として提供されるものであり、本発明の観点にお
ける制限を意図するものではない。
及び観点内に入るすべての変形及び改造をカバーするこ
とを意図するものである。これまでの説明及び添付図面
は例示として提供されるものであり、本発明の観点にお
ける制限を意図するものではない。
【図１】本発明の背景において議論した従来技術の図。
【図２】本発明の背景において議論した従来技術の図。
【図３】本発明の教示によって製造された電子顕微鏡用
のオプトメカニカルの自動焦点装置を示す図。
のオプトメカニカルの自動焦点装置を示す図。
【図４】本発明の観点の基礎を理解する際に有効な図。
【図５】本発明の観点の基礎を理解する際に有効な図。
【図６】本発明の観点の基礎を理解する際に有効な図。
【図７】本発明の観点の基礎を理解する際に有効な図。
【図８】図示した発明に関連して使用した検出器の機能
説明図。
説明図。
【図９】本発明の他の実施例を示す図。
【図１０】本発明の原理に従って、物体の６０°の傾斜
角度にどのように適用するかを示す簡単にされた図面。
角度にどのように適用するかを示す簡単にされた図面。
【図１１】本発明の原理に従って、物体の６０°の傾斜
角度にどのように適用するかを示す簡単にされた図面。
角度にどのように適用するかを示す簡単にされた図面。
【図１２】図３に示す球形ミラーの詳細図。
【図１３】図３に示す球形ミラーの詳細図。
【図１４】図３に示す球形ミラーの詳細図。
【図１５】３６０°の球形ミラーを使用する図３のシス
テムの他の実施例を示す図。
テムの他の実施例を示す図。
１５ ビーム １６ 電子ビーム軸線 １８ 焦点 ２０ 表面 ２２ 半導体ウエハ ２４ Ｘ軸方向運動ステージ ２６ Ｙ軸方向運動ステージ ３２ 傾斜軸 ３４ クレイドル ３６，３８ トラニオン ４０，４２ 直立基部部材 ４８，５０ 傾斜モーター ５２ レーザー ５６ レンズ ５８ ミラー
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/22
Claims (10)
- 【請求項１】電子、イオンまたは他の粒子を形成し、所
定の軸線に沿って前記ビームを焦点に向けるための粒子
ビーム発生手段と、前記物体の表面の前記焦点を有する
前記軸線に物体を支持するための物体支持手段と、前記
粒子ビーム軸線に沿って前記ビーム発生手段と前記物体
支持手段との相対位置を維持するための自動焦点装置に
おいて光ビームを進めるための手段を有する光ビーム装
置と、前記粒子ビーム軸線を横断する方向に及び前記物
体面に鋭角に前記光ビームを向け、前記物体面上に光ビ
ームの第１の焦点を形成するための手段と、前記ビーム
発生手段と前記軸線に沿った前記物体支持手段との相対
位置の変化が前記相対位置の変化を示す前記第２の焦点
の位置の変化を生じるように前記光ビームからの放射を
第１の焦点に収集し、前記ビームの第１の焦点の近傍に
ビームの第２の焦点を形成するために前記第１の焦点に
前記物体面の曲率の中心を有する球形ミラーとを有する
粒子ビーム装置を有する自動焦点装置。 - 【請求項２】前記物体支持手段は、前記粒子ビーム発生
手段と前記軸線に沿った物体面との間の作動距離におい
て粗い及び精密な調整を行うためにＺ方向の運動のステ
ージ手段を含み、前記装置は、前記物体の位置の粗いま
たは精密な調整が行われるとき、前記表面上に前記第２
の小宴を維持するためにそれらとともに動くように前記
物体支持手段に前記球形ミラーを機械的に接続するため
の手段を含む請求項１に記載の自動焦点装置。 - 【請求項３】前記物体支持手段は、前記粒子ビーム発生
手段と前記軸線に沿った物体面との間の作動距離におい
て粗い及び精密な調整を行うためにＺ方向の運動のステ
ージ手段を含み、前記装置は、前記物体支持手段とは独
立して前記球形ミラーを支持するためのミラー支持手段
を含む請求項１に記載の自動焦点装置。 - 【請求項４】前記ビームを配向し、ほぼ前記物体の表面
上に第１の光ビーム焦点を形成するための手段は、前記
物体表面上の前記光ビームの入射角を実質的に変更する
ことなく前記作動距離における粗い調整に対応するため
に光ビームの光路の長さを調整する手段を含む請求項１
または２に記載の自動焦点装置。 - 【請求項５】電子、イオンまたは他の粒子を形成し、所
定の軸線に沿って前記ビームを焦点に向けるための粒子
ビーム発生手段と、前記物体の表面の前記焦点を有する
前記軸線に物体を支持するための物体支持手段と、前記
粒子ビーム軸線に沿って前記ビーム発生手段と前記物体
支持手段との相対位置を調整するために前記物体支持手
段に接続された自動焦点装置において、光ビームを進め
るための手段を有する光ビーム装置と、前記粒子ビーム
軸線を横断する方向に及び前記物体面に鋭角に前記光ビ
ームを向け、前記物体面上に光ビームの第１の焦点を形
成するための手段と、前記ビーム発生手段と前記軸線に
沿った前記物体支持手段との相対位置の変化が前記相対
位置の変化を示す前記第２の焦点の位置の変化を生じる
ように前記光ビームからの放射を第１の焦点に収集し、
前記ビームの第１の焦点の近傍にビームの第２の焦点を
形成するための光像形成反射手段と、前記粒子ビーム発
生手段と前記軸線に沿った物体面との間の相対位置で調
整を行う手段とを有し、前記装置は前記物体面の位置の
調整が行われるときに前記表面上に前記第２の焦点を維
持するために相対位置の調整と関連して前記軸線に沿っ
て移動することができるように前記像形成及び反射手段
を支持する手段を含む自動焦点装置。 - 【請求項６】前記像形成及び反射手段は、前記第１の焦
点に前記物体面上の曲率の中心を有する球形ミラーであ
る請求項５に記載の自動焦点装置。 - 【請求項７】前記装置は、前記像形成及び反射ミラー手
段を前記物体支持手段に機械的に結合する手段を含み、
前記ビームを配向し、前記物体の表面上に第１の光ビー
ム焦点を形成するための前記手段は、ビームの光路長を
調整するための光望遠手段を含み、それによって、動作
距離の調整は前記ビーム、前記像形成及び反射ミラー及
び前記物体の形状的な相互関係を実質的に変更すること
なく対応する請求項５または６に記載の自動焦点装置。 - 【請求項８】電子、イオンまたは他の粒子を形成し、所
定の軸線に沿って前記ビームを焦点に向けるための粒子
ビーム発生手段と、前記物体の表面の前記焦点を有する
前記軸線に物体を支持するための物体支持手段と、前記
粒子ビーム軸線に沿って前記粒子ビーム手段と前記物体
支持手段との相対位置を調整するために前記物体支持手
段に接続された自動焦点装置において、光ビームを進め
るための手段を有する光ビーム装置と、前記粒子ビーム
軸線を横断する方向に及び前記物体面に鋭角に前記光ビ
ームを向け、前記物体面上に光ビームの第１の焦点を形
成するための手段と、前記ビーム発生手段と前記軸線に
沿った前記物体支持手段との相対位置の変化が前記相対
位置の変化を示す前記第２の焦点の位置の変化を生じる
ように前記光ビームからの放射を第１の焦点に収集し、
前記ビームの第１の焦点の近傍にビームの第２の焦点を
形成するための光像形成反射手段とを有し、前記物体支
持手段は、前記粒子ビーム手段と前記軸線に沿って測定
された物体面との間の相対位置で調整を行うための手段
を含み、前記ビームを向け、前記物体面上に光ビームの
第１の焦点を形成するための手段は、前記物体表面上の
前記光ビームの入射角を実質的に変更することなく前記
作動距離における粗い調整に対応するために光ビームの
光路の長さを調整する手段を含む自動焦点装置。 - 【請求項９】電子、イオンまたは他の粒子を形成し、所
定の軸線に沿って前記ビームを焦点に向けるための粒子
ビーム発生手段と、前記物体の表面の前記焦点を有する
前記軸線に物体を支持するための物体支持手段と、前記
粒子ビーム軸線に沿って前記粒子ビーム手段と前記物体
支持手段との相対位置を維持するための自動焦点装置に
おいて、光ビームを進めるための手段を有する光ビーム
装置と、前記粒子ビーム軸線を横断する方向に及び前記
物体面に鋭角に前記光ビームを向け、前記物体面上に光
ビームの第１の焦点を形成するための手段と、前記ビー
ム発生手段と前記軸線に沿った前記物体支持手段との相
対位置の変化が前記相対位置の変化を示す前記第２の焦
点の位置の変化を生じるように前記光ビームからの放射
を第１の焦点に収集し、前記ビームの第１の焦点の近傍
にビームの第２の焦点を形成するための光像形成反射手
段とを有し、前記物体支持手段は、ほぼ物体面に沿って
及び前記粒子ビーム焦点を通過する傾斜軸の周りに傾斜
するようになっており、前記像形成及び反射手段はそれ
とともに傾斜するように前記物体支持手段に機械的に接
続されている自動焦点装置。 - 【請求項１０】光ビームを進めるための手段と、物体の
表面に前記光ビームを鋭角で向け、前記物体の前記表面
に第１の光ビームの焦点を形成するための手段と、前記
物体表面の高さすなわち垂直位置が前記物体表面の高さ
または位置の変化を示す前記第２の焦点の位置の変化を
つくるように前記光ビームの第１の焦点からの放射を収
集し、前記ビームの第１の焦点の近傍にビームの第２の
焦点を形成するための光像形成ミラー手段とを有し、前
記装置は、前記物体を支持しかつ実質的に前記物体表面
に沿って通過する傾斜軸の周りに傾斜するようになって
いるクレードル手段を含み、前記像形成ミラー手段はそ
れとともに傾斜するために前記クレードルに機械的に接
続されている光ビーム表面検査装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/873,361 US5216235A (en) | 1992-04-24 | 1992-04-24 | Opto-mechanical automatic focusing system and method |
| US873361 | 1992-04-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0636727A true JPH0636727A (ja) | 1994-02-10 |
| JP2690443B2 JP2690443B2 (ja) | 1997-12-10 |
Family
ID=25361490
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5121902A Expired - Lifetime JP2690443B2 (ja) | 1992-04-24 | 1993-04-26 | 自動焦点装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5216235A (ja) |
| EP (1) | EP0570726B1 (ja) |
| JP (1) | JP2690443B2 (ja) |
| DE (1) | DE69301861T2 (ja) |
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