JP2857754B2 - 2重反射を用いたオートフォーカシング装置 - Google Patents

2重反射を用いたオートフォーカシング装置

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JP2857754B2 JP9294159A JP29415997A JP2857754B2 JP 2857754 B2 JP2857754 B2 JP 2857754B2 JP 9294159 A JP9294159 A JP 9294159A JP 29415997 A JP29415997 A JP 29415997A JP 2857754 B2 JP2857754 B2 JP 2857754B2
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    • GPHYSICS
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    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ表面に焦点
を合わせるオートフォーカシング装置に係るもので、詳
しくは、光源から放射されたビームをウェハ表面で2重
に反射させてフォーカシングの精度を向上させたオート
フォーカシング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のオートフォーカシング装置は、図
2に示すように、上面にウェハWが装着される上下方向
に移動可能なウェハステージ(waferstage)4と、該ウ
ェハステージ4の上方側からレーザービームを放射する
光源(light source)1と、該光源1からの光を反射さ
せる反射ミラー(reflective mirror )2と、反射され
た光を集束させる集束レンズ(condensing lens )3
と、その集束された光のウェハW表面での反射光を再び
集束させる集束レンズ5と、その集束された光を再び反
射させる反射ミラー6と、その反射された光を検出する
CCD検出器(CCDdetector)と、一端はCCD検出器
7に電気的に接続され、他端はウェハステージ4に電気
的に接続されるコントロールユニット9と、から構成さ
れていた。図中の符号8は、従来のオートフォーカシン
グ装置を用いてウェハステージ4上のウェハWに焦点を
合わせた後、該ウェハW上に所望のパターンを形成する
ため紫外線等の光を所定倍率に縮小して投射する縮小投
影レンズ(reduction projection lens )を示したもの
である。
【0003】このように構成された従来のオートフォー
カシング装置の動作について説明する。例えば、ヘリウ
ム−ネオンレーザービーム(He-Ne lazer beam)が光源
1から放射されて反射ミラー2により反射された後、集
束レンズ3により集束されてウェハステージ4上のウェ
ハW表面で反射される。そして、その反射されたビーム
は集束レンズ5により集束されて反射ミラー6で反射さ
れた後、CCD検出器7に入射する。次いで、CCD検
出器7で検出されたビームは電流に変換されて図示され
ない電気回路を経て電圧に変換された後、その電圧に変
換された位置信号が図示されないアナログ/デジタル変
換器を通ってウェハステージ4の位置を座標値で現わす
ようになる。
【0004】そして、コントロールユニット9は検出器
7で得られた座標値と基準値(予め設定された座標値)
とを比較し、その比較結果に従った制御信号をウェハス
テージ4に帰還させて、ウェハステージ4は自動的に上
方又は下方に移動する。このとき、ウェハステージ4が
ΔZだけ下方に移動すると、ウェハW表面で反射される
ビームの経路は、ウェハステージ4が移動する前に反射
されたビームの経路に対して距離ΔXだけ移動し、この
距離ΔXは、次式(1)にて示される。
【0005】ΔX=2・ΔZ・sinθ …(1) ここで、θはウェハWに対する光の入射角である。した
がって、ウェハステージ4の移動によりCCD検出器7
で検出されるビームの受光位置も距離ΔXだけ変化し、
その受光位置を基にして得られた座標値と基準値とを比
較し、その比較結果に従った信号をウェハステージ4に
帰還させると、基準値からのずれ量に応じてウェハステ
ージ4が自動的に上方又は下方に移動する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ウェハステ
ージ4を移動させて該ウェハステージ4上のウェハWを
縮小投影レンズ8の焦点位置に合わせるフォーカシング
の過程は、高精度を要する。このため、ウェハステージ
4の微細な移動に対してCCD検出器7で検出される信
号の変化量をできるだけ大きくするのが望ましい。
【0007】しかしながら、上記従来のオートフォーカ
シング装置においては、ウェハステージ4の変位に対し
て、CCD検出器7で検出される信号の変化量が小さ
い。このため、オートフォーカシングの精度が低下して
しまうという問題があった。また、ヘリウム−ネオンレ
ーザー等の比較的大きな光源1が用いられるため、装置
の容積が増大してしまうという問題点もあった。
【0008】本発明は上記の問題点に着目してなされた
もので、ウェハステージの移動に対し検出される信号の
変化量が大きくなるようにして、フォーカシングの精度
を向上させた2重反射を用いたオートフォーカシング装
置を提供し、また、小型の光源を使用して、装置の容積
を減少させた2重反射を用いたオートフォーカシング装
置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】このため本発明のうちの
請求項1に記載の発明は、光源と、該光源から放射され
たビームをウェハステージ上に載置されたウェハ表面に
角度を持たせて入射させる光学系と、前記ウェハ表面で
反射した前記ビームを受光して電気信号に変換する検出
手段と、該検出手段からの電気信号に基づいて前記ウェ
ハステージの位置を制御する制御手段と、を備えて構成
されるオートフォーカシング装置において、前記ウェハ
表面で反射したビームの進行方向を異なる経路で逆方向
に変換する全反射手段を備え、前記検出手段が、前記全
反射手段で変換され再び前記ウェハ表面で反射したビー
ムを受光する構成とする。
【0010】かかる構成によれば、光源から放射された
ビームは、光学系を介してウェハ表面にある入射角で入
射し反射される。その反射ビームは、全反射手段に入射
して進行方向が異なる経路で逆方向に変換され、再びウ
ェハ表面に入射し反射される。このウェハ表面で2重に
反射したビームは、検出手段で受光され電気信号に変換
されて制御手段に送られる。この電気信号に基づいて制
御手段はウェハ表面に焦点が合うようにウェハステージ
の位置を調整する。
【0011】また、前記光学系は、前記光源から放射さ
れたビームの一部を透過し、その他は反射するビーム分
離部と、該ビーム分離部を透過したビームを反射させて
前記ウェハ表面に所定の入射角で入射させる反射ミラー
部と、を備え、前記検出手段は、前記ウェハ表面で2重
反射したビームを前記反射ミラー部及び前記ビーム分離
部を介して受光する構成としてもよい。
【0012】かかる構成によれば、光源から放射された
ビームは、ビーム分離部によりその一部が分離され、ビ
ーム分離部を透過したビームは反射ミラー部で反射され
てウェハ表面に所定の入射角で入射される。そして、ウ
ェハ表面で反射されたビームは、全反射手段で経路が反
転され、再度ウェハ表面及び反射ミラー部で反射され
て、ビーム分離部を介して検出手段で受光される。
【0013】更に、具体的な構成として、前記検出器
は、フォト検出器を用いてもよく、加えて、前記光学系
は、前記光源から放射されたビームのうちのS偏光をウ
ェハ表面に入射させるものとしてもよい。また、前記光
源は、レーザーダイオードを用いてもよく、更に、前記
全反射手段は、全反射プリズムを用いてもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて説明する。図1は、本実施形態に係る2重反射を
用いたオートフォーカシング装置の構成を示す図であ
る。図1において、本装置は、上面にウェハWが装着さ
れ上下方向に移動可能に設けられたウェハステージ14
と、該ウェハステージ14の上方側の所定位置に配置さ
れ、例えば、波長670nm等のレーザービームを放射
する光源11と、入射面に対して平行な偏波を有する入
射光(P偏光)は反射させ、入射面に垂直な偏波を有す
る入射光(S偏光)は通過させるビーム分離部としての
ビームスプリッタ(beam splitter )12と、該ビーム
スプリッタ12を通過したS偏光ビームを反射させる反
射ミラー部としての反射ミラー13と、該反射ミラー1
3及びウェハW表面で反射されたビームを更に反射させ
て、再びウェハW上に入射されるようにビームの進行経
路を逆方向に変換させる全反射手段としての全反射プリ
ズム(total reflection prism)15と、該全反射プリ
ズム15で方向転換され、ウェハW表面、反射ミラー1
3及びビームスプリッタ12でそれぞれ反射されたビー
ムが入射され、受光した光信号を電気信号に変換させる
検出手段としての検出器16と、該検出器16からの出
力信号に応じてウェハステージ14を制御する制御手段
としてのコントロールユニット17と、から構成され
る。また、図中の符号8は、従来と同様の縮小投影レン
ズである。
【0015】光源11は、例えば、レーザーダイオード
等を使用する。これにより、従来用いていたヘリウム−
ネオンレーザー等と比べて光源11が小型化される。ま
た、検出器16は、例えば、フォト検出器等の光/電気
変換デバイスを使用する。更に、コントロールユニット
17は、ウェハステージ14に電気的に接続されてい
る。なお、反射ミラー13とウェハWとの間には、図示
しないが光を集束させる集束レンズを設置してもよい。
【0016】このように構成された本実施形態の動作を
説明する。光源11からビームが放射され、該放射され
たビームはビームスプリッタ12でP偏光ビームとS偏
光ビームとに分離された後、該P偏光ビームは反射され
(図示せず)、S偏光ビームは透過されて直進する。そ
して、S偏光ビームは反射ミラー13により反射され、
その反射されたビームはウェハステージ14のウェハW
表面で反射された(反射点R1)後、その反射されたビ
ームは全反射プリズム15に入射して反射されながら、
その経路が逆方向に変換されて再びウェハW表面で反射
される(反射点R2)。次いで、その反射されたビーム
は反射ミラー13に入射して反射され、ビームスプリッ
タ12に入射して反射された後、その反射されたビーム
は検出器16に入射される。検出器16では、入射光信
号が電気信号に変換され、その電気信号を基にウェハス
テージ14の位置を座標で示す信号が生成されて、コン
トロールユニット17に送られる。コントロールユニッ
ト17では、検出器16からの座標値と予め設定された
座標値とが比較され、その比較結果に従った制御信号が
ウェハステージ14に帰還されて、ウェハステージ14
が上方又は下方に移動される。
【0017】ここで、例えば、ウェハWの厚さに相当す
る距離ΔZだけ下方へウェハステージ14が移動した場
合を考える。この場合、ビームは図1の破線で示した経
路をたどるようになるため、ウェハステージ14の移動
前後で経路に差が発生する。即ち、ビームスプリッタ1
2を透過したS偏光ビームが反射ミラー13を経由して
ウェハW上で最初に反射されるときには、ウェハステー
ジ14の移動前後で反射点がR1からR1’に変化する
ため、反射後の経路が図に示したように距離ΔXだけ移
動する。そして、全反射プリズム15によりビームの進
行方向が逆方向に変換されて再びウェハW表面で反射さ
れるときには、ウェハステージ14の移動前後で反射点
がR2からR2’に変化するため、反射後の経路の移動
量が2・ΔXになる。したがって、検出器16への入射
ビームの受光位置が、ウェハステージ14の移動前後で
距離2・ΔXだけ変化する。
【0018】また、ビームがウェハW表面で2回反射さ
れるため、ウェハステージ14上に載置されたウェハW
の水平度を検知することもできる。即ち、ウェハWが傾
いていると、ウェハW表面の2ヶ所の反射点のうちの少
なくとも一方が水平時の反射点からずれてくるため、そ
のずれ量に応じて検出器16への入射ビームの受光位置
が変化することを基にウェハWの水平度が検知される。
【0019】このように本実施形態によれば、ウェハス
テージ14の移動に対して、検出器16に入射されるビ
ームの受光位置が、従来に比べて2倍変化するため、ウ
ェハステージ14の微細な移動を確実に感知でき、ま
た、ウェハWの水平度も検知できるので、高い精度でオ
ートフォーカシングを行うことが可能である。更に、光
源11にレーザーダイオード等を使用することによっ
て、装置の小型化を図ることができる。加えて、S偏光
ビームはウェハWの内部を通過せずその表面で反射する
ため、より正確なウェハの位置、したがってウェハステ
ージ14の位置を検出することもできる。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1〜3、6
のいずれか1つに記載の発明は、ウェハステージの移動
に対して、検出手段に入射されるビームの受光位置が、
従来に比べて2倍変化するため、ウェハステージの微細
な移動を確実に感知でき、また、ウェハの水平度も検知
できるので、高い精度でオートフォーカシングを行うこ
とが可能である。
【0021】また、請求項4に記載の発明は、上記の効
果に加えて、ウェハにS偏光ビームを入射させることに
よって、S偏光ビームはウェハの内部を通過せずその表
面で反射するため、より正確なウェハの位置を検出する
ことができる。更に、請求項5に記載の発明は、上記の
効果に加えて、光源にレーザーダイオードを使用するこ
とによって、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るオートフォーカシング
装置を示した概略構成図である。
【図2】従来のオートフォーカシング装置を示した概略
構成図である。
【符号の説明】
11 光源 12 ビームスプリッタ 13 反射ミラー 14 ウェハステージ 15 全反射プリズム 17 検出器 W ウェハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G03F 7/207 G02B 7/11

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】光源と、該光源から放射されたビームをウ
    ェハステージ上に載置されたウェハ表面に角度を持たせ
    て入射させる光学系と、前記ウェハ表面で反射した前記
    ビームを受光して電気信号に変換する検出手段と、該検
    出手段からの電気信号に基づいて前記ウェハステージの
    位置を制御する制御手段と、を備えて構成されるオート
    フォーカシング装置において、 前記ウェハ表面で反射したビームの進行方向を異なる経
    路で逆方向に変換する全反射手段を備え、前記検出手段
    が、前記全反射手段で変換され再び前記ウェハ表面で反
    射したビームを受光する構成としたことを特徴とする2
    重反射を用いたオートフォーカシング装置。
  2. 【請求項2】前記光学系は、前記光源から放射されたビ
    ームの一部を透過し、その他は反射するビーム分離部
    と、該ビーム分離部を透過したビームを反射させて前記
    ウェハ表面に所定の入射角で入射させる反射ミラー部
    と、を備え、 前記検出手段は、前記ウェハ表面で2重反射したビーム
    を前記反射ミラー部及び前記ビーム分離部を介して受光
    する構成としたことを特徴とする請求項1記載の2重反
    射を用いたオートフォーカシング装置。
  3. 【請求項3】前記検出器は、フォト検出器であることを
    特徴とする請求項1又は2記載の2重反射を用いたオー
    トフォーカシング装置。
  4. 【請求項4】前記光学系は、前記光源から放射されたビ
    ームのうちのS偏光をウェハ表面に入射させることを特
    徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の2重反射
    を用いたオートフォーカシング装置。
  5. 【請求項5】前記光源は、レーザーダイオードであるこ
    とを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の2
    重反射を用いたオートフォーカシング装置。
  6. 【請求項6】前記全反射手段は、全反射プリズムである
    ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の
    2重反射を用いたオートフォーカシング装置。
JP9294159A 1996-10-28 1997-10-27 2重反射を用いたオートフォーカシング装置 Expired - Fee Related JP2857754B2 (ja)

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