JPH0478126A - 自動焦点検出装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体焼付装置における自動焦点検出装置に関
し、詳しくはステッパ等のマスクアライナにおいて投影
系を通して記録媒体に露光された像によって投影系の最
適焦点位置を検出する自動焦点検出装置に関する。

［従来の技術］ 従来、この種の装置例えば半導体焼付装置における焦点
検出方法としては、■レティクルのパターンの投影光学
系による設計上の結像面にウニへ面を合わせる方法が提
案されている。また、■レティクル側から投影光学系を
通してウェハのマークを観察し、各々のコントラストを
一致させ、最適焦点位置にウェハを合わせる方式がある
。さらに、■レティクル側から投影光学系を通してつ工
［発明か解決しようとしている課題］ しかしながら、上記従来例■の、投影光学系による設計
上の結像面にウニへ面を合わせる方式では、装置周辺の
環境の変化により投影光学系に歪が発生し結像面の位置
が不安定になるため、実際のウェハを焼き付ける前に、
必ずテストウェハに数千回の試し露光を行い、そのウェ
ハを処理して結像面の位置の確認を行う必要がある。

また、上記従来例■の、クエへのマークを観察し、各々
のコントラストを一致させ、最適焦点位置にクエへを合
わせる方式においては、ある条件の下ではウェハのマー
クのコントラストが悪くなり、測定が不安定になるとい
う欠点がある。

ざらに、上記従来例■の、レティクル側からウニへ面に
斜めから光を照射し、その反射光の位置から最適焦点位
置にウェハを合わせる方式では、レジストをウニ八表面
に塗布したとき、そのレジストの影響を受けて別の反射
光をみることがあり、測定が不安定になるという欠点が
ある。

本発明の目的は、このような従来技術の問題点に鑑み、
自動焦点検出装置において、より筒車かつ迅速に安定し
た最適焦点合せができるようにすることにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため本発明では、原版のパターンを
投影光学系を介して半導体基板上に焼き付ける半導体焼
付装置の自動焦点検出装置において、原版上に設けられ
た検出用マークと、投影光学系を介して検出用マーク像
が焼き付けられる記録媒体と、記録媒体面が投影光学系
の結像面に対し所定の角度を有しかつ投影光学系を介し
て記録媒体上に検出用マーク像が最適焦点状態を含んで
焼き付けられるような所定の位置において記録媒体を保
持する記録媒体保持手段と、この所定位置で記録媒体上
に焼き付けられた検出用マーク像を撮像する撮像手段と
、撮像手段が得た画像情報に基づき投影光学系の最適焦
点位置を求める情報処理手段とを備えるようにしている
。

記録媒体は、解像性能及び諸特性が実際に使用する半導
体基板のフォトレジストとほぼ同一で、焼き付けられた
像を消去することによフて綬返し使用可能なものであり
、そしてこの記録媒体上の焼付像を消去する手段を有す
るのが好ましい。

記録媒体保持手段は、例えば、傾斜駆動手段とステージ
手段とを宥し、傾斜駆動手段はステージ手段上において
記録媒体を投影光学系の結像面に対し所定の角度を有す
る位置に位置させうるものであり、ステージ手段は前記
所定角度位置にある記録媒体上に検出用マークを焼き付
けたときには最適焦点状態を含んで焼き付けられるよう
な所定の焼付位置と、この位置で焼き付けられた検出用
マーク像を撮像手段が撮像しうる所定の撮像位置との間
で、記録媒体および傾斜駆動手段を保持して移動可能な
ものとして構成される。

情報処理手段は、通常、最適焦点位置を示す信号を出力
する。

［作用］ この構成において、焦点位置検出に際しては、記録媒体
を投影光学系の結像面に対し所定の角度を有する位置に
位置させ、この記録媒体上に検出用マークを最適焦点状
態を含むように焼き付け、そしてその焼き付けられた検
出用マーク像を撮像し、それによって得られた画像情報
に基づき投影光学系の最適焦点位置が求められる。最適
焦点位置は、検出用マーク像を焼き付けたときの記録媒
体面位置と、撮像手段が得た画像情報の検出用マーク像
のうちの最適焦点状態部分の位置とから、特定される。

すなわち、−回の試し露光で従来より簡単かつ高速に投
影光学系の最適焦点位置が検出される。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る自動焦点検出装置を
備えた半導体焼付装置を示し、本発明の特徴を最も良く
表わす図面である。同図において、１は焼き付けるべき
パターンが描かれているレティクル（マスク）、２はレ
ティクル１のパターンをウェハもしくは記録媒体６に焼
き付は転写するための投影光学系、３はレティクル１上
に設けられた最適焦点位置検出用マーク、４は記録媒体
６を投影光学系２及び観察光学系１２の結像面付近で位
置決めできるｘｙｚステージ、５は記録媒体６を傾ける
ことが可能な上下機構、６は解像性能及び諸特性が実際
に使用するフォトレジストとほぼ同一で繰り返し使用可
能な記録媒体、７は投影光学系の設計上の結像面（不図
示の光学式距離検出器で保証されている）、８は記録媒
体６基板を角度θで傾けたと籾水平方向座標では焦点位
置検出マーク３が転写される位置にあり高さは投影光学
系２の設計上の結像面７と同じ位置にあるように位置検
出用マーク３の転写時に位置される記録媒体６上の基準
点、９ａおよび９ｂは投影光学系２および観察光学系１
２の光軸である。

ｄはマーク３が転写された記録媒体６基板の基準点８を
観察光学系１２の光軸９ｂ上までステージ４で送るため
に基準長Ｓに対して補正される量であり、（レティクル
１上における光軸９ａからマーク３までの距＠）　Ｘ　
（投影倍率）＋（記録媒体６上下時の基準点８のずれδ
）として表すことができる。

Ｓは投影光学系２と観察光学系１２の光軸９ａ、９ｂ間
の距離であり、保証されている。

１２は転写されたパターンを観察するための観察光学系
、１３は転写されたパターンの画像情報を取り込むため
のカメラ、１４は記録媒体を繰り返し使用するために、
記録媒体上に転写されたパターンを消去する記録媒体消
去機構、１５はカメラ１３で取り込んだパターン情報を
処理し最適焦点位置を求めるための画像処理部である。

装置各部の動作は不図示の駆動制御手段によって制御さ
れる。

第２図は、第１図の装置の動作を示すフロー図であり、
′！Ｊ３図はそれを補足して説明するための説明図であ
る。！１図と同一の符号は同一部分を示す。第３図にお
いて、Ｃはレティクルｊの中心（投影光学系の光軸）、
Ｘｒ、Ｙｒは中心Ｃを基準とした焦点位置検出マーク３
のレティクル上位置を現わす値、ｊは投影光学系２の最
適焦点位置Ｊ（装置環境などにより変化する）に対応し
た記録媒体６上の位置を示すライン、θは録媒体６基板
の傾き角度、Ｌは基準点８から最適焦点位置ｊまでの距
離、２．は設計上の結像面７に対する最適焦点位置Ｊの
ずれ量である。

次に、本発明の動作を各図に基ずいて説明する。ここで
は、最適焦点位置Ｊを求めるレティクルパターンの例と
して線状のパターン１６（第３図（ａ））を用いる。ま
た、第１および３図中に記述しである記録媒体６上基準
点８の位置は、記録媒体６基板を傾けたときレティクル
１上の中心から任意の距ｓｉ　（ｘｒ　、　Ｙｔ　）だ
け離れている焦点位置検出マーク３が転写される位置で
、かつ投影光学系２の設計上の結像面７上にあり、この
位置はすでに把握しである。同様に記録媒体６基板の傾
は角度θも予め把握しである。

最適焦点位置検出処理を開始すると、駆動制御手段はま
ず、投影光学系２の下で、記録媒体６基板にレティクル
１上の焦点位置検出マーク３を転写できる位置に記録媒
体６基板を移動し、第３図（ｂ）に示す位置関係となる
ように記録媒体６面をｘｙｚステージ４及び上下機構６
で位置決めする（ステップＳ１およびＳ２）。そして、
レティクル１のパターンの露光を行なう（ステップＳ２
）、つぎに、記録媒体６を水平にもどしくステップＳ４
）、第１図中の基準点８の光軸からのずれ量ｄ十基準長
Ｓだけステージ４を送り観察光学系１２の下に記録媒体
６基板を位置決めする（ステップＳ５）、その後、観察
光学系１２で画像情報を取り込んで処理し、線状パター
ンの最も細くなっているポイント（記録媒体６の特性上
太くなることもある）すなわち最適焦点に対応する位置
Ｊを求め、また同時に、記録媒体６基板上での最適焦点
位置ｊから基準点８（観察光学系中心）までの距ＮＩＬ
　（第３図（ｂ））を求める（ステップＳＳ）。

次に、距１１Ｌと基板傾き角θとから下式を用いてずれ
量２．を求め、露光装置側へ出力する（ステップＳ７）
。

Ｚ、＝Ｌ−ｓｉｎ　θ そして最後に、転写されたパターン像を記録媒体消去機
構１４により消去して、次の動作タイミングを待つ（ス
テップＳａ）。

露光装置側では上述のデータに従い、ウェハを送り込む
高さ（投影光学系の設計上の結像面位置）にずれ量Ｚ、
を加えて最適焦点位置に位置させて通常の露光を行なう
。

本実施例によれば、通常のウェハー露光工程に於て必ず
装置を止めてテストウェハを実際に露光して行なわれて
いた投影光学系の最適焦点位置確認作業を、露光装置の
繰り返し行える一つの動作として且つ、−回の実露光だ
けで高速に行うことが可能である。また、実際に露光し
て確認するため環境変化などによる誤差も吸収すること
ができる。

なお、前記実施例では、レティクル上の最適焦点位置を
線状パターンを用いてその太さから検出しているが、こ
の代わりに円状または多角形状パターンを用い、その大
ぎさから検出するようにしてもよいし、前述のパターン
のコントラストを用いて検出してもよい。

また、前記実施例では説明上、記録媒体上で投影光学系
の設計上の結像面に位置される点を基準点としたが、こ
れは座標が把握されている任意のポイントでもよいし、
基準となるマークをエツチングなどで基板上に設けてこ
れを用いるようにしてもよい。

さらに他の例として、この記録媒体を傾けずに、結像面
付近において微少ストロークで階段状に高さを変える動
作中にステップ露光を行い、その転写されたショット等
のパターンを画像処理して最適焦点位置の高さを求める
ようにしてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、記録媒体を投影光学系の結像面に
対し所定の角度で傾けた記録媒体上に検出用マークを最
適焦点状態を含むように焼き付け、その画像情報に基づ
き投影光学系の最適焦点位置を求めるようにしたため、
−回の試し露光で従来より簡単かつ高速に投影光学系の
最適焦点位置を検出し、迅速にウェハ等を最適結像面に
合わせることができる。

さらに、記録媒体を繰り返し使用可能とすることにより
、例えば熱による投影光学系の歪などで焦点位置の変化
が起こっても、装置のスルーブツトを落とすことなく迅
速に且つ装置が動作中の任意の時期に最適焦点位置を検
出してウェハ等の位置を正確に補正することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る自動焦点検出装置を
説明するための概略図、 第２図は、￥Ｓ１図の装置における自動焦点検出の動作
を示すフロー図、そして 第３図（ａ）および（ｂ）は、レティクル上の焦点位置
検出マーク、それを投影光学系で記録媒体基板上に焼き
付は転写した状態、およびそれらの位置関係を示す説明
図である。 １　レティクル、 置検出マーク、４： 構、６：記録媒体、 単点、９ａ、９ｂ １３：カメラ、１ 置。 ２：投影光学系、３：焦点位 ｘｙｚステージ、５：上下機 ７：設計上の結像面、８：基 ：光軸、１２：観察光学系、 ４：ＩＡ理部、Ｊ：最適焦点位 特許比願人

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）原版のパターンを投影光学系を介して半導体基板
   上に焼き付ける半導体焼付装置の自動焦点検出装置であ
   って、原版上に設けられた検出用マークと、投影光学系
   を介して検出用マーク像が焼き付けられる記録媒体と、
   記録媒体面が投影光学系の結像面に対し所定の角度を有
   しかつ投影光学系を介して記録媒体上に検出用マーク像
   が最適焦点状態を含んで焼き付けられるような所定の位
   置において記録媒体を保持する記録媒体保持手段と、こ
   の所定位置で記録媒体上に焼き付けられた検出用マーク
   像を撮像する撮像手段と、撮像手段が得た画像情報に基
   づき投影光学系の最適焦点位置を求める情報処理手段と
   を具備することを特徴とする自動焦点検出装置。
2. （２）記録媒体は、解像性能及び諸特性が実際に使用す
   る半導体基板のフォトレジストとほぼ同一で、焼き付け
   られた像を消去することによつて繰返し使用可能なもの
   である、請求項１記載の自動焦点検出装置。
3. （３）さらに記録媒体上の焼付像を消去する手段を有す
   る、請求項２記載の自動焦点検出装置。
4. （４）記録媒体保持手段は、傾斜駆動手段とステージ手
   段とを有し、傾斜駆動手段はステージ手段上において記
   録媒体を投影光学系の結像面に対し所定の角度を有する
   位置に位置させうるものであり、ステージ手段は前記所
   定角度位置にある記録媒体上に検出用マークを焼き付け
   たときには最適焦点状態を含んで焼き付けられるような
   所定の焼付位置と、この位置で焼き付けられた検出用マ
   ーク像を撮像手段が撮像しうる所定の撮像位置との間で
   、記録媒体および傾斜駆動手段を保持して移動可能なも
   のである、請求項１記載の自動焦点検出装置。
5. （５）情報処理手段は、最適焦点位置を示す信号を出力
   するものである、請求項１記載の自動焦点検出装置。