JPS59155812A - 焦点合せ装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、マスクのパターンを結像光学系によってウェ
ハ上に形成し、マスクのパターンとあらかじめウェハに
焼付けたパターンとを相対的に位置合せしてマスクのパ
ターンをウェハに焼付ける装置における結像光学系およ
び光電顕微鏡の焦点合せ装置に関する。

〔従来技術〕

このような焼付装置は、ＩＣやＬＳＩ等の半導体集積回
路作成時に用いられる。

焼付装置は、一般に、複数のマスクを同一のウェハに遂
次焼付けるため、最初にウェハに焼付けたパターンと２
回目以後にウニ・・に焼付けるパターンとの位置合せを
行う必要があり、従来から、アライメントスコープが結
像光学系の途中に挿入され、ウェハ上のパターンと投影
されたマスクのパターンとの位置合せを行なっている。

第１図は、従来の焼付装置を示し、その焦点合せは次の
ようにしで行なっている。まずアライメントスコープ１
の対物レンズ２をその光軸方向５に微動させて、ウェハ
４のパターンが鮮明に見える様にしておき、次にマスク
投影系７にあり、挿脱可能な紫外線カツトフィルタ６６
の下部に設けたマスク５を光軸方向６に微動させて、ウ
ェハ４上に投影されたマスク５のパターンが鮮明に見え
るようにすることにより、マスク５とウェハ４との焦点
合せを行うものである。

このような、焦点合せ方法は、作業者の眼の感覚にたよ
っているため、最良ピント位置の判別精度が悪く、最良
位置の前後にある一定領域（−穴中）を最良ピントであ
ると感じるため、その中央位置に合わせるのが困難であ
り、壕だ個人差もあった。また、ウエノ・に焼付けられ
たマスクパターンの線巾は、眼よりもピントに敏感で、
眼にたよってピントを合わせても、線巾のバラツキを生
じていた。

この為、従来は、マスク位置と線巾との関係を、試し焼
きし、試し現像とパターン巾の測定により求めて、最適
位置にマスクを固定するよしかし々から、このようにし
ても、装置が熱変形した場合には、再度試し焼きせねば
ならず装置単独では調整できなくて、繁雑であった、ま
た、従来は、ピントずれが生じた場合の再Ｒ周整をどの
ようにするかというよりも、ピントずれをいかにして生
じさせないようにするかという観点から、熱変形しにく
い構造、温度変動させない方法等の研究、開発に重点が
おかれていｆｃ。

〔発明の目的〕

本発明は、以上の諸点に鑑み発明されたもので、その目
的は、ピント合せ精度を高くシ０、ピント範囲の中央に
合わせることができ、しかも装置単独で短時間にピント
合せができる焦点合せ装置を提供する妬ある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴は、アライメントスコープに光電走査顕微
鏡を取付けて、パターンの信号を電気信号として検出し
、信号の強度が最大となるピント位置を電気的に検出し
、これにより焦点合せを行うようにしていることである
。

〔発明の実施例〕

以下、第２図〜第１０図に従って本発明の一実施例を詳
述する。

第２図は本発明の一実施例を示す全体ブロック図である
。図中、１′は高解像度の対物レンズを使用できる様に
改良し、光電走査顕微鏡が取付けられたアライメントス
コープで、マスク投影系７により挿脱可能な紫外線カツ
トフィルタ６６を通った光により照明されウニ／・４に
投影されるべきマスク５のパターンを平面ミラー６０゜
６１により、マスクパターン専用対物レンズ２′の焦点
面６２に投影し、さらに対物レンズ２′および光束合成
用ハーフミラ−６ろおよび第２対物レンズ６４により走
査器８に投影する。また、ウエノ・４のパターンを落射
照明装置６５により照明し、ウェハパターン専用対物レ
ンズ２およびマスクパターンの場合と同じく光束合成用
ノ・−フミラー６３および第２対物レンズ６４により走
査器８に投影する。

９はアライメントスコープ１′の焦点合せ用駆動機構で
あり１．アライメントスコープ１′をマスク投影系７の
光軸方向に移動すると共に、その移動位置信号１０をピ
ーク値位置検出回路１１に送るものである。１２は信号
強度検出回路であり、走査器８よりの電気信号２４をマ
スクとウェハに分離して、各々の信号の強度３５．３−
６を検出するものである。

、ピーク値位置検出回路１１は、信号強度検出回路１２
からの信号強度３５．３６が対物レンズ移動位置信号１
０の変化に対応してどの様に変動したかの変化特性から
、マスク５とウニ・・４についての信号強度３５．３６
が最大となる対物レンズ移動位置をそれぞれ検出するも
のである。

１３は、ピント合せ回路であり、ウェハピーク値位置信
号とマスクピーク値位置信号の差に相当する距離にアラ
イメントスコープの２個の対物レンズ２，２′の取付位
体誤差希（一定値）を差１７引いた距離だけ、ウェハス
テージ１４もしくはマスク５を光軸方向に移動させてピ
ントを合わせるものである。

第ろ図、第４図、第６図、第７図は、第２図における走
査器８から信号強度検出回路１２マでの過程の詳細を説
明したものである。゛第３図（Ａ）は、走査器８に投影
されたパターンで、マスクパターン１５とウェハパター
ン１６とが重なラナいで同一視野にある場所を選び、走
査線１７に対して直角にパターンが交わる様にしている
。

走査器８は、公知のスリット走査、テレビカメラ、フォ
ト−ダイオードセル等を用い、第３図（Ｂ）のような走
査信号を得るものである。この走査信号波形より、マス
クのエツジ１８のある場所と、ウェハのエツジ１９のあ
る場所の範囲２０．２１を作業者が指定する。これは、
第４・図に示す様に、マスク用とウェハ用のタイミング
信号発生器２２．２３よりの信号７０．７１を走査信号
２４とともにオシロスコープ（３現象）２５に入力し、
ここで観測して行う。

走査信号２４は・、微分回路２６により微分され、第３
図（０）のごとくピントに対して敏感な波形となる。微
分回路２６の出力信号を、ゲート回路２７゜２８に入力
し、タイミング信号発生回路２２．２３の出カフ０．７
１と同期をとることにより、マスク信号２９とウェハ信
号６ｏに分け、各々の波形の高さ３１．３２を最大値ホ
ールド回路と最小値ホールド回路を組合せだ波形高さ検
出回路３３．３４にて検出し、マスク信号強度値３５及
びウェハ信号強度値３６を得るものである。

第５図は、第３図、第４図におけるマスクパターンの信
号とウェハパターンの信号との判別を自動化する方式の
場合の全体ブロック図であり、マスク投影系７にシャッ
タ６７七その挿脱機構６８を加え、また、ウェハパター
ンの落射照明装置６５の点滅装置６９を加えである。そ
の他の構成は第２図と同一である。

第６図にこの場合の信号強度検出回路を示す。

マスク・ウェハ照明切換回路７４よりマスク照明信号７
２とウェハ照明信号７３とを交互に出力しこれにより照
明を切換ると同時に走査信号２４の微分信号のゲート回
路２７．２８を切換える。この後、マスク５とウェハ４
の信号強度値３５．３６を得るところは第４図における
場合と同じである。

この方式によるとマスクパターンとウエノ・パターンと
は照明を切換えるのみで区別でき、両パターンが重なっ
ていてもさしつかえ々く、走査範囲内であれば任意の位
置で良いので自動化が容易であり、特に焼付機において
、ウェハを位置決めする前に最初に焦点合せをしたい場
合に好都合である。

第７図は自動アライメント用のターゲットマークを用い
てマスクパターンとウェハパターンとの判別を自動的に
行なう場合を示す。第７図（Ａ）は信号強度検出回路で
、パターン判別タイミング発生回路７５により自動的に
タイミング信号７０．７１を出力する他は、第４図にお
けると同様である。また第７′図（Ｂ）はマスクのター
ゲットパターンを１軸について示すもので、間隔Ｆの２
本の棒状バタンである。第７図（Ｃ）はウエノ・のター
ゲットパタンで１本の棒状バタンである。第゛７図（Ｄ
）は合成された走査器に投影されたバタンである。さら
に第７図（Ｅ）は第７図（Ｄ）のパタンを走査する走査
信号の波形からマスクバタンとウェハパタンを判別する
方法を示す。波形の６個の山の相互間隔を第７図（Ｅ）
の様にａ、Ｈ９Ｊとし、マスクパターンの間隔Ｆに相当
する間隔に最も近い間隔をＧ、Ｈ，Ｊの内から選び、こ
の間隔を示す２つの山をマスクのパターンであると判断
し、残りをウェハパターンとする。これに応じて各々の
パターンに同期したタイミング信号７０．７１を出力す
る。

第４図、第６図、第７図には走査信号２４を微分回路２
６により微分して、ピントに対して敏感な波、形とし、
これの波高値を信号強度値としたが、走査信号波形を微
分しないで直接その波高値を信号強度値とする方法もあ
り□、（各図に７６の破線で示す）ノイズに強い。また
さらにノイズに強い方法として信号波形を所定区間内で
区間を細分し、細分された小区間における信号の値を小
区間の数だけ集め°た集合と見なして、その分散を計算
し、分散の値を信号強度値と見なす方法もある。

第８図、第９図は、第２図におけるピーク値位置検出回
路１１の具体的な構成及びその動作説明用の図面である
。

第２図に示すアライメントスコープのピント駆動機構９
を所要′ストローク移動食せて、マスク信号強度値６５
及びウェハ信号強度値３乙の最大値３７．３８を最大値
ホールド回路３９．４０にて検出し、各々より一定値だ
け低い電圧４１．４２をそれぞれスレッショルド電圧設
定回路４３．４４に設定する。次に、再びアライメント
スコープのピント移動機構９を所要ス）ｏ−り移動させ
、先に設定したスレツショノ［ド電圧と、マスクおよび
ウェハの信号強度値をそれぞれ比較し、一致［〜だとき
のアライメントスコープ移動位１６′を記憶する。

これには、一致検出回路４５．４６を用いて、一致信号
４７．４８をつくり、これにより最初のマスクの一致で
メモリ４９に、マスクの２番目の一致でメモリ５０に、
ウェハの最初の一致でメモリ５１に、ウェハの２番目で
メモリ５２にアライメントスコープ移動位置を各各に記
憶する。

メモリ４９とメモリ５０の記憶内容を平均して、マスク
ビーク値位置イ８号５３を得、同様に、メモリ５１とメ
モリ５２の記憶内容を平均してウエノ・ピーク値位置信
号５４を得る。ピント合せは、ウェハピーク値位置イｇ
号とマスクビーク値位置信号の差に相当する距離に、ア
ライメントスコープの２個の対物レンズ２．２′の取付
位置誤差量（一定値）を差し引いた距離たり（符号含む
）ウェハステージ１４もしくはマスク５ｆ：移動啓せる
ことにより完了する。

以上第８図、第９図で述だ方法はアライメントスコープ
のピント位＃１０ヲ変えたときの信号強度値３５．３６
の変化が緩慢で、それが最大値を示すピント位置が明瞭
でない場合に有効な方法であるが、信号強度の変化が急
で、それが最大値を示すピント位置が明確な場合には、
アライメントスコープ駆動機構９を所要ストローク移動
させて、マスク、ウェハの信号強度が最大になった時の
アライメントスコープの位＃１０をそのませマスクビー
ク値位置信号５ろ、ウェハピーク値位置信号５４として
出力すれば良く、検出時間が速く、回路も簡単になる。

なお、第２図、第５図において、マスク投影系７はレン
ズによる方式を図に示しであるが、第１０図に示す様に
ミラー反射光学系７′によるマスク投影系にも適用でき
ることはもちろんである。

壕だ、アライメントスコープのピント移動機構９けアラ
イメントスコープ全体を移動する様に図示しているが、
２個の対物レンズ２．２′から光束合成ハーフミラ−６
３に至る部分のみを移動してアライメントスコープ本体
は同定とすることもできる。

また、上記実施例では焦点合せ機構１３の出力により直
接ウェハステージを駆動しているが、ウェハのピント方
向の位置決め機構を別に設けこれの位置決め目標値を焦
点合せ機構１５の出力により与える方式によっても実現
でき、この場合はウェハを設置する毎に毎回焦点合せを
するのではなくて、適当々時間間隔をおいて焦点が変動
したと思われる時にのみ、焦点合せ位置を修正すること
ができるので、半均的な焦点合せ時間を短縮することが
できる。

壕だ、上記実施例においてはウェハの焦点合せについて
のみのべているが、同じ考え方でアライメントスコープ
のピント合せをもあわせて行なうことができる。

なお、上記実施例においては、信号強度検出回路１２．
ピーク値位置検出回路１１．ピント合せ回路１３は、専
用のハードウェアとして示しているが、これらはミニコ
ン或いはマイコンによるデータ処理によって実現出来る
ことは容易に理解できるところであろう。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高精度のピント合せが１０〜２０秒程
度の短時間で装置内部で行なえるため、従来の露光、現
像、パターン寸法測定で行った場合の所要時間２０分〜
１時間に比べて大巾なスピードアンプとなり、また現像
等の他の工程を乱すことが々い。更に、本発明によれば
、頻繁にピント合せを行うことができるため、電源投入
後８時間程度要している装置昇温期においても稼動させ
ることができ、装置の利用効率が高まる。

【図面の簡単な説明】 第１図は、従来の焼付装着とそのピント合せを説明する
だめの概略構成図、第２図は本発明の一実施例を示すブ
ロック図、第６図、第４図は第２図の信号強度検出回路
１２部分の詳細説明図、第５図、第６図、第７図（Ａ）
〜（Ｅ）は第２図の信号強度検出回路部の他の構成を示
す回路図釜ひにパターン検出波形図、第８図は第２１図
、第５図のピーク値位置検出回路部の他の構成例を示す
回路、第９図はそれを説明するための特性図、第１０図
は第２図、第５図における投影系の別の構成例を示す図
である。 ８・・・走査器 ９・・アライメントスコープのピント合せ駆動機構 １１；ビーク値位置検出回路 １２・・信号強度検出回路 １６・・・ピント合せ回路 １４・・・ウエハステージ ４５図 〒４図 ４５図 〒６図 デフ図　　（△） Ｇ ７１　　　（Ｅ） 〒６図 メモリ５２．へ デ［０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. マスクのパターンを結像光学系によってウェハ上に形成
   し、マスクのパターンとあらかじめウェハに焼付けたパ
   ターンとを相対的に位置合せしてマスクのパターンをウ
   ェハに焼付ける装置において、マスクのパターンとウェ
   ハのパターンの信号を検出する光電走査顕微鏡と、該光
   電走査顕微鏡を前記ウェハに対して結像光学系の光軸方
   向に移動させる駆動手段と、前記光電走査顕微鏡の移動
   位置に対してマスクおよびウェハの各パターンの信号の
   強度がピーク値を示す位置を検出する手段とを備え、前
   記各パターンの信号の強度がピーク値を示す位置の差の
   距離に応じてウェハもしくはマスクの移動位置を決定し
   、実質的に前記結像光学系の焦点合せを行なうように構
   成しであることを特徴とする焦点合せ装置。