JPS6123319A - 観察装置 - 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】 （発明の分野） 本発明は、半導体焼付装置等にお【ノる観察装置に関し
、特に売品を外部からのウェハ情報入力を用いて制御し
観察する装置に関する。

（従来の技術） 一般に、この種の観察装置は、第１図の様に、ウェハを
照射するための照明源と、ウェハからの反射光を受光す
る受光系等を備えている。第１図において、２１はラン
プ用電源、７は光源、５はつ■ハ３からの反射光Ｒｅｆ
が入射Ｊ“るレンズ、６は踊像管、２２はカメラコン１
〜ロール部であり、その１４力はモニタテレビジョン２
５に接続されている。

２３はカメラコン１〜ロール部２２の出力を増幅するビ
デオ信号増幅器であり、その出力信号は信号レベル検出
回路２４を経てプロセッサ（以下単にＣＰＵど称する）
２６に至る。ＣＰＵ２６は、信号レベル検出回路２５の
出力信号をもとに観察に最適な信号レベルが得られる様
、ビデオアンプ２３のゲインを制御する。

従来、上）ホのような装置の光学系においては、ウェハ
の材質の相異等による反則率の変化に伴う光量変動に対
しても、適切なレベル範囲の電気信号を得るため、検出
された信号のレベルを利得制御アンプ等によりハードウ
ェア的に制御していた。

しかしながら、前記従来形においては、ウェハの製造お
よび加工工程あるいは材質に依存した反射率の差異によ
り、検出系においてウェハ而からの反射光の強度、従っ
て出力信号のレベルが大幅に変動し、あるレベル以上の
良好な画質が得られないという欠点があった。

また、ウェハの反射率が大きい場合には、飽和等によっ
て利得制御アンプのリニアリティが悪化し、逆に反射率
が小さい場合には検知信号のＳ／Ｎ化が悪化し、いずれ
の場合にも画質が低下するという不都合があった。さら
に、利得制御アンプ等における信号レベル最適化のため
のフィードバック制御に時間を要する等の問題をも有し
−Ｃいた。

（発明の目的） 本発明は、ト）ボの従来形にお（）る問題点に鑑み、ウ
ェハの反射率が大幅に変１ｊシた場合にも反射光量を一
定範囲内に納めることによって観察光量を最適化してモ
ニタテレビジョンによる画質を改善し、かつ簡略化され
た制御回路によって最適化所要時間を短縮できるＪ：う
にすることを目的とする。

（発明の構成） 光を照射して、その反射光でウェハ位置を検知する際、
被検物体から得られる光はウェハの表面の材質、レジス
ト等に起因する反則率の相違によって光ハ）が大幅に異
なる為、個々のウェハに応じて最適照射光量が変動する
。前記の理由のため本発明では、ウェハ情報入力に応じ
て数段階の規定照射光量の１つを選択し、更に、その限
定制御範囲内で光量調節を行なうものである。

（発明の実施例） 第２図は、本発明に係るＩｔｌ察装首を用いた半導体焼
イ」装置の光学系の概略を示す。同図の光学系は、集積
回路パターンを具えたマスク１、縮小投影レンズ２、表
面に感光層および図示しないアライメントマークを貝え
たウェハから成る投影レンズ１丁１−光学系（ブロック
ＴＴＬ）と、以下に説明するオフアクシス光学系（ブロ
ックＯＡ）から構成されている。第２図のブロックＯＡ
において、３は３′ど同様のつ］−ハ、４はウェハステ
ージである。５はアライメント用検知装置の対物レンズ
、６は搬像管父は固体撮像素子、７は照明用光源で例え
ばハロゲンランプを使用する。８はコンデンサレンズ、
９は照明用リレーレンズ、１０は接合プリズムであり、
該接合プリズム１０は、照明系の光軸と受光系の光軸を
共軸にする機能を持ら、内側反射面１０ａど半透過反射
面１０ｂを具える。ここで光源７、コンデンサレンズ８
、照明リレーレンズ９、接合プリズム１０、対物レンズ
５は照明系を構成し、対物レンズ５を射出した光束はウ
ェハ３上を落射照明する。また、１１はリレーレンズ、
１２は光路を折り曲げる鏡、１３はガラス板１４は１Ｉ
ｌｉ像レンズであって、上に述べた接合プリズム１０お
よび撮像管６とＪ（に受光系を構成する。対物レンズ５
を通る光は接合プリズムの内側反射面１０ａおにび半透
過部１０１）で反則した後、内側反射面１０ａで再痘反
則してリレーレンズ１１へ向う。これにＪ：す、ウェハ
３上の７７ライメン１へマーク像がガラス板１３上に形
成されｌＣ後、撮像管６の踊像面に結像する。

第３図は、第２図の７１コツクＯＡで示されるオフアク
シス光学系に使用される光重調節回路を示す。同図にＪ
３いて、５はウェハ３からの反射光Ｒｅｆが入射するレ
ンズ、６は撮像管、２２は撮像管に接続されたカメラコ
ン１〜ロール部、２３はカメラコントロール部２２から
のビデオ信号を増幅するビデオアンプであり、ビデオア
ンプ２３の出力信号Ｓ５はアナログ乗算器３２おＪ：ぴ
信号レベル検出回路２４へ出力される。３１はウェハ情
報を入力するゲインセレクトスイッチ、３０′　は３種
の電圧（Ｖｌ〈Ｖ２＜Ｖ３）を具えた基準電圧発生器、
３０はその電圧レレクタである。セレクタ３０は、ゲイ
ンセレクトスイッチ３１のポジションＬｌ、Ｍ、ｌ−の
選択に応じて基準電圧Ｖ＋　、Ｖ２．＼１３のいずれか
を出力信号Ｓ２どして；ｉｉ：　ＪＲ出力し、Ｓ２はア
ナログ重算器３２の一方の入力どなる。アナログ乗算器
３２はこの信号Ｓ２とビデオアンプ２３の出力Ｓ５を乗
算し、その乗算結果をもとにして照射光量調節回路３３
が出力信号Ｓ３によりランプ電源２１を制御し、光源７
の照射光量が制御される。

上記の構成において、ウェハ而の反射率に応じて、照射
光量を最適化する為のゲインセレクトスイッチ３１は、
高利得ＩＩ　ＨＩＩ、中和１！！”Ｍ”、低利得１１　
Ｌ　ＩＩの３つのポジションで選択切換が可能である。

例えば、アルミの様な高い反則率のウェハであれば、ポ
ジション１１１１１を選択すると、セレクタ３０では電
圧Ｖ＋がセレクトされ低レベルの電気信号Ｓ２が出力さ
れる。一方、ウェハ而からの反射光Ｒｅｆは踊像管６に
入り、Ｒ像管６からのビデオ信号Ｓ１はコントロール部
２２を経てビデオアンプ２３から出力され（信号Ｓ５）
、両信号Ｓ２と８５はアナログ乗算器３２で乗算され照
射光■調節回路３３に入り、制御信号Ｓ３によってラン
プ電源２１が制御され、照射光量が調節される。

第４図はカメラコントロール部２２からの出力ビデオ信
号等を示す。同図（１）は、（；１来形の場合を示し、
（ａ’）は低反射率ウェハ、（ＩＴＨま中位剣率ウェハ
、（Ｃ）は高反射率ウェハの１水平周期区間のビデオ信
号である。（Ｃ）の出力波形は、本来、点線で示される
ようになるが、電圧飽和を起こして実線の様になってい
る。いずれの場合も（ｂ）に示す様に、ビデオアンプ２
３への信号入ノルンジｖ１はビーク−ビーク値ｒ　０．
８Ｖ　〜０．９Ｖの信号レベルが望ましく、従来は、０
．２５　Ｖから２、ＯＶに渡る８倍のレベル範囲の信号
の利１に：１調節を行なう必要があった。

第４図（２）、（３）は、本発明に係る装置におけるウ
ェハ情報入力手段（第３図Ｙ）を用いた場合の例を示す
。低反射率ウェハについては、ゲインセレクトスイッチ
旧を１１　ＨＩＩにすると電圧セレクタ３０にＪ：り基
準電圧発生器３０′からｖ３が選択されて照射光量が増
加し、入力レンジＶ１が０．２５　Ｖ　〜０．３Ｖから
（ａ）′　に示すように３１音の出力レンジＶ２０，７
５Ｖ〜０．９Ｖとなる。高反射率ウェハについては、ゲ
インセレクトスイッチ３１を“１−″にすると電圧セレ
クタ３０で電圧Ｖ１が選択されて照射光量が減少し、入
力レンジｖ１が１．５Ｖ〜２．０Ｖから （Ｃ）′　に示すように０．５倍の出力レンジＶ２０．
７５　Ｖ〜１．ＯＶとなる。中位耐重つ■ハについては
、入力レンジＶ１が０．８〜０．９−の範囲内であるの
で、ゲインセレクトスイッチ３１を１１　Ｍ　ＩＩとし
、その入力レンジｖ１と同値の出力レンジＶ２が得られ
る。

このようにウェハ情報入力手段による照射光量調節によ
り、ゲインコントロール範囲は０．７５　Ｖ〜１．Ｏｖ
に渡る１、３倍となり、従来例と比較するとその可変範
囲は１／６となる。この限定された制御範囲において第
３図のブロック７によるハードウェア的制御を行なうこ
とにより、ウェハ観察のための照射光量が最適化され、
高画質の観察を行なうことができる。

なお、前期実施例中、第３図の外部情報入力手段Ｙとし
て、ゲインセレクトスイッチのかわりに、コンソールの
キーボードでゲインを入力する方法や、例えばアルミニ
ウム（Δ））、二酸化ケイ素（３ｉ　０２　）等、ウェ
ハの種類をキー人力し、あらかじめメモリ内に記憶され
ている情報によって照射光…を調整する方法も可能であ
る。特に、つ■ハの種類をキー人力する方法においては
、観察の度にそのウェハ材質等に応じた最適照射光量の
データを累積し、観察回数に則して、より信頼性の高い
データを保持し、並びに制御所要時間をより短縮できる
。

また、前期実施例中、ランプ電源（第３図２１）を変化
させ照射光量調節を行なう代りに、アナログ乗算器３２
から出力信号によって照射光路において照射光量を物理
的に変動させるＮＤフィルタや偏光板等に接続したパル
スモータを制御する方法も可能である。

前述においては第２図のブロックＯ，Ａで示されるオフ
アクシス光学系の場合につき説明１ノたが、本発明は第
２図のブロックＴ　Ｔ　Ｌ　′ｃ示したＴ　Ｔ　ｌ−光
学系にも適用可能である。

従来、ＴＴＩ−系の観察装置は、マスク及びつ工ハ（特
にマスク及びウェハに設けられたアライメントマーク）
を照明するための照明源と、マスク及びウェハからの反
則光を受光する受光系を有している。このような従来形
においては、マスク及びウェハを照明するアライメント
光の最適光量についても、安定した一定レベル範囲内の
ビデオ信号を得る場合についても、前述のオフアクシス
光学系と同様の問題点を有している。

第５図は、このような問題点を解決するために案出され
た本発明の仙の実施例に係るＴＴＬ系露光露光装置す。

同図において、レーザの様な照明源４１より発射された
アライメント光４０は、偏光板３９を通過した後、ビー
ムスプリッタ３８及び照明光路へｔｔｐｕｂ自在のミラ
ー３６を介してマスク保持台３５上のマスク１の規定領
域に照射される。マスク１の規定領域には第６図（ａ）
に示されるようなウェハ３′とのマニコアルアライメン
トマークＭ１゜Ｍ２が設けである。更に、マスク１を通
過したアライメント光４０は投影レンズ２を介してウェ
ハ３′に設（ブられた第６図（ａ）に示されるようなマ
ニコアルアライメントマークＷｌ　、Ｗ２に照ａｉｌさ
れる。つ■ハ３′上のマニュアルアライメントマークか
らの反射光は、縮小投影レンズ２を通り入射光と同じ道
を通ってビームスプリッタ３８によって入用時どは別売
路に轡かれ、撮像管６で受光され、カメラコント［］−
ル部２２に導かれる。カメラコントロール部２２から出
力されるビデオ信＠Ｖは、モニタテレビジョン２５とビ
デオアンプ２３に送られる。

本実施例においては、照射光量調節はモータ４４で偏光
板３９を回転させ透過率を変化させることにより行なう
が、マスク１及びウェハ３′に照射される光ｍを最適化
するためのモータ４４の駆動ｈ１は次の様な方法で与え
られる。すなわち、マスク１およびウェハ３′のマニュ
アルアライメン］−マークからの反射光に基づくビデオ
信号Ｖが、信号レベル検出回路２４に送られＣＰ　Ｕ　
２６に至る。同様にして、外部からのつＪ−ハ情報がゲ
インセレクトスイッチ３０から入力され、ＣＰ　Ｕ　２
６に至る。ＣＰＵ２６は、信号レベル検出回路２５の出
力信号Ｓとゲインセレクトスイッチ３０の選択されたス
イッチのコードに応じて第３図の電圧発生器３０−のＶ
＋。

Ｖ２　、Ｖ３に相当する値を乗算する。ＣＰＬＪ２６か
らの制御信号は、モータ駆動回路４４に印加され、最適
光量が得られる角度まで偏光板を回転する。

第６図（ａ）はマスクおよびウェハ上のマニュアルアラ
イメントマーク、第６図（ｂ）は信号レベル検出回路２
４からのビデオ信号Ｖの出力波形を示す。

このような実施例においては、照射光量を一定とした場
合、ウェハの反射率によって第７図（１）に示す様なレ
ベルで電気信号Ｓ′が現われる。

（ａ）は低反射率ウェハ、（ｂ）は中位耐重ウェハ、（
Ｃ）は高反射率ウェハであるが、いずれも（Ｃ）の様な
２〜３Ｖの出力値が得られることが望まれ、従来は、０
，５Ｖから３．ＯＶに渡る６倍の範囲でゲインコントロ
ールを行なう必要があった。

本発明においては、前述の外部からのウェハ情報入力手
段（第５図３０）を介し、セレクタによって１、それぞ
れの条件に対応した電圧が印加され、電気信号Ｓ′の出
力レンジＶ２とその出力波形が第７図（２）、（３）に
示すように均一になる。

すなわち、電気信号Ｓ′の出力レンジｖ２は最大１．５
Ｖ〜３．Ｏｖの範囲であり、２．０倍の従来の１／３の
ゲインコントロール範囲に限定され、続くハードウェア
的制御により、ウェハ観察照射光量が容易に、かつ的確
に最適化されている。

尚、前期実施例においては、外部情報入力手段としてゲ
インセレクトスイッチを用いたが、オフアクシス系と同
じく、ウェハ種類をキー人力し、あるいはコンソールの
キーボードによりゲイン情報を入力することも可能であ
る。又、光量調節手段として偏光板を用いたが、透過率
が段階的に変化するＮＤフィルタを挿入することも可能
である。

さらに、照射光量を調整するのではなく、第５図のビー
ムスプリッタ３８で受光されたウェハ（第５図３′）か
らの反射光を調整してもよい。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、ウェハ情報入力
手段によって、外部からウェハ情報を入力し、照明系側
において、マスクとウェハに入０４するアライメント用
の光の光量を調節することにより、ヒ゛デＡ信号のハー
ドウェアによるコントロール範囲を縮小することが可能
になり、反射光検出手段によってビデオ信号を的確に最
適化することが可能に２ｉる。また、制御回路の繁雑化
を防１１−し、制御所要肋間を９１０縮１６等の効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のオフアクシス光学系の構成を示すブロッ
ク図、第２図は一般的な半導体焼付装置の光学系の概略
を示す斜視図、第３を留４．１本発明の１実施例に係る
観察製間を示すブロック線図、第４図はオフアクシス光
学系の動作を説明りるための入出力信号波形図、第５図
は本発明の他の実施例に係るＴ’　Ｔ　Ｉ−光学系にお
りる観察装訪を示Ｊブロック図、第６図はマスク及びウ
ェハの７ニコアルアライメントマークとその入出力ビデ
オ信号波形を示す説明図、そして第７図はＴＴＬ系の動
作を示す入出力信号波形図である。 １・・・マスク、２・・・縮小投影レンズ、３，３′・
・・つ■ハ、４・・・ウニハス７−ジ、５・・・対物１
ノンズ゛、６・・・層像管、７・・・照明用光源、８・
・・］ンデ゛ンリレンズ、９・・・リレー１ノンズ、１
０・・・接合プリズム、１１・・・リレーレンズ、１２
・・・鏡、１３・・・ガラス板、１４・・・１晶像レン
ズ、２１・・・電源、２２・・・カメラコン１〜［−１
−ル部、２３・・・ビデオアンプ、２４・・・信号レベ
ル検７１ｊ　１ｒ７Ｉ：ｔ８．２５・・・王二タテレビ
ジ」ン、２６・・・ｃｐｕ、３ｏ・・用？レクタ、３０
′　・・・基準電圧発生器、旧・・・ゲインセレク１〜
スイッチ、３２・・・東粋器、３３・・・照明光ｆａ調
節回路、３５・・・マスク保持台、３６・・・ミラー、
３７・・・対物レンズ、３Ｂ・・・じ゛−ムスプリツタ
、３９・・・ｆ−向４ｆｊ、４０・・・アライメント光
、４１・・・レーザ光源、４２・・・検出器、４３・・
・ビデオアンプ、４４・・・モータ駆動回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光を照射してその反射光でウェハを観察する装置に
   おいて、該装置は照射光量調節手段、反射光検出手段、
   ウェハ情報入力手段を有し、ウェハ情報入力手段によつ
   て入力された情報にもとづき照射光量を調節することを
   特徴とする観察装置。 ２、前記ウェハ情報入力手段は、ゲインセレクトスイッ
   チ、複数の基準電圧を発生する基準電圧発生器、および
   セレクタを有し、ゲインセレクトスイッチによる指定に
   応じてセレクタが複数の基準電圧の１つを選択出力し、
   選択出力された基準電圧にもとづき照射光量を調節する
   特許請求の範囲第１項に記載の観察装置。 ３、前記照射光量調節手段は、該反射光検出手段の出力
   と、該ウェハ情報入力手段の出力とを乗算する乗算器を
   有し、該乗算器出力にもとづきウェハ照明用光源の出力
   光量を調節する特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載の観察装置。