JPS61288421A - 自動焦点合せ装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ、超ＬＳＩ等の半導体回路素子
製造用の投影焼付装置等に適用される自動焦点合せ装置
に関し、特にマスクの一部の像または全体の像をウェハ
上に形成する結像光学系に対し、マスクとウェハを所定
の位置に、精度良く位置合せする自動焦点合せ装置に関
する。

［従来技術の説明］ 半導体回路素子はその算出パターンの最小寸法が微細化
しており、この′ため投影焼付装置においても高い分解
能が必要とされる。高い分解能を得るためには、マスク
およびウェハを結像光学系の互に共役な光学基準面位置
に、正確に位置合せしなければならない。

この位置合せのためには、ウェハまでの距離の測定系と
してエアマイクロセンサ等が、また、駆動系としてモー
タ、ピエゾ素子（圧電素子）等が使用される。特に駆動
系は、駆動量の大きい粗動系と駆動ｍは少ないが駆動精
度の高い微動系とを備える場合がある。

第６図は、従来例であり本発明の適用対象例でもある投
影焼付装置の要部断面を示す。同図の従来例においては
、粗動系にステッピングモータ３３を、微動系にピエゾ
素子２３を、それぞれ用いている。エアマイクロセンサ
ノズル３４および３５はウェハ４の上方に位置し、ウェ
ハ４と縮小投影レンズ３との距離を計測することが可能
である。この計測値を基にウェハ４のレンズ光軸方向の
駆動量を算出し、その量を粗動系としてのステッピング
モータ３３および微動系としてのピエゾ素子２３に振り
分けて、それぞれを駆動する。駆動力伝達機構２１はス
テッピングモータ３３の駆動力をＺ方向（紙面上下方向
）の駆動力に変換し、ウェハチャックベース２１に伝達
する。ピエゾ素子２３はウェハチャック２０に取付けで
ある。ピエゾ素子２３の伸縮によりウェハチャック２０
はウェハチャックベース２１に対し上下に移動すること
が可能である。２２はウェハチャックベース２１に取付
けられた渦電流型位置検知器であり、ウェハチャックベ
ース２１とウェハチャック２０との距離を測定すること
により、ピエゾ素子２３の駆動量を検知することができ
る。

第７図は、上記従来形の投影焼付装置における駆動制御
機構のブロック回路図である。同図において、工゛アマ
イクロセンサノズル３４〜３７によって検出された空気
流量の変化は、電圧変換回路５０により縮小投影レンズ
３からウェハ４の表面までの距離に対応した電圧出力に
変換される。この電圧出力はアナログ・デジタル変換器
（ＡＤＣ）４９によりデジタル信号に変換され、マイク
ロプロセッサ４０に送られる。前述のように、マイクロ
プロセッサ４０は、この計測値を基にレンズ光軸方向の
駆動量を算出し、その量を粗動系としてのパルスモータ
３３および微動系としてのピエゾ素子２３に振り分ける
。振り分けられた粗動系および微動系の駆動量は、それ
ぞれレジスタ４１およびレジスタ４３に格納される。

レジスタ４１に格納された粗動系の駆動量は、ステッピ
ングモータ制御回路４２に入力される。ステッピングモ
ータ制御回路４２は与えられた駆動量でステッピングモ
ータ３３を開ループ制御し駆動する。

一方、レジスタ４３に格納された微動系の駆動量は、デ
ジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）４４によりアナログ
指令値に変換される。

ここで、ピエゾ素子２３の駆動電圧と変位量との関係は
非線形であるため、指令値に基づいた開ループ制御では
ピエゾ素子を精度良く駆動することができない。そこで
、ピエゾ素子２３の駆動においては閉ループ制御を行な
い微動系としての精度を高めている。この−ループ制御
は以下のように行なう。まず、ピエゾ素子′２３を前記
の駆動指令値で実際に駆動した後、その変位量を位置検
知器２２により計測する。計測した変位量を変位電圧変
換回路４８によって電圧値に変換し、この実際の変位量
と前記の駆動指令値とを差動増幅器４５により逐次比較
する。その差分はピエゾ駆動電圧発生回路４６に入力さ
れ、差分が所定の誤差範囲内に納まるまでピエゾ素子は
駆動される。４７はアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ
）であり、位置検知器２２により検知したピエゾ素子２
３の変位量をデジタル量に変換してマイクロプロセッサ
４０に伝送する。　　　　　　　　・ところで、上述の
ピエゾ素子２３の駆動量を計測している位置検知器２２
は、電源投入時より出力が定常値になるまでにかなり変
動し、また温度変化によっても出力値は変動する。そこ
で、マイクロプロセッサ４０は初期状態における位置検
知器２２の出力値を零点として予め取込んでおき、実際
にピエゾ素子２３を駆動し位置検知器２２で変位量を検
知する際は、この零点を基準として正しい変位量を算出
している。即ち、まず、零点の測定は、ピエゾ素子２３
を放電させた初期状態における位置検知器２２の出力値
をＡＤＣ４７によりデジタル値に変換し、一定間隔でマ
イクロプロセッサ４０に取込む。

マイクロプロセッサ４０は、この零点電圧データを、図
示しないメモリに記憶しておく。実際に焦点合せを行な
う際、マイクロプロセッサ４０は、ピエゾ素子駆動後、
位置検知器２２により検知したピエゾ素子２３の変位検
知量を変位電圧変換回路４８およびＡＤＣ４７を介しデ
ジタルデータとして取り込む。

その変位検知量データから予め記憶してあった零点電圧
値を引きピエゾ素子２３の実際の変位量を得る。

ところで、以上のような微動系の駆動制御においては、
時として、位置検知器２２の出力変動幅が大きいために
、その出力がＡＤＣ４７の入力許容範囲外となり、計測
不能となってしまう不具合があった。

第８図は、上述の零点設定の動作を説明するためのフロ
ーチャートである。同図において、位置検知器２２の出
力値がＡＯＣ４γの入力許容範囲に入るまではループか
ら抜けられない。即ち、電源投入後または温度変化等の
状況によって位置検知器２２の出力値がＡＤＣ４７の入
力許容範囲外にあるときは、位置検知器が定常状態に近
付き、その出力が自然に許容範囲内に入ってくるまで待
つしかなく、比較的長時間、焦点合せができないという
欠点があった。

さらに、ＡＤＣ４７の入力許容範囲の内から、位置検知
器２２の零点変動幅を引いた残りの部分がピエゾ素子２
３の駆動可能量となるため、ピエゾ素子の可動範囲の有
効利用が妨げられていた。

［発明の目的］ 本発明は、上述従来形の問題点に鑑み、投影焼付装置等
に適用される自動焦点合せ装置において、前記微動系の
駆動制御を行なうための位置検知器の出力変動があって
も微動系の駆動を可能とし、さらに微動系の駆動範囲を
有効利用することを目的とする。

［実施例の説明］ 以下、図面に従っ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合せ装置の
駆動制御機構の算出を示すブロック回路図である。なお
、従来例と同一または対応するものについては同一の番
号で示す。この機構は、第７図のものに対し、位置検知
器２２の出力変動を自動的に補正する回路である付番５
１〜５３の部分を付加したものである。第１図において
、５１は位置検知器２２および変位電圧変換回路４８の
出力変動に対する補正値を格納するレジスタ、５２はレ
ジスタ５１に格納された出力変動補正値をアナログ量に
変換するデジタル・アナログ変換器（ＤＡＣ）、５３は
位置検知器２２および変位電圧変換回路４８の出力値か
らＤＡＣ５２の出力する出力変動補正値を引き、位置検
知器２２の出力変動分を打消すための差動増幅器である
。

第２図は、第１図の回路における零点設定の動作を説明
するためのフローチャートである。

次に、第１図および第２図を参照して、本実施例に係る
上記出力変動補正回路の動作を説明する。

まず、零点の設定においては、ピエゾ素子を放電させ（
ステップＳ１）、次にレジスタ５１に初期補正値を設定
する（ステップ８２）。初期補正値としては、Ｏを設定
してもよいが、レジスタ５１に設定する補正値は、最終
的には、差動層幅器５３の出力がＡＤＣ４７の入力許容
範囲の中心点に近い値となるのが好ましい。従って、初
期補正値も安定状態に達した後、検出器２２の出力値を
基に算出した最適補正値（設計値）を用いるのが好まし
い。

次に、変位電圧変換回路４８の出力電圧をＤＡＣ５２の
初期補正値によって、差動増幅器５３で補正し、その値
をＡＤＣ４７を介しマイクロプロセッサ４０に取り込む
（ステップ８３）。取込まれた値がＡＤＣ４７に対して
設定された入力電圧許容値内に入っているときは（ステ
ップＳ４）、ステップＳ１０に分岐する。もし、入力電
圧許容値外であれば（ステップ＄４）、上述のＡＤＣ４
７によってマイクロプロセッサ４０に取込まれた値が、
ＡＤＣ４７に設定されている入力電圧許容値内に入るよ
うな値を次の出力変動補正値として、レジスタ５１に格
納する（ステップ３５）。具体的には、ＡＤＣ４７の入
力電圧許容範囲内に近付いていくように、レジスタ５１
内の値に所定の値を加算または減算する。　・このレジ
スタ５１に格納された値により、変位電正変換回路４８
の出力変動は、差動増幅器５３において打消され、ＡＤ
Ｃ４７の入力電圧許容値内に入ることとなる。もし、１
回の出力変動補正値の出力では変位電圧変換回路４８の
出力変動値を補正しきれない場合は、以下のステップ８
６〜Ｓ８を経由してステップＳ３に戻り、上述した一連
の補正手順を差動増幅器５３の出力値がＡＤＣ４７の入
力電圧許容値内に入るまで繰り返して行なう。

ステップＳ６では、ステップＳ５でレジスタ５１に格納
した補正値が、許容範囲内に入っているかどうかをチェ
ックする。補正値の絶対値が大きいとき、即ち、出力変
動補正を強度に行なっている場合に、そのままウェハの
露光処理を開始すると、１枚のウェハの露光中に徐々に
位置検知器２２の出力が変動し、差動増幅器５３の出力
電圧がＡＤＣ４７の入力電圧許容値外となる可能性が考
えられる。

ステップＳ６では、これを間接的にチェックする。

補正値が許容範囲外のときはステップＳ１で警報を発生
した後ステップＳ８に進む。ステップＳ６で補正値が許
容範囲内であれば、ステップＳ３に戻る。

ステップＳ８では、上述の補正手順の繰り返し回数が予
め設定されたループ回数に達したかどうかチェックする
。ループ回数が上記所定回数をオーバしたときは、位置
検知器２２または変位電圧変換回路４８の不具合とみな
し計測を停止する（ステップ８９）。所定回数内であれ
ばステップＳ３に戻る。

ステップＳ４の判定で、ＡＤＣ４７の入力電圧が許容値
内であれば、ステップＳ３でマイクロプロセッサ４０に
取込まれた値を位置検知器２２および変位電圧変換回路
４８の零点として、マイクロプロセッサ４０のメモリに
記憶する（ステップ５１０）。マイクロプロセッサ４０
は、上述の手順で決定された零点を基準として、ピエゾ
素子２３の所要駆動量を計算し、それをレジスタ４３に
格納してピエゾ素子２３を駆動する。（ステップ５１１
）。

上述の補正動作は、第３図に示すように、１枚のウェハ
の露光が終了し、次のウェハが搬入される間に１回だけ
行なわれるため、スルーブツトへの影響は少ない。同図
中、Δ印が出力変動補正実行点である。

ところで、エアマイクロセンサノズル３４〜３７により
計測されたウェハ４と縮小投影レンズ３との距離を基に
レンズ光軸方向の駆動量を算出し、その量を粗動系とし
てのステッピングモータ３３および微動系としてのとニ
ジ素子２３に振り分けているが、この振り分けの際の制
限として、ピエゾ素子２３の最大駆動量は従来±３μｍ
に設定していた。

これは、位置検知器２２および位置電圧変換回路４８の
出力変動量とピエゾ素子２３が駆動されることによる位
置電圧変換回路４８の変化量を加えたものが、ＡＤＣ４
７の入力電圧変換許容値内に入らなければならないため
、決められた値であった。しかし、本発明の出力変動補
正回路によると、上記位置検知器２２および変位電圧変
換回路４８の出力変動量を小さく見積れるようになった
ので、ピエゾ素子の最大駆動量を±４μｍに拡大するこ
とができた。

第４図に、位置検知器の出力変動許容値が拡大された様
子を図示する。上述のようにして得られた位置検知器の
補正出力により、ピエゾ素子は精度良く閉ループ制御さ
れる。

なお、上記実施例では、位置検知器２２の出力変動をＡ
ＤＣ４７を介しマイクロプロセッサ４０に取込み、出力
変動補正値を計算して、ＤＡＣ５２を介し出力している
が、この補正をすべてハードウェアのみで実行させるこ
とも、もちろん可能である。

第５図は、補正をすべてハードウェアで実行させる場合
のブロック図を示す。同図において、差動増幅器５３の
出力電圧が基準電圧発生回路５７の出力電圧より大きい
間は、差動増幅器５８の出力は正であり、アンド回路５
９が導通してクロック発生回路５６で発生されるパルス
はカウンタ５５に送られ、カウンタ５５がカウントアツ
プしていく。ここで、基準電圧発生回路５７は、零点電
圧、即ち、ＡＤＣ４７の入力許容範囲の中心付近の電圧
値を設定する。

また、カウンタ５５の計数値は出力変動補正値として用
いる。即ち、カウンタ５５は、第１図におけるレジスタ
５１に対応する。カウンタ５５の値は、デジタル・アナ
ログ変換器５４（ＤＡＣ５４）を介し、差動増幅器５３
に入力される。カウンタ５５の計数値が増加していくと
、それにつれて、変位電圧変換回路４８の出力電圧値と
ＤＡＣ５４の出力電圧値である差動増幅器５３の出力電
圧値が徐々に低下する。そして、この差動増幅器５３の
出力電圧が基準電圧発生回路５７の出力以下になると、
差動増幅器５８の出力が零または負となり、アンド回路
５９がオフする。

これにより、カウンタ５５はクロック発生回路５６から
のクロックパルス入力が停止しカウントアツプを停止す
る。そのときのカウンタ５５の値が求める出力変動補正
値である。第５図の回路においては、マイクロプロセッ
サ４０は出力変動補正動作スタート信号（カウンタ５５
のリセットまたはクリア信号）のみを出力すれば良く、
出力変動補正値の計算を実行する必要がないため、マイ
クロプロセッサ４０の仕事量が多い場合に有効である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、位置検知器の出
力変動を自動的に補正する回路を備えているため、位置
検知器の出力変動が従来の２倍以上許容されるようにな
った。従って、電源投入時における位置検知器の出力変
動による焦点合せ装置の動作停止や長時間の待機という
ことがなくなり、短時間内に正常な動作を開始し得ると
いう効果がある。また、温度変化による位置検知器の出
力変動も補正されるため、使用温度範囲が拡大するとい
う効果がある。

さらに、出力変動補正回路によって、ピエゾ素子の最大
駆動量を拡大することができる。光軸方向の移動につい
て、粗動はステッピングモータ１、微動はピエゾ素子で
駆動しているが、ステッピングモータを駆動した場合、
機械的な要因により所望した変位量を正確に駆動するこ
とがむずかしい。

従って、ピエゾ素子の駆動量の拡大により、精度の悪い
粗動系は駆動せず、精度の良いピエゾ素子のみを駆動す
ることで対処できる場合が多くなり、最良の焦点位置に
より高精度で合せられるという効果がある。

【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合せ装置の
駆動制御機構の算出を示すブロック回路図、 第２図は、第１図の機構における零点設定の動作を説明
するためのフローチャート、 第３図は、零点設定のタイミングを示すタイミングチャ
ート、 第４図は、第１図の機構において位置検知器の出力変動
許容値が拡大した様子を示す説明図、第５図は、本発明
の第２の実施例に係る自動焦点合せ装置の駆動制御機構
の算出を示すブロック回路図、 第６図は、従来例であり、本発明の適用対象例でもある
投影焼付装置の要部断面図、 第７図は、従来の投影焼付装置における駆動制御機構の
算出を示すブロック図、 第８図は、第７図の機構における零点設定の動作を説明
するためのフローチャートである。 ２２：渦電流型位置検知器、２３：ピエゾ素子、４０：
マイクロプロセッサ、 ４３：微動駆動量を格納するレジスタ、４５、５３．５
８：差動増幅器、 ４６：ピエゾ駆動電圧発生回路、 ４７：アナログ・デジタル変換器、 ４８：変位電圧変換回路、 ５１：出力変動補正値を格納するレジスタ、５２、５４
：デジタル・アナログ変換器、５５：カウンタ、５Ｇ＝
りＯツク発生回路、５７：基準電圧発生回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．平板状物体を水平方向にステップ移動させる移動手
   段と、投影光学系の結像面と上記物体面との距離を測定
   する位置検知手段と、該位置検知手段の測定値出力から
   算出される位置情報を設定駆動量として上記物体および
   投影光学系を光軸方向に相対的に駆動する駆動手段とを
   備え、各ステップ移動後、該物体面の各領域を順次投影
   光学系の結像面に一致することを可能とする自動焦点合
   せ装置であって、 上記駆動手段が、上記物体または投影光学系を相対的に
   粗略に駆動する粗動手段と、上記物体または投影光学系
   を相対的に微細に駆動する微動手段と、該微動手段によ
   る上記物体または投影光学系の変位量を検知する変位量
   検知手段と、該検知手段の出力に基づいて上記微動手段
   の駆動量を閉ループ制御する制御手段と、上記変位量検
   知手段の出力変動を自動的に補正する手段とを具備する
   ことを特徴とする自動焦点合せ装置。
2. ２．前記補正手段が、前記変位量検知手段の電圧出力を
   偏倚させる手段と、前記微動手段の消勢時に上記偏倚さ
   せた電圧値が所定範囲内となるように上記偏倚量を選択
   する手段とを有する特許請求の範囲第１項記載の自動焦
   点合せ装置。