JPS615317A

JPS615317A - 自動焦点合わせ装置

Info

Publication number: JPS615317A
Application number: JP59124821A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Tsutsui; 敬一筒井
Original assignee: Tateisi Electronics Co; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1984-06-18
Filing date: 1984-06-18
Publication date: 1986-01-11

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）この発明は、半導体製造に用いられるマスクアライナ−
や、その他の光学式の測定および検査装置における自動
焦点合わせ装置に関する。

（従来技術とその問題点）半導体装置の製造に使用するマスクアライナ−として、
半導体ウェハ面にマスクパターンを投影結像し、マスク
とウェハを位置合わせした後、露光するプロジェクショ
ンアライナ−が知られている。　　　゛このプロジェクションアライナ−においては、微細なマ
スクパターンをウェハ上に高精度に焼付けるために、ウ
ェハ表面をマスクパターンの結像面（以下、焦点面とす
る）に正確に位置合わせすることが重要である。

従来のプロジェクションアライナーにおいては、レンズ
鏡胴とウェハ表面の隙間を光学センサや］ニアマイクロ
センサを用いて測定するとともに、ウェハを載置したチ
ャックの上下移動（レンズ系の光軸方向の変位）をモー
タや空気圧を利用したアクチエータによって行つ°てい
たく例えば特開昭５６−２６３０号公報参照）。しかし
、半導体レーザーやＬＥＤなどによる光学センサを用い
た従来の自動焦点合わせ装置では、変位測定対象物であ
るウェハ表面が一様な鏡面状態でないと正確な変位測定
が行えないという問題がある。実際のウェハ表面は完全
な表面状態ではなく、ある程度の凹凸を含んである。そ
のためウェハの変位測定値にバラツキが生じ、それが位
置決め誤差となる。

また、空気流を利用してウェハの位置を測定するエアマ
イクロセンサを用いた従来装置では、検出系の応答速度
が遅いという大きな欠点があった。

また、ねじ送りなどの機械的な構成で高精度を実現する
には、極めて高度な技術が必要で高価なものとなる。ま
た、空気圧を利用したアクチェータでウェハを変位させ
る機構では、エアマイクロセンサ以上にその応答性が悪
い。

上述のような問題はプロジェクションアライナ−だけの
問題でなく、光学式の各種測定および検査装置において
も同様である。

（発明の目的）この発明の目的は、レンズ系の鏡胴前方の焦点面に板状
物体の表面を一致させる様に位置決めする装置において
、板状物体の表面のある程廓の凹凸には影響されずにそ
の凹凸を平均化した状態で位置決めが行え、しかも検出
系および板状物体の変位駆動系ともに簡単な構成で高速
応答性が出現できるようにした自動焦点合わせ装置を提
供することにある。

（発明の構成と効果）上記の目的を達成するために、この発明は、上記板状物
体の支持台を上記レンズ系の光軸方向に変位させる粗調
整用変位ｔａ椛と、この変位機構の可動基台と上記支持
台との間において上記光軸の周辺の複数箇所に設けられ
上記可動基台と上記支持台との間隔を微調整する複数個
の圧電アクチェータと、上記レンズ鏡胴前端面において
上記圧電アクチェータに対応する複数箇所に設けられ、
このａｌＩＩｌｌ前端面と上記板状物体との間隔を非接
触で測定する静電容量式の複数個の微小変位センサと、
各微小変位センサの出力に基づいてそれぞれに対応する
上記各圧電アクチェータを駆動する微調整用制御回路と
を備えたことを特徴とする。

上記の構成によれば、静電容量式の微小変位センサは、
レーザーによる光学センサと異なり、点測定ではなく面
測定となる。従って、測定面積内で板状物体の表面に凹
凸があっても、その凹凸が平均化されて測定され、複数
個の静電容量式微小変位センサで板状物体とレンズ鏡胴
前端面との間隔が適確に検出できる。またモータ等を用
いた粗調整用変位機構で支持台をある程度位置決めした
後に、上記微調整用制御回路によって圧電アクチェータ
を駆動し、板状物体の位置や傾きを各静電容量式微小変
位センサの出力に基づいて微調整するので、それほど高
精度な変位Ｉ１ｍを必要とせずに高速かつ高精度の位置
決めが可能となる。

（実施例の説明）、　第１図は本発明による自動焦点合わせ装置を搭載し
たプロジェクションアライナ−を示す。同図において、
９は定盤、８は定盤９の水平面に搭載されたＸＹステー
ジ８．７はＸＹステージ８の可動部に搭載された回転ス
テージ、６は回転ステージ７の可動部に搭載された粗調
整用上下変位機構、５は上下変位機構６の可動部に固設
された可動基台である。また、３０はレンズ鏡胴、３は
レンズ鏡胴３０の中心に配設されているレンズ系をそれ
ぞれ示している。

レンズ系３の光軸は垂直方向に設定されており、レンズ
鏡胴３０の端面は水平面となっている。可動基台５は水
平の基台であり、レンズ鏡胴３０の中心部下方に位置し
ている。可動基台５はＸＹステージ８によって水平方向
に２次元的に変位駆動され、回転ステージ７によって垂
直軸を中心に回転変位され、粗調整用上下変位機構６に
よって垂直方向に変位駆動される。これらＸＹステージ
８゜回転ステージ７、粗調整用上下変位機構６はモータ
等を駆動源とする機械的な装置である。

可動基台５の上面に３個の圧電アクチェータＩＡ、１８
．ＩＣを介してウェハチャック４がほぼ平行に搭載され
ている。このウェハチャック４にウェハ１１が載置され
る。３個の圧電アクチェータ１．Ａ−、Ｉ　Ｂ、　１　
Ｃは正三角形をなす位置に配置されており、この正三角
形の中央部分にレンズ系３の光軸が通る状態となる。圧
電アクチェータＩＡ、１Ｂ、ＩＣは圧電性磁器を円柱上
に積層したもので、その電極に電圧を加えると、その電
圧の大きさに応じたひずみが生じ、円柱の高さが変化す
る。この圧電アクチェータ１’Ａ、ＩＢ、ＩＣの高さ変
化を利用して可動基台５に対するウェハチャック４の間
隔を変化させるように構成されている。

レンズ鏡胴３０の端面部分には、レンズ系３を取囲む正
三角形をなす位置に、３個の静電容量式微小変位センサ
２Ａ、２Ｂ、２Ｇが取付けられている。この様子を第２
図および第３図に示している。センサ２Ａは圧電アクチ
ェータ１Ａと対応し、センサ２Ｂは圧電アクチェータ１
Ｂと対応し、センサ２Ｃは圧電アクチェータ１Ｃと対応
する。

静電容量式微小変位センサ２Ａ、２Ｂ、２Ｇはその井ン
サ面がウェハ１１表面に対向するように取付けられてお
り、センサ面とウェハ１１面との微小間隔を静電容量の
変化に基づいて検出し、電圧信号を発生する。第５図は
静電容量式微小変位センサ２Ａとウェハ１１との関係を
示す拡大図である。同図のように、センサ２Ａの先端部
は円柱状をなしており、その円柱端面がセンサ面である
。

このセンサ面の全領域にわたるウェハ１１との間隔が平
均化されて検出される。つまり、図のようにウェハ１１
の表面が完全な鏡面でなく、ある程度の凹凸があっても
、ある程度広いセンサ面でその凹凸が丸められ、平均化
された距離ｄが検出される。

最終的な位置決め時には圧電アクチェータ１Ａはセンサ
２Ａの出力に基づいて駆動され、圧電アクチェータ１Ｂ
はセンサ２Ｂの出力に基づいて駆動され、圧電アクチェ
ータ１Ｃはセンサ２Ｃの出力に基づいて駆動され、セン
法２Ａ、２Ｂ、２Ｇの各点においてウェハ１１との間隔
がレンズ系３　　　　　！′の焦点距離に一致するよう
に制御される。第６図はその制御回路系の１つを示して
いる。この回路はセン’＋２Ａとアクチェータ１Ａとの
組についてのものである。センサ２Ａの出力は増幅器１
５で増幅され、センサ２Ａとウェハ１１との測定距離ｄ
に対応した電圧Ｖｄが出力される。この検出電圧Ｖｄと
予め設定された基準電圧Ｖｏとが差動増幅回路１６の入
力となり、この回路１６で得られた偏差電圧ΔＶが駆動
回路１８の入力となる。

駆動回路１８は偏差電圧Δ■に応じた電圧を圧電アクチ
ェータ１Ａに印加し、センサ２Ａによる検出距離ｄが焦
点距離になるように圧電アクチェータ１Ａを変位させ、
ウェハチャック４およびウェハ１１を変位させる。この
制御が他の圧電アクチェータ１Ｂ、１Ｃについても同様
に行われる。

なお、説明が前後するが、上述の７クチエータ１Ａ、１
８．ＩＣによるウェハ１１の微調整に先だって、ＸＹス
テージ８６回転ステージ７、上下変位機構６によってウ
ェハ１１の位置の粗調整が行われる。上下変位機構６で
位置決めを行う際にも、静電容量式微小変位センサ２Ａ
、２Ｂ、２Ｇを利用する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による自動焦点合わせ装置を
搭載したプロジェクションアライナ−の概略構成図、第
２図および第３図は同上装置のレンズ系と静電容量式微
小変位センサの配置関係を示す図、第４図は同上装置に
おける圧電アクチェータの配置を示す図、第５図は静電
容量式微小変位センサと板状物体（ウェハ）との関係を
示す拡大図、第６図は静電容量式微小変位センサの出力
に基づいて圧電アクチェータを駆動する制御回路のブロ
ック図である。ＩＡ、１Ｂ、ＩＣ・・・圧電アクチェータ、２Ａ。２Ｂ、２Ｃ；・・・静電容量式微小変位はンサ、３・・
・レンズ系、３０・・・レンズ鏡胴、４・・・ウェハチ
ャック（支持台）、５・・・可動基台、６・・・粗調整
上下変位機構、１１・・・ウェハ（板状物体）。特許出願人　　　　　　立石電機株式会社代理人　　　
弁理士　　岩倉石工（他１名）第１図第３図第５図第６図１！：Ｉ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）レンズ系の鏡胴前方の焦点面に板状物体の表面を
一致させるように位置決めする自動焦点合わせ装置であ
つて、上記板状物体の支持台を上記レンズ系の光軸方向
に変位させる粗調整用変位機構と、この変位機構の可動
基台と上記支持台との間において上記光軸の周辺の複数
箇所に設けられ上記可動基台と上記支持台との間隔を微
調整する複数個の圧電アクチエータと、上記レンズ鏡胴
前端面において上記圧電アクチエータに対応する複数箇
所に設けられ、この鏡胴前端面と上記板状物体との間隔
を非接触で測定する静電容量式の複数個の微小変位セン
サと、各微小変位センサの出力に基づいてそれぞれに対
応する上記各圧電アクチエータを駆動する微調整用制御
回路とを備えた自動焦点合わせ装置。