JPS6167223A - 信号検出装置 - 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】 り発明の分野Ｊ 本発明は、半導体焼付装置等における位置検知および観
察の為の信号検出装置に関し、特に信号検出に先立って
ウェハの反射率を測定し、このウェハ反射率をもとに光
間を制御するようにした信号検出装置に関する。

本発明の一実施態様としては、半導体焼付装置に適用さ
れ、この半導体焼付装置のプリアライメントステージ上
におけるプリアライメント時に光源と光ｆｆｌ　）１出
器を用いてウェハ反０］率を測定し、この光電検出器の
出力信号により信号検出の為の照射光量を制御する。

［発明の背景］ 一般に、この種の信号検出装置が適用される装置例えば
位置合わせ装置は、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
を具えている。第１図において、２１はランプ用電源、
７は光源（ランプ）、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はカメラコントロ
ール部、２３はカメラコントロール部２２の出力を増幅
するビデオ信号増幅器であり、その出力信号は位置計測
回路２４と信号レベル検出回路２５との両者を経てプロ
セッサ（以下単にＣＰＩＪと称する）２６に至る。ＣＰ
ＬＩ２６は、信号レベル検出回路２５の出力信号をもと
に位置晶１測に最適な信号レベルが１＃られる様、ビデ
オアンプ２３のゲインを制御する。

また、ウェハ表面を観察する観察装置においては、ビデ
オアンプ２３の出力を不図示のモニタテレビジョンでモ
ニタする。

従来、上述のような装置の光学系においては、ウェハの
材質の相ｊ１等による反射率の変化に伴う光ｆｆｌ変動
に対しても、適切なレベル範囲の位置信号を得るため、
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６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面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た場合、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という問題を有していた。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（
り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比が悪化し、いずれの場
合にも位置検知精度が低下したり、モニタテレビジョン
の画質が低下するという不都合があった。

［発明の目的］ 本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、ウェハ
の反射率が大幅に変動した場合にも反射光」を一定範囲
内に納めることによって、検出信号レベル最適化の為の
所要時間を短縮するとともに、位首検出装置では位置検
知精度を向上し、観察装置ではモニタテレビジョンの画
質を改善することを目的とする。

［発明の構成］ 一般に、物体例えばウェハに光を照射し、その反射光を
光電変換してウェハに形成されたパターン等に応じた信
号を検出する際、被検物体から１ｑ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射率の相違によっ
て光量が大幅に異なる為、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、信号
検出に先立って例えばプリアライメント時等に測定され
たウェハ反射率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Ｉ範囲内で光鎖調節を行な
うものである。

［発明の実施例］ 第２図は、本発明の一実施例に係る信号検出装置を適用
した半導体焼付装置の概略構成を示す。

同図の装置において、ウェハはプリアライメントステー
ジ４５に搬送され、メカニカルにプリアライメントされ
た後、ウェハステージ４に送られる。

３は位置合わせ（ファインアライメント）および焼付時
のウェハ位置にセツティングされたウェハである。焼付
装置本体の制御は、ケーブル４８を介して図示しないｃ
ｐｕＦ３よび制御回路を具えたコントロールボックス４
９からの信号により行なわれる。また、１は集積回路パ
ターンを具えたマスク３５はマスク保持台、２は縮小投
影レンズであり、後述する投影レンズＴＴＬ光学系（第
３図のブロックＴＴＬ）を構成するレーザ光ｌｌ１４１
から照射された光はマスク１、レンズ２およびウェハ３
と導かれ、ウェハ３からの反射光は、ＴＴＬアライメン
１−スコープ４１で受光される。また、４６はＯＡアラ
イメントスコープで、このＯＡアライメントスコープ４
６内には後）ホするオフアクシス光学系（第３図のブロ
ックＯＡ＞における受光部が設けられている。

第３図に、第２図の半導体焼付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具えたウェハ３′等から成る投影
レンズＴＴＬ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（７）　７０　ッ’）　ＯＡ　１．：８３　イＴ
、、３は３１：同様のウェハ、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Ｒ
＠管または固体踊１ｍ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
にする機能を持ち、内側反射面１０ａと半透過反射面１
０ｂを具える。ここで光ａ７、コンデンサレンズ８、照
明用リレーレンズ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、１
２は光路を折り曲げる鏡、１３はカラス仮、１４は層像
レンズであって、上に述べた接合プリズム１０および庵
像管６ど共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および半透過面１０
ｂで反射した後、内側反射面１０ａで再度反射してリレ
ーレンズ１１へ向う。これにより、ウェハ３上のアライ
メントマーク像がガラス板１３上に形成された後、撮像
管６のｌ１ｉｉ像面に結像する。

第４図は、第３図のブロックＯＡで示されるオフアクシ
ス光学系に使用される光量調節回路を示す。同図におい
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ト
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２
３の出力信号Ｓ５は位置計測回路２４および信号レベル
検出回路２５へ出力される。

第２図の半導体焼付装置においてウェハがプリアライメ
ントステージ４５上に搬送されてメカニカルプリアライ
メントが実行されている時、第４図に示すウェハ反射率
測定センサ５０では発光ダイオード（Ｌ　Ｅ　Ｄ　’）
　５１からウェハ３″に光が照銅され、ウェハ３″から
の反射光はフォトトランジスタ５２で受光される。この
フォトトランジスタ５２で光電変換された信号は、アン
プ５３に入り、Ａ／Ｄコンバータ５４によってディジタ
ル値に変換される。このディジタル信号Ｓ２はＣＰｔＪ
２６に供給される。

ＣＰ　Ｕ２６では、ディジタル信号Ｓ２のレベルに応じ
て照射光量調節回路３３へ制御信号Ｓ６を送り、照射光
量調節回路３３は、この制御信号Ｓ６により光源電源２
１の出力電圧を制御し、光源（ハロゲンランプ）７の照
射光量が制御される。

上記の構成において、例えば、アルミの様な高い反射率
のウェハであれば、Ａ／Ｄコンバータ５４からのディジ
タル信号Ｓ２は高レベルである。従って、プリアライメ
ントステージ４５上でプリアライメント後、ウェハをウ
ェハステージ４に移動させ位置合わせを行なう際には、
前記高レベルのディジタル信号Ｓ２に応じた制ｔ２Ｉｌ
信号Ｓ６がＣＰｔＪ２Ｇから照射光量調節回路３３へ送
出され、光源電源２１の出力従って光源７の照射光量は
低光市に切換ねる。

第５図は、ビデオアンプ２３の利得を一定にした場合の
出力信号等を示す。同図（１）は従来形の場合を示し、
（ａ）は低反射率ウェハ、（ｂ）は中反射率ウェハ、（
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
になるところ、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）に示す様にビデオ信号Ｓ５
の入力換算レベルＶ′は、ビークが−ピーク値で０．８
〜０．９　（Ｖ　）の範囲にあること望ましく、従来は
、ビデオアンプ２３において０．２５（Ｖｌから２．０
　（Ｖ　）に渡る入力レンジＶ′に対して８倍のゲイン
コントロール範囲Ｖ　ｃｔ’　が必要であった。

第５図（２）は、本発明に係る装置におけるプリアライ
メント時ウェハ反射率測定手段を用いた場合の例を示す
。低反射率ウェハについては、Ａ／Ｄコンバータ５４か
ら低レベルのディジタル信号Ｓ２がＣＰ　Ｕ　２６に入
力されて照射光量が増加し、ビデオアンプ２３の入力レ
ンジＶが（ａ＞の０．２５〜０．３　（Ｖ　）から（ａ
）′　に示すように３倍の入力レンジＶ＝０．７５〜０
．９　（Ｖ　）となる。高反射率ウェハについては、Ａ
／Ｄコンバータ５４から高レベルのディジタル信号Ｓ２
がＣＰ　Ｕ　２６に入力される。これにより、照射光量
が減少し、入力レンジ■が（Ｃ）の１．５〜２．Ｏ（ｖ
〕から（Ｃ）′に示すように０．５倍の入力レンジＶ＝
０．７５〜１．０（Ｖ）となる。中反射率ウェハについ
ては、入力レンジＶが０．８〜０．９　（Ｖ　）の範囲
内であるので、Ａ／Ｄコンバータ５４から中レベルのデ
ィジタル信号Ｓ２がＣＰ　ｔＪ　２６に入力されたとき
は照射光量は変化させない。従って（ｂ）′　に示すよ
うに入力レンジＶは従来のもの（ｂ）と同値となる。

このようにウェハ反射率測定手段からのウェハ反射率情
報による照射光量調節により、ゲインコントロール範囲
ＶＣｔは０．７５〜１．０〔Ｖ〕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４図のブロックＺによ
るハードウェア的制御を行なうことにより、ウェハ位置
合わせにおけるビデオ信号出力レベル最適化時間が短縮
される。

なお、前記実１Ｍ例中、ランプ電［２１（第４図）を変
化させ照射光量調節を行なう代りに、照射光路において
照射光（４）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ようにしてもよ
い。

前述にＪ５いては第３図のブロックＯＡで示されるオフ
アクシス光学系の場合につき説明したが、本発明は第２
図のブロックＴＴＬで示したＴＴＬ光学系にも適用可能
である。

従来、ＴＴＬ系の位置検知装置は、マスクおよびウェハ
（特にマスクおよ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、マスクおよびウ
ェハからの反射光を受光する受光系を有し、かつ、マス
クおよびウェハ両者のアライメントマークからの位置信
号を検出する検出系を具えている。このような従来形に
おいては、マスクおよ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
位置合わせ用の出力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６図は、このような問題点を解決するために案出され
た本発明の他の実施例に係る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および照明光路へ挿脱自在のミラー３
６を介してマスク保持台３５上のマスク１の規定ｇＡ域
に照射される。マスク１の規定領域には第７図（ａ＞に
示されるようなウェハ３′との位置検知用マークＭ１．
Ｍ２　、Ｍ３、Ｍ４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′に設けられた第７図（ａ）に示されるような位置
検知用マークＷ１　、Ｗ２に照射される。ウェハ３′上
の位置検知用マークからの反）１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
によって入射時とは別光路に導かれ、マスク１とウェハ
３′の相対的位置ずれを検出する検出器４２に受光され
る。

本実施例においては、照射光ｍ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およびウェハ３′に照射される光量を最適
化するためのモータ４４の駆動量は次の様な方法で与え
られる。すなわち、ウェハがメカニカルプリアライメン
トを行なう為のプリアライメントステージ４５上に搬送
された時、ウェハ反射率測定センサ５０のしＥＤ５１か
らウェハ３″に光が照射され、ウェハ３″からの反射光
はフォトトランジスタ５２で受光される。このフォトト
ランジスタ５２で光電変換された信号は、アンプ５３に
入り、Ａ／Ｄコンバータ５４によってディジタル値に変
換され、ＣＰ　Ｕ　２６に至る。モータ駆動回路４４は
、ＣＰ　Ｕ　２６からディジタル信号Ｓ２のレベルに応
じて供給される制御信号＄６に従い、最適光量が得られ
る角度まで偏光板３９を回転する。

第７図（ａ）はマスクおよびウェハの位置検知用マーク
アライメントマーク、第７図（’ｂ）は信号レベル検出
回路２５からの出力波形を示す。

第８図（１）は、従来の信号レベル検出回路２５から出
力される電気信号Ｓ′の出力レンジＶ′と出力波形を示
す。（ａ）は低反射率ウェハ、（ｂ）は中反射率ウェハ
、（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ｉｑられることか望まれ、従来
、アンプ４３においてはＣＰ　Ｕ　２６からの制御信号
によって０．５　（ｖ）から３．０　（Ｖ　）に渡る６
倍の範囲ＶＣ（′　でゲインコントロールを行なう必要
があった。

第８図（２）は、第６図のプリアライメント時ウェハ反
射率測定手段（ブロックＰ）を介し偏光板３９によって
照射光量を切換えた場合の信号レベル検出回路２５から
出力される電気信号Ｓの出力レンジ■と出力波形を示す
。電気信号Ｓの出力レンジＶは１．５〜３．０　（Ｖ　
）であり、ゲインコントロール範囲ｙｅｔは２倍で、従
来の１／３に限定され、続くハードウェア的制陣により
ウェハ位置合わせにおける出力信号レベルは速やかに最
適化される。

尚、前記実施例においては、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
挿入ザることも可能である。また、照射光量を調整する
のではなく、第６図のビームスプリッタ３８で受光され
たウェハ３′　（第６図）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、信号検出に先立
って例えばプリアライメント時にウェハの反射率を測定
し、その測定結果に基づいて電気信号検出系の照明系側
において、マスクとウェハに入射するアライメント用の
光等の照射光ｍを調節するようにしているため、反射光
検出手段による検出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、位置検知および
観察信号を的確に最適化することが可能になり、その最
適化のためのフィードバック制御所要時間も例えば従来
０．７秒程度であったものが、０．１秒程度に短縮され
る等の効果がある。

【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図は本発明が適用される半導体焼付装置の概
略の構成図、第３図は第２図の装置の光学系の概略を示
す斜視図、第４図は本発明の一実施例に係る位置検知装
置を示すブロック図、第５図は第４図のオフアクシス光
学系の動作を説明するための出力信号波形図、第６図は
本発明の他の実施例に係るＴＴＬ光学系における位置検
知装βを示すブロック図、第７図はマスクＪ３よびウェ
ハの位置検知マークとその位置検知信号波形を示す説明
図、そして第８図はＴＴＬ光学系の動作を示す出力信号
波形図である。 １・・・マスク、２・・・投影レンズ、３．３’、３″
・・・ウェハ、４・・・ウェハステージ、５・・・対物
レンズ、６・・・Ｉｆｉ　間管、７・・・照明用光源、
２１・・・電源、２２・・・カメラコントロール部、２
３・・・ビデオアンプ、２４・・・位冒計測回路、２５
・・・信号レベル検出回路、２６・・・ＣＰＵ、３３・
・・照射光量調節回路、３５・・・マスク保持台、３６
・・・ミラー、３７・・・対物レンズ、３８・・・ビー
ムスプリッタ、３９・・・偏光板、４０・・・アライメ
ント光、４１・・・レーザ光源、４２・・・検出器、４
３・・・ビデオアンプ、４４・・・モータ駆動回路、４
５・・・プリアライメントステージ、４６・・・ＯＡア
ライメントスコープ、４７・・・ＴＴＬアライメントス
コープ、５０・・・ウェハ反射率測定センサ、５１・・
・発光ダイオード（ＬＥＤ）、５２・・・フォトトラン
ジスタ、５３・・・アンプ、５４・・・Ａ／Ｄコンバー
タ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、物体上に光を照射しその反射光を光電変換して得ら
   れる電気信号を検出する信号検出装置において、発光源
   と光電検出器とを有し上記電気信号の検出に先立つて上
   記物体の反射率を測定する手段と、該反射率測定手段の
   出力に基づいて上記電気信号検出系の照射光量を制御す
   る光量制御手段とを設けたことを特徴とする信号検出装
   置。 ２、前記反射率測定が、前記電気信号検出とは別位置で
   行なわれる特許請求の範囲第１項記載の信号検出装置。 ３、前記反射光が、前記物体上に形成されているマーク
   からの正反射光または散乱光である特許請求の範囲第１
   または２項記載の信号検出装置。 ４、前記電気信号検出系が、レーザービームスキャンに
   よる散乱光を検出するものである特許請求の範囲第１〜
   ３項のいずれか１つに記載の信号検出装置。 ５、前記電気信号検出系が、撮像手段により前記電気信
   号を検出するものである特許請求の範囲第１〜３項のい
   ずれか１つに記載の信号検出装置。 ６、半導体焼付装置に付設され、前記反射率測定が該半
   導体焼付装置における半導体ウェハのメカニカルな前置
   位置合せを行なうためのプリアライメントステージ上で
   実行される特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１つに
   記載の信号検出装置。