JPS6350017A - 自動焦点検知装置 - 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】 ［発明の属する分野］ 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に適用される自動焦点検知装置に
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、精度よく位置合せするに先立ち、投影光学系の
結像面と物体面との距離を最適に検出する自動焦点検知
装置に関する。

［従来技術の説明］ 半導体回路素子はその構成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
、正確に位置決めしなければならない。

第１図は、従来例であり本発明の適用対象例でもある投
影焼付装置の縮少投影レンズおよびエアマイクロセンサ
部分の断面図である。同図において、１は縮少投影レン
ズ、２と４はエアマイクロセン勺＜以下、エアセンサと
いう）のノズル、６はウェハである。

第２図は、縮小投影レンズ１とエアセンサのノズルおよ
びウェハ６の上面図を示す。２〜５は縮小投影レンズに
取付けられた４ケのエアセンサのノズルであり、ウェハ
６の表面までの距離を測定している。

第１図においてエアセンサノズルは２と４のみが現われ
ているが、第２図に示すように２〜５の４本が設けられ
ている。エアセンサにょるつＪハロの表面までの距離の
測定は、図示しないマイクロプロセッサにより制御され
ている。

このように、縮小投影レンズ端面からウェハ表面までの
距離を測定するためにはエアセンサを使用することが多
い。エアセンサのノズルは、例えば縮小投影レンズの周
囲に４本取り付【プられており、ウェハが上下すること
によりそれらのノズルから吹き出す空気の流量または圧
力の変化が起きる。この圧力の変化により、縮小投影レ
ンズ端面からウェハ表面までの距離を測定する。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述したように、エアセン４ノーのノズルは縮小投影レ
ンズの周囲に取付けられている。従って、エアセンサに
Ｊ：るウェハまでの距離の測定では縮小投影レンズと焼
付けるべきショット領域の面との距離を直接に測定して
いる訳ではなく、ショット領域の周辺部分において測定
した距離データから求めているのである。

このように距離を求めて位置合せを粘度良く行なうため
には、ウェハの平面度が高いという前提が必要である。

ウェハの平面度が低いと、ショット領域の周辺部におい
て測定した距離データに基づいて縮小投影レンズと焼付
けるべきショッ１〜領域の面との距離を算出しても、そ
の値と実際の距離との差が許容できる値を越えてしまう
ことが考えられ、この場合、算出した距離の値に基づい
て位置合せをしても投影光学系の結像面と当該ショット
領域とが一致しないからである。

ところが、近年ウェハが大口径となるに伴い、ウェハの
平面度が問題となり、特にウェハの゛そり″が大きい周
辺部分ではウェハが平面であるという仮定が成り立たず
、ウェハ表面までの距離の測定精度を悪くするという欠
点があった。

本発明は、上述の従来形の問題点に鑑み、ウェハ等の平
板状物体において平面度が高いという仮定が成り立たな
い周辺部分では、あるショッ１〜領域における物体面ま
での距離としてその前のショットにおいて測定した距離
データのうち当該ショット領域に一番近かったエアノズ
ルの測定値を用いて、フォーカス駆動を行なうという構
想に基づぎ、ステップ移動後は当該領域において物体面
を最良の焦点位置に位置合わせすることのできる自動焦
点検知装置を提供することを目的とする。

さらに、物体の周辺部分のみならず中央部分においても
、ステップ毎に上°述と同様のフォーカス駆動の前処理
を行なうことにより、フォーカス駆＝４− 動時間を短縮覆ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段および作用］上記の目的
を達成するため、本発明の自動焦点検知装置では、ある
ショット領域において、複数の位置検知手段で、物体面
までの距離を測定した際に、その領域の次の領域におけ
る距離を測定した位置検知手段の出ノｊを記憶しておき
、その測定値を元に次領域の位置決定を行なうことを特
徴としている。

これにより、パそり″の大きい周辺部分であっても測定
精度の高い位置合せが可能となる。

［実施例］ 以下、図面に従って本発明の詳細な説明する。

本発明は、第１図に示したような投影焼付装置に適用が
可能である。

第２図の上面図において、ノズル２〜５で測定した縮小
投影レンズ１の端面からウェハ６の表面までの距離を各
々ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４とすると、その平均距離は （ｄｌ　＋ｄ２　＋ｄ３　＋ｄ４　）／４となる。所定
の縮小投影レンズ１の結像面位置と縮小投影レンズ１の
端面間の距離をｄｏとすると、結像面位置にウェハを移
動させるのにはΔｄ＝ｄＯ−（ｄｌ　＋ｄ２　＋ｄ３　
＋ｄ４　）／４なる量Δｄだけウェハ６を移動させれば
良い。この結果、ウェハの平均面が結像面位置となる。

第３図（ａ）は、ウェハ６上のショット配列、縮小投影
レンズ１およびエアセンサノズル２〜５の配置を示した
図である。同図において、１から３２までの番号を付し
た各矩形領域（例えば、斜線を付したＰ、Ｑで示す領域
）は１シヨツトで露光されるパターン領域である。ステ
ップアンドリピートタイプの投影焼付装置は、このよう
に、ウェハ６をＸＹ軸方向にステップ移動させて分割焼
付を行なう。

まず、ウェハの周辺部分の焼付けを行なう場合について
述べる。ショット領域Ｑを焼付ける場合、ウェハ６に対
して縮小投影レンズ１およびエアセンサノズル２〜５は
第３図（ａ）に示すように位置している。ここで、領域
Ｑのショットの１つ前の領域Ｓのショットの様子を第３
図（ｂ）に示す。

同図から、領域Ｓを焼付ける際にその隣りの領域Ｑと縮
小投影レンズ１との距離がエアセンサノズル２により測
定されることがわかる。従って、領域Ｑを焼付けるとき
の位置合せは、領域Ｓを焼付ける際のエアセンサノズル
２の測定値ｄ１を用いて行なう。

ただし、第３図（ａ）において、第２８番領域から第２
９番領域ヘステップするような場合には、第２９番領域
に一番近いノズルの計測値を先読みフォーカスとして用
いることにする。すなわち、この場合、ノズル４で計測
した値ｄ３を先読みフォーカス距離とする。

一方、ウェハの中央部分の焼付けの場合には、ウェハの
周辺部分の焼付けのように１つ前のショッ１〜のときの
測定値を直接位置合せに用いることはしない。これらの
測定値データはＸ−Ｙステージを駆動するときに同時に
７ステージを駆動させるのに用いられる。そして、Ｘ−
Ｙステージの駆動終了後に、従来の方法で結像面位置と
ウェハとのずれを測定し、７ステージを駆動させて位置
合せをする。１つ前のショットのときの測定値を用いて
、Ｘ−Ｙステージを駆動するときに同時に７ステージを
駆動しているから、フォーカスのための駆動はわずかで
よく、短時間で位置が決まる。

各ショット位置におけるエアセンサノズルの有効／無効
情報は、本体装置の操作を制御しているコンソールで計
算処理される。その有効／無効の情報と共に、次のショ
ットに有効なエアセンサノズルの選択もコンソールから
入力される。このように、次のショットに有効なエアセ
ンサノズルによるフォーカス距離情報を先読みフォーカ
ス距離′情報と呼ぶ。

第４図は、本発明の一実施例に係る自動焦点検知装置の
システムブロック図である。本実施例における装置の操
作を司どるのはコンソール１５であ′　る。オペレータ
はまず、入カキ−１５ｃからウェハ６のサイズやＸＹ方
向のステップ距離あるいは露光時間等の諸情報をキーイ
ンする。これらの情報はコンソール制御ＣＰ　Ｌｌ　１
５ａを通じて一旦メモリ１５ｂに記憶される。コンソー
ル制御ＣＰ　Ｕ　１５ａは、メモリ１５ｂに記憶された
情報を元に計算処理し、第３図（ａ）および（ｂ）に示
すような各ショットの中心座標や、エアセンサの有効／
無効情報を算出する。その結果は再びメモリ１５ｂに記
憶される。また、装置本体に起動をかける場合も、やは
りオペレータは入カキ−１５ｃから、起動指令なるコー
ドをキーインする。するとメモリ１５ｂに記憶された情
報は、コンソール制御ＣＰＵ　１５ａを通じて本体制御
ＣＰ　ＬＪ　１１ａに伝達され、メモリ１１ｂに記憶さ
れて、本体に起動がかかる。本体装置の各ユニットに対
しては、本体ユニット制御系１１内の各インターフェー
スを通じて、駆動あるいは信号処理が行なわれる。

ウェハ６と縮小投影レンズ１との焦点合せは以下のよう
に行なう。まず、エアセンサノズル２〜５からの応答圧
力を電圧変換回路１１ｄによって、電気的信号に変換す
る。この信号は、Ａ／Ｄコンバータ１１Ｃによりデジタ
ルデータに変換され、本体制ｍ　ＣＰ　Ｕ　Ｉｌａに伝
達される。ＣＰ　Ｕ　１１ａにおいては、前もってメモ
リ１１ｂに記憶されているエアセンサの有効／無効情報
をもとに、有効なエアセンサによる測定値のみを抽出し
て、瞬時に設定駆＠徂を計算し、７ユニツト駆動回路１
１ｅに供給づる。７ユニツト駆動回路１１ｅでは、この
設定駆動量に応じてＺユニット４０を駆動する。

本発明は、ウェハ周辺部分のフォーカス距離合せの精度
を高めると共に、ウェハ中央部分のフォーカス距離合せ
時間を短縮覆るものである。第５図のフローヂャートを
参照して、位置合せの動作を説明する。

まず、先読みフォーカス距離情報を記憶するメモリの初
期化をする（ステップ１０１）。次に、ステップアント
リビー１〜の処理に入る。そして、第１番領域かどうか
を調べる（ステップ１ｏ２）。第１番領域ならば先読み
フォーカス距離情報がないからＸ−Ｙステージの移動を
完了させ（ステップ１０３）、第１番領域でなりればＸ
−Ｙステージの移動と同時に先読みフォーカス情報に合
せてＺステージも移動する（ステップ１０４）。次に、
タイマをオンしくステップ１０５）、エアセンサが安定
するまでの時間を秒経過−するまで待機する（ステップ
１０６）。次に、第１番領域かどうかをチェックし、第
１番領域であればステップ１０８をパスし、ステップ１
０９へ進む。第１番領域でな【プれば、使用不可となる
ノズルがあるかどうか判断するくステップ１０８）。ス
テップ１０８を満足しないときはエアセンサで計測を行
ないくステップ１０９）、それを元にフォーカス駆動を
行なう（ステップ１１０）。まｌζ、ステップ１０８を
満足したとぎは、この２つのステップ１０９と１１０を
省略する。さらに、次のショットに有効な先読みフォー
カス距離の値をメモリに記憶でる（ステップ１１１）。

最後に、露光を行ない（ステップ１１２）、ウェハにつ
いて全ショッ１〜領域の露光が終了したかをみる（ステ
ップ１１３）。終了していなければ、Ｘ−Ｙステージの
次ショッ１〜へのステップフィードを開な合しくステッ
プ１１４　）　、ステ・ンブ１０２へと戻る。

［発明の効果１ 以−に説明したように、本発明の自動焦点検知装置によ
れば、ウェハ等の物体の周辺部分においては１つ前のシ
ョットで直接結像面までの距離を測定した値を用いてフ
ォーカス駆動を行なっているため、高い精度でかつ無駄
時間もり１除して、物体面を焦点位置に合せることがで
きる。また、このように測定した距離データを用いてス
テップ移動時に物体または投影光学系を駆動することに
より、ウェハの中央部分においてはフォーカス駆動時間
を短縮することができ、無駄時間がυ１除されるので投
影焼付装置としてのスループットも向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来例であり本発明の適用対象例でもある投
影焼付装置の縮小投影レンズおよびエアセンサ部分の断
面図、 第２図は、縮小投影レンズとエアセンサのノズルおよび
ウェハの上面図、 第３図は、ウェハ上のショット配列に対する縮小投影レ
ンズおよびエアセンサノズルの配置を示す図、 第４図は、本発明の一実施例に係る自動無点検知装置の
システムブロック図、 第５図は、本実施例の装置における処理手順を示すフロ
ーヂャートである。 １・・・縮小投影レンズ、２〜５・・・エアセンサノズ
ル、６・・・ウェハ、　　　１１ａ・・・本体制御ＣＰ
Ｕ。 １１ｂ、１５ｂ−・・メモリ、１５ａ・・・コンソール
制御ｃｐｕ。 １５ｃ　−・・入カキ−１１５ｄ・ＣＲＴ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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複
   数の位置検知手段と、 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
   結像面に位置合せするため、該位置検知手段の測定値出
   力から算出した設定駆動量で上記物体または上記投影光
   学系を光軸方向に駆動する駆動手段と、 該物体面の各領域における上記位置検知手段の測定値出
   力のうち次の領域に関する位置情報をステップ移動前に
   記憶する手段と、 該位置情報に基づき次領域における位置合せを行なう制
   御手段と を備えることを特徴とする自動焦点検知装置。 ２、前記制御手段が、前記平板状物体のステップ移動の
   際に同時に前記位置情報に基づき前記駆動手段を駆動す
   る特許請求の範囲第１項記載の自動焦点検知装置。