JPH0141962B2 - - Google Patents

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JPH0141962B2
JPH0141962B2 JP54117844A JP11784479A JPH0141962B2 JP H0141962 B2 JPH0141962 B2 JP H0141962B2 JP 54117844 A JP54117844 A JP 54117844A JP 11784479 A JP11784479 A JP 11784479A JP H0141962 B2 JPH0141962 B2 JP H0141962B2
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JP
Japan
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pattern
light
object surface
light beam
predetermined
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Expired
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JP54117844A
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English (en)
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JPS5642205A (en
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Toshio Matsura
Kyoichi Suwa
Shoichi Tanimoto
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
Application filed by Nikon Corp filed Critical Nikon Corp
Priority to JP11784479A priority Critical patent/JPS5642205A/ja
Publication of JPS5642205A publication Critical patent/JPS5642205A/ja
Publication of JPH0141962B2 publication Critical patent/JPH0141962B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は物体の表面の位置検出方法及び装置に
関し、特に物体表面に方向性のあるパターンが形
成されている場合に好適な位置検出方法及び装置
に関する。
従来、半導体ウエハ等の表面にIC、LSIのパタ
ーン等を焼付けるための焼付装置では、ウエハ表
面を正確に所定の焼付け面(所定平面)に合致さ
せるために、光学式の焦点位置ずれ検出方式を採
用するものがある。この光学式の焦点位置ずれ検
出の一方法として、被検面たるウエーハ上に斜め
方向より細長い断面を有する光束を照射し、その
反射光を振動するスリツトを介して集光し、その
集光された光信号を光電変換した後電気的な処理
をされた出力によつて焦点位置を検出することが
考えられていた。この方式は被検面からの反射光
が振動スリツトの振動中心に対してどれくらいず
れた位置で受光されるのかを検出することによつ
て、被検面が所定平面に対してどれぐらいずれた
かを知るものである。しかし、この方法において
ICパターンの方向性の影響によつて検出精度が
悪化してしまうことが判明した。
ここでICパターンの方向性とは、被検面であ
るウエハ表面に形成された線条パターンの多く
が、ウエハ外形に対して特定の方向(例えば直交
する2方向)に伸びていることを意味する。
本発明の目的は、ICパターン等の方向性の影
響を抑制した光学的な物体表面の位置検出方法及
び検出装置を提供することにある。
以下、図面を参照して本発明の実施例について
説明する。
第1図は本発明の方法を実施するための物体表
面の位置検出装置を焦点位置検出装置に適用した
ものであり、アはその側面図でありイはその上面
図である。光源1(例えばLED)からの光を集
光レンズ2で光束にして細長い矩形であるスリツ
ト3に照射する。そしてスリツト3の像6を第1
の結像レンズ4で斜めに被検面となるウエハ5上
に照射してつくる。スリツト像6のウエハ5から
の反射光は第2の結像レンズ7を通り振動ミラー
8で反射し細長い矩形の検知スリツト9上に再び
結像される。振動ミラー8により再結像された像
10は左右に振られる。ウエハ5が焦点位置、す
なわち焼付け面ともなる所定平面にあるとき、像
10の振動中心が丁度検知スリツト9の位置と一
致するように配置されている。振動する像10の
光の検知スリツト9を通過したものは光電変換素
子11により電気信号に変換されて信号処理系へ
伝達される。
光電変換素子11によつて得られる変調出力信
号を第2図に示す。aはウエハ5が焦点位置から
かなり離れている時である。再結像された像10
の振動中心は検知スリツト9からかなり離れた位
置にあり、従つて像10の振動の振幅が検知スリ
ツト9迄達しないために検知スリツト9を通過す
る光はないから信号は得られない。bはやゝ離れ
た位置に像10がある時であり、像10の振動振
幅の一部が検知スリツト9を通過している。cは
像10の振動振幅の左端(又は右端)が検知スリ
ツト9の左端に一致した時である。dは像10の
振動振幅の左端(又は右端)が検知スリツト9の
左端を通り過ぎてしまつている時であり、通り過
ぎた部分の光は検知スリツト9を通過できないの
で変調出力信号は減少して谷Vが生じている。e
は像10の振動中心が検知スリツト9の中心と一
致した場合、即ちウエハ5の表面が焦点位置(所
定平面)と一致している場合である。f,g,h
及びiはd,c,b及びaに対応するものであ
る。こゝで、注意すべきは、ウエハ5が焦点位置
にある時の変調出力信号eは振動ミラー8の振動
周期(即ち、像10の振動周期)Tの1/2倍の周
期であり、そして出力信号cの場合の周期は振動
周期Tと同じ振動周期であるということである。
従つて、振動ミラー8の振動周期Tの基準波で変
調出力波形a〜iを位相検波すれば第3図のよう
な出力を得ることができる。即ち、信号eには振
動周期Tの成分がなく出力はゼロであり、信号c
の場合最大でなる。焦点合せのためには、出力が
ゼロとなるようにウエハ5の位置を調整すればよ
い。
第4図は信号処理系の回路ブロツク図である。
光電変換素子11からの変調信号は増幅器41で
増幅後、1部がピークホールド回路42に入力さ
れる。ピークホールド回路42は所定の時間減衰
係数を有し、変調信号のピーク値を維持すること
により変調信号のピーク値に対応するDC信号を
得ている。このDC信号は割算器43に入力され、
割算器43においては増幅器41からの変調信号
をピークホールド回路42からのDC信号で割算
している。この事によつて割算器43からの変調
信号の振幅は一定に保れ、光源光量の変化ウエハ
の反射率、及び検知スリツト通過量の変化によら
ずほゞ一定の値となるAGC作用をなしている。
そして振幅一定の変調信号は位相検波器44にお
いて周器Tの基準波により位相検波される。この
位相検波器44の出力は第3図に示すごときもの
であり、ウエハ5が焦点位置にある時に出力がゼ
ロとなる。
しかし、このような物体表面の位置検出方法及
び装置では、さらに以下の点について考慮するこ
とが重要である。すなわち、1つはウエハ5表面
のパターンの方向性とスリツト像6の伸びる方向
(ウエハ上での照射光束による帯状分布の方向)
との関係であり、もう1つはスリツト像6の伸び
る方向と、スリツト像の反射像の変位を検出する
方向との関係、すなわちパターンの方向性と検出
の方向性との関係が重要である。ウエハ上に照射
される光束はスリツト像即ちその断面が細長い矩
形(あるいは線)である。従つて、もしウエハ上
のパターンがこのスリツト像の細長い方向と一致
するような線条のものであると、照射光束のウエ
ハ上の位置によつて再結像された像10の形状が
変つてくる。即ち、もしウエハ5から反射された
再結像の再結像されたスリツト状の像10の幅方
向についての左半分(又は右半分)がパターンの
線(光を吸収する部分)であるならばスリツト状
の像10と検知スリツト9とは互いに平行であ
り、かつ検知スリツト9に対する像10の変位検
出方向は像10の幅方向に合致しているため、光
電変換素子11からは、実質上右方向(又は左方
向)にずれた状態の変調出力信号を生ずる。焦点
位置におけるウエハを左右方向に(水平に)移動
させたときの出力を第5図に示す。本来この出力
はゼロでなければならない。しかし、ウエハ上の
光束の照射位置によつて出力が変化する。これは
前述のようにウエハ上の方向性あるパターンによ
る影響である。一般にICパターン等においては
直交する2つの方向に線条のパターンを多く含
む。従つて、この線条パターンの方向(2方向)
を第1図イに示すようにφとすると、方向φと照
射光束の断面の細長い方向が一致した時最も大き
い影響を受け検出精度が劣化する。また、このよ
うにウエハ5表面への照射光束を斜めに入射さ
せ、その反射光を受光する方式では、その照射光
束のウエハ表面での照射領域内に、反射率の差に
より光量分布が変化するような方向性パターン
(線条パターン群等)が存在すると、これも検出
精度を劣化させる原因となる。本発明における実
施例の装置においては、方向性を有するパターン
の方向と異なる方向に、照射光束及び反射光束の
進行方向を合わせるようにスリツト3、結像レン
ズ4,7及び検知スリツト9の全体配置を、第1
図イに示す如く方向φと異なる方向に例えば45゜
だけ回しておくものである。さらにこのような方
向性を有する線条パターンの場合に、照射光束の
断面の細長い方向を線条パターンの方向φと異な
るよう、例えば45゜の角度をなして照射すること
により方向性線条パターンによる検出精度に与え
る悪影響を抑制するものである。即ち、線条パタ
ーンの方向φと交叉するように細長い断面の像が
そのパターン上(ウエハ上)にできれば、反射光
は一般的に平均化されその照射位置による影響が
低減される。またこの際、検知スリツト9はウエ
ハ5上のスリツト状の像6(又は再結像した像1
0)の方向と平行であるから、検知スリツト9に
よる変位検出方向もパターンの方向φに対してほ
ぼ45゜の角度をなしている。本発明の方法に従つ
て照射して得られた出力を第6図に示す。図から
明らかなようにウエハの水平方向の移動によつて
出力はほゞゼロに維持され検出精度を劣化させる
程度が改善されている。
このような方向性あるパターンの被検面の焦点
検出の問題は、他の光学的方法に関しても生ず
る。例えば、第7図アでは、反射光を振動させる
ことなく検知スリツト9′に再結像している。被
検面が焦点位置にある時再結像された像10′が
検知スリツト9′上にあるようにしてある場合、
被検面が焦点位置にある時検知スリツト9′を通
過する光量が最大となることからその最大値をも
つて焦点位置とするものであるが、もし被検面へ
の照射位置(スリツト像6のできる位置)が変る
ことにより被検面上のパターンにより反射特性が
変われば誤差が生ずることになる。又、第7図イ
では光電変換素子11″は2つのセグメント1
1″aと11″bとに分割されており、素子11″
の中心の上下のセグメント11″aと11″bの出
力を差動的に取り出しているものである。もし被
検面が焦点位置にあれば再結像された像10″は
素子11″の中心にあり差動出力信号はゼロにな
るが、被検面が焦点位置からずれると再結像の像
10″は素子11″の中心からずれるので差動出力
信号が生ずる。この場合もやはり、同様に被検面
のパターンの影響を受ける。従つて、本発明の適
用範囲は、結像レンズ等で作られた集束した光束
(結像光束)を斜めにを被検面に照射し、その反
射光を利用して焦点位置を検出する方法に一般的
に適用され得るものである。以上、本発明のよう
に方向性を有するパターンが形成された物体表面
に斜めに結像光束を照射し、その反射光を受光す
る方式の位置検出方法及び装置において、パター
ンの方向性と異なる方向に帯状に伸びた光束を照
射すること、あるいはパターンの方向性と異なる
方向に反射光束の変位を検出することにより、複
雑で微細なパターン構造の表面での反射特性の変
化による影響を受けにくく、極めて精度の高い位
置検出が可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図ア,イは本発明の実施例による方法を実
施するのに好適な位置検出装置の構成を示す図第
2図は第1図の装置から得られた変調信号の波形
を示す図、第3図は変調信号を位相検波して得ら
れた出力を示す図、第4図は第1図の装置から得
られた変調信号を処理する回路のブロツク図、第
5図及び第6図は被検面が焦点位置(所定平面)
にあるときの雑音(ノイズ)の様子を示す波形
図、第7図ア,イは他の実施例による位置検出方
式の受光系の構成を示す図である。 〔主要部分の符号の説明〕、1……光源、5…
…被検面(ウエハ)、6……細長い断面の光束、
7……結像レンズ、8……振動ミラー、9……ス
リツト。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 所定の方向性を有するパターンが形成された
    物体の表面に集束した光束を斜めに照射し、該物
    体表面からの反射光を受光してその受光位置の変
    化に応じて変化する電気信号を作り、該電気信号
    に基づいて前記物体表面の所定平面に対する位置
    を検出する方法であつて、 前記物体表面を照射する光束の前記物体表面で
    の形状を、前記パターンの所定の方向と異なる方
    向に細長く伸びた帯状にしたことを特徴とする物
    体の表面位置検出方法。 2 前記物体表面のパターンが互いに直交する2
    方向に伸びた線条パターンを多く含むとき、前記
    照射光束の前記物体表面での帯状方向を該線条パ
    ターンの2方向のいずれとも異なる方向に定めた
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の方
    法。 3 前記物体表面からの反射光を受光してその受
    光位置の変化を検出する際、該受光位置の変化の
    検出方向を前記パターンの所定の方向と異ならせ
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第
    2項記載の方法。 4 所定の方向性を有するパターンが形成された
    物体の表面に集束した光束を斜めに照射し、該物
    体面からの反射光束を受光して、その受光位置の
    変化に応じて変化する電気信号を作り、該電気信
    号に基づいて前記物体表面の所定平面に対する位
    置を検出する方法であつて、 前記反射光束の受光位置の変化を検出する方向
    を、前記物体表面上でみたとき、前記パターンの
    方向と異ならせたことを特徴とする物体の表面位
    置検出方法。 5 前記物体表面のパターンが互いに直交する2
    方向に伸びた線条パターンを多く含むとき、前記
    受光位置の変化を検出する方向を、該線条パター
    ンの2方向のいずれとも異なる方向に定めたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第4項記載の方法。 6 所定の方向性を有するパターンが形成された
    物体の表面の所定平面に対する位置を検出する装
    置において、 光源からの光を前記物体表面に斜めに入射する
    結像光束に変換するとともに、 前記物体表面上でみたとき前記パターンの所定
    の方向と異なる方向に光軸を配置した第1の結像
    光学系と; 前記結像光束のうち前記物体表面で反射した反
    射光束を受光して所定の検出面に再結像するとと
    もに、前記物体表面上でみたとき前記第1の結像
    光学系の光軸とほぼ同じ方向に光軸を配置した第
    2の結像光学系と; 前記再結像した反射光束の前記所定の検出面で
    の受光位置の変化に対応した電気信号を出力する
    光電検出手段と; 前記第1の結像光学系から射出した 前記結像光束の前記物体表面での形状を一方向
    に伸びた帯状に整形する光束整形部材とを設け、 前記電気信号に基づいて前記物体表面の所定平
    面に対する位置を検出することを特徴とする物体
    の表面位置検出装置。 7 前記物体表面のパターンが互いに直交する2
    方向に伸びた線条パターンを多く含むとき、 前記第1の結像光学系の前記物体表面上での光
    軸方向を、前記線条パターンの2方向のいずれと
    も異なる方向に定めるとともに、前記光束整形部
    材により整形された前記結像光束の前記物体表面
    での帯状方向を、前記線条パターンの2方向のい
    ずれとも異なる方向に定めたことを特徴とする特
    許請求の範囲第6項記載の装置。
JP11784479A 1979-09-17 1979-09-17 Focus detecting method Granted JPS5642205A (en)

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JP11784479A JPS5642205A (en) 1979-09-17 1979-09-17 Focus detecting method

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JPS5642205A JPS5642205A (en) 1981-04-20
JPH0141962B2 true JPH0141962B2 (ja) 1989-09-08

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