JPH04196515A

JPH04196515A - 合焦装置

Info

Publication number: JPH04196515A
Application number: JP2332417A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Iwazawa; 岩澤　利幸; Takeo Sato; 佐藤　健夫
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-11-28
Filing date: 1990-11-28
Publication date: 1992-07-16
Anticipated expiration: 2010-04-10
Also published as: JPH0732118B2

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】産業上の利用分野本発明は、半導体等の露光転写に使用する縮小投影露光
装置における合焦装置に関するものである。

従来の技術最近、マスクに描かれたパターンをウエノ＼上へ転写す
る装置として、縮小投影露光装置（以後、ステッパーと
呼ぶ）がＤＲＡＭやＬＳＩ等の製造に盛んに利用される
ようになって来た。このステッパーには投影レンズを通
してレチクルパターンをウェハ上に鮮明に投影するため
の合焦装置が組み込まれており、この合焦装置としては
、例えば、特開昭６０−１０１５４０号公報や精密工学
会編、精密機構（オーム社）、精密工学台、研究例会Ｎ
ｏ８９−０３等に記載されている構成で知られている。

以下、図面を参照しながら上記従来のステッパーにおけ
る合焦装置について説明する。

第７図は従来例における合焦装置を示す構成図である。

第７図において、１０１はウェハ、１０２はウェハ１０
１を３次元的に移動させるためのウェハステージであり
、合焦調整では主に上下方向（Ｚ軸方向）の移動を行な
う。１０３はレチクル（図示せず）のパターンをウェハ
１０１ｉｒｌｕ：：投影露光するための投影レンズ、１
０４はＬＥＤ等の発光素子、１０５は発光素子１０４で
発した光を平行光線にするためのレンズであり、このレ
ンズ１０５の焦点付近に発光素子１０４が設けられてい
る。１０６は送光スリットであり、平行光線の一部を通
過させるために長方形状のスリットが開けられ、この長
方形のスリットの中心が光軸となるように設けられてい
る。１０７は送光スリット１０６から発せられたスリッ
ト光をウェハ１０１の面上に結像するためのレンズ、１
０８はウェハ１０１上で反射したスリット光を再び結像
させるためのレンズ、１０９は光軸を中心として円周方
向に振動する振動ミラー、１１０は振動ミラー１０９を
振動周波数ｆで駆動するミラードライバ、１１１は振動
ミラー１０９の振動中心（無振動状態）に対し、共役な
光軸中心に開けられた長方形状のスリットを持つ受光ス
リット、１１２は同様にレンズ１０８による結像点と共
役な位置に設けられ、受光スリット１１１を通った光を
電気信号に変換するための受光素子、１１３は受光素子
１１２からの信号１１４を振動ミラー１０９の振動周波
数ｆのサイン波信号で位相同期検波し、かつ平滑化する
ための位相同期検波処理回路、１１５は位相同期検波処
理回路１１３からの信号１１６により焦点ずれ量を算出
し、それに従ってウェハステージ１０２を上下方向（Ｚ
軸方向）に移動させるためのウェハステージ制御駆動回
路である。

以上のような構成において、以下、その動作について説
明する。

第７図においては、レチクル、投影レンズ１０３、ウェ
ハ１０１の光学系でレチクルパターンの焦点がウェハ１
０１の表面上で合った時の状態を示しており、この時の
投影レンズ１０３とウェハ１０１との間の距離をＺｏと
する。

発光素子１０４からの光は、レンズ１０５で平行光にな
る。この平行光のうち、光軸近傍の光は送光リフト１０
６を通り、レンズ１０７により投影レンズ１０３の中心
の直下で、かつウェハ１０１の表面上で送光スリット１
０６の像を結ぶ。この像はウェハ１０１上で反射され、
レンズ１０８を通り、ミラードライバ１１０により振動
周波数ｆで駆動される振動ミラー１０９で反射される。

上記のようにウェハ１０１は合焦点Ｚ＝Ｚｏにおかれて
いるため、この反射された光は受光素子１１２の前に設
けられた受光スリット１１１におけるスリットの中心、
つまり光軸中心をセンタとして、一定振幅ＡＯで振動す
る。今、送光スリット１０６のスリット幅をＬｌ、受光
スリット１１１のスリット幅をＬ２とすると、Ｌｌ≦Ｌ
２≦ＡＯのとき、受光素子１１２の電気信号１１４は、
第８図の■で示すように振動ミラー１０９の振動周波数
ｆの２倍の周波数２ｆのサイン波に近い信号となる。そ
して、ウェハステージ１０２を移動させるに従い、受光
スリット１１１上に投影された送光スリット１０６の像
の中心が移動するため、第８図に示す工〜■へと波形が
変化して行く。受光素子１１２の出力信号１１４につい
てミラードライバ１１０からの振動周波数ｆのサイン波
信号をリファレンス信号として位相同期検波処理回路１
１３で検波して平滑化すると、ウエノＸ１０１が合焦点
２＝２０にある時には出力信号１１６は零となる。そし
て、ウェハステージ１０２を移動させて行くに従って第
９図に示すようなＳ字形の特性が得られる。この特性を
もとにしてウエノ１ステージ制御駆動回路１１５は、位
相同期検波処理回路１１３の出力信号１１６により現時
点のウエノ＼１０１の位置Ｚを判定し、合焦点Ｚ＝ＺＯ
との差（Ｚ−２Ｏ）だけウェハステージ１０２を移動さ
せる。このようにして焦点合わせが行なわれる。

発明が解決しようとする課題一般にウェハは半導体素子への製造過程において、蒸着
、レジスト塗布、エツチング等の種々のプロセス処理を
受け、その処理ごとにウェハの表面状態、つまり反射率
が変化する。また、同一プロセスでも、ウェハごとに反
射率が少しずつ異なる。そのために上記のような従来例
の構成では、投影レンズ１０３とウェハ１０１との間の
距離か一定値であってもプロセスごとの、またはウェハ
１０１ごとの反射率の違いにより受光素子１１２の出力
の振幅が変化する。したがって、投影レンズ１０３とウ
ェハ１０１との間の距離を変化させて得られた第８図の
各々の波形においても反射率の変化に従って振幅も変化
する。また、この信号を位相同期検波処理を行なうと、
振動ミラー１０９の周波数、振幅が同じであっても、ウ
ェハ１０１の反射率の違いにより第１０図に示すように
、特性Ａ、Ｂのような違いが生じる。そこで、ウェハ１
０１ごとに、また、プロセス段階ごとにウェハステージ
１０２を移動させ、第９図に示すような特性を取り、そ
の特性に従って焦点合わせを行なうことが必要となり、
そのために多くの時間を要し、露光効率の向上に支障を
きたすという問題があった。

本発明は従来技術の以上のような問題を解決するもので
あり、合焦検出光学系の受光素子の出力を正規化するこ
とにより、位相同期検波処理後の出力値とウェハの移動
量との特性であるＳ字形特性を反射率に関係しない単一
の特性、つまり、正規化された特性とし、ウェハごと、
プロセス段階ごとに特性を取り直すことな（、短時間に
効率よく合焦操作を行なうことができるようにした合焦
装置を提供することを目的とするものである。

課題を解決するための手段上記目的を達成するための本発明の技術的解決手段は、
発光素子から発した光を送光スリットに通してウェハ上
に結像し、この反射光を振動ミラーにより受光スリット
に通して受光素子に結像する合焦検出光学系と、上記ウ
ェハの入反射点と振動ミラーとの間の光路に設けられ、
反射、若しくは透過する一方の合焦検出光を上記振動ミ
ラーに導くハーフミラ−と、このハーフミラ−の透過、
若しくは反射するモニタ検出光を受光するモニタ用受光
素子と、上記合焦検出光の受光素子の８力と上記モニタ
用の受光素子の出力との比を求める除算手段と、上記振
動ミラーの振動周波数をリファレンス信号として上記除
算手段の値を位相同期検波することにより合焦検出を行
なう手段とを備えたものである。

また、発光素子から発した光を送光スリットに通してウ
ェハ上に結像し、この反射光を振動ハーフミラ−により
反射し、合焦検出光として受光スリットに通して受光素
子に結像する合焦検出光学系と、上記振動ハーフミラ−
を透過するモニタ検出光を受光するモニタ検出用受光素
子と、上記合焦検出光の受光素子の出力と上記モニタ用
受光素子の出力との比を求める除算手段と、上記振動ミ
ラーの振動周波数をリファレンス信号として上記除算手
段の値を位相同期検波することにより合焦検出を行なう
手段とを備えたものである。

また、発光素子から発した光を送光スリットに通してウ
ェハ上に結像し、この反射光を振動ミラーにより受光ス
リットに通して受光素子に結像する合焦検出光学系と、
上記振動ミラーによる反射光の最大値を上記受光素子を
介して保持すると共に、出力するピークホールド回路と
、上記受光素子の出力と上記ピークホールド回路の出力
との比を求める除算手段と、上記振動ミラーの振動周波
数をリファレンス信号として上記除算手段の値を位相同
期検波することにより合焦検出を行なう手段とを備えた
ものである。

作　　用したがって、本発明によれば、ウェハの合焦検出光学系
の受光素子の出力と、この合焦検出光学系におけるウェ
ハからの反射側のノーーフミラーにより反射、若しくは
透過するモニタ検出光を受光したモニタ用受光素子との
比を除算手段で求め、またはウェハの合焦検出光学系の
受光素子の出力と、この合焦検出光学系におけるウェハ
からの反射側の振動ハーフミラ−の透過光を受光したモ
ニタ用受光素子の出力との比を除算手段で求め、または
ウェハの合焦検出光学系の受光素子の出力と、この受光
素子の出力からピークホールド回路で求めたウェハから
の反射側の振動ミラーによる反射光の最大値との比を除
算手段で求め、合焦検出光学系の受光素子の出力を正規
化し、振動ミラー、または振動ハーフミラ−の周波数を
リファレンス信号として上記正規化した値を位相周期検
波して合焦検出を行なうことにより、ウエノ＼の反射率
の変化に依存することなく、合焦検出を行なうことがで
きる。

実施例以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。

まず、本発明の第１の実施例について説明する。

第１図は本発明の第１の実施例における合焦装置を示す
構成図である。

第１図はウェハが合焦点にあるときの状態を示している
。

第１図において、１はウェハ、２はウエノ＼１を３次元
的に移動させるためのウエノ１ステージであり、合焦操
作では主に上下方向（Ｚ軸方向）の移動を行なう。３は
レチクル（図示せス）ツバターンをウェハ１の面に投影
露光するための投影レンズ、４は合焦検出光学系におけ
るＬＥＤ等の発光素子、５は発光素子４から発した点状
の光を平行光線にするためのレンズであり、このレンズ
５の焦点近傍に発光素子４が設けられている。６は送光
スリットであり、レンズ５からの平行光線の一部を通過
させるために長方形状のスリットが開けられ、この長方
形のスリットの中心が光軸となるように設けられている
。７はレンズであり、露光焦点が合った状態では、送光
スリット６を通過した光を投影レンズ３の中心直下のウ
ェハ１の面上Ｐに結像するような位置に設けられている
。８はウェハ１上で反射したスリット像を再び結像させ
るためのレンズ、９はハーフミラ−であり、レンズ８を
通った光の一部を反射させ、残る一部を透過させる。１
０はハーフミラ−９で反射したモニタ検出光を受光する
モニタ用受光素子であり、反射したモニタ検出光の光軸
上で、かつハーフミラ−９に対し、レンズ８の結像点と
共役な位置に設けられている。１１は光軸を中心とした
円周方向に振動し、ハーフミラ−９を透過した合焦検出
光を反射する振動ミラー、１２は振動ミラー１１を周波
数ｆ、一定振幅で振動させるドライバであり、周波数ｆ
の発振回路を内蔵している。１３は受光スリットであり
、振動ミラー１１が振動中心にあるとき、すなわち、振
動停止状態の時、この振動ミラー１１に対し、共役とな
る光軸をスリットの中心に持つ。１４は受光スリット１
３を通過した光を電気信号に変換するための受光素子で
あり、停止状態の振動ミラー１１に対し、レンズ８の焦
点と共役な位置の近傍に設けられている。１５は増幅器
であり、合焦検出光学系の受光素子１４の電気信号を増
幅する。１６は増幅器であり、モニタ用受光素子１０の
電気信号を増幅する。１７は増幅器１５の出力を増幅器
１６の出力で除する除算器、１８はドライバ１２の周波
数信号をリファレンス信号として、除算器１７の８力を
位相同期検波する位相同期検波器、１９は位相同期検波
器１８の出力信号を平滑化するための低域ろ波器、２０
はウェハステージ制御回路であり、投影レンズ３とウェ
ハ１との距離を変化させることによって得られる位相同
期検波特性をもとにして低域ろ波器１９の出力信号によ
りウェハステージ２の合焦点への移動量を決定し、移動
信号を出力する。２１はウェハステージ駆動回路であり
、ウェハステージ制御回路２０から出力された移動信号
に基づいてウェハステージ２を移動させるための駆動回
路である。

合焦検出光学系の発光素子４から発した光は、レンズ５
により平行光になる。その平行光のうち、光軸近傍の光
は送光スリット６を通過し、レンズ７により投影レンズ
３の中心の直下で、かつウェハ１の表面上の点Ｐで送光
スリット６の像を結ぶ。このスリット像はウェハ１上で
反射され、レンズ８に達する。このレンズ８は結像する
ためのものであり、レンズ８を通った光はハーフミラ−
９で反射光（モニタ検出光）と透過光（合焦検出光）に
分けられる。反射光はノ＼−フミラー９に対し、レンズ
８の焦点と共役な点、つまり反射光の結像点に設けられ
たモニタ用受光素子１０に達し、このモニタ用受光素子
１０で電気信号に変換される。合焦操作では、合焦点Ｚ
＝ＺＯを基準にして上下方向（Ｚ軸方向）に数１０μｍ
から数１００μｍ程度のわずかな移動を行なうものであ
り、このような場合、モニタ用受光素子１０の出力は、
ウェハ１の反射率が変わらなければ、一定値と見なすこ
とができる。一方、ハーフミラ−９で透過した光は、第
１図中の点線で示すレンズ８の焦点に結像しようとする
が、ドライバ１２により周波数ｆ、一定振幅で駆動させ
る振動ミラー１１で反射され、この振動ミラー１１に対
し、共役な点に結像する。そして、この共役点に受光素
子１４が設けられ、また、受光素子１４の直前には受光
スリット１３が設けられている。また、上記のようにウ
ェハ１は合焦点Ｚ＝ＺＯに置かれているので、振動ミラ
ー１１で反射された光は、受光スリット１３におけるス
リットの中心、つまり、光軸をセンタとして、一定振幅
で振動している。

この一定振幅をＡＯとする。受光スリット１３を通過し
た光は、受光素子１４で受光され、受光素子１４の出力
信号は増幅器１５で増幅される。また、モニタ用受光素
子１０の出力は、増幅器１６で増幅される。

今、振動ミラー１１が振動中心で停止している場合、合
焦検出光学系の受光素子１２の出力と、モニタ受光素子
１６の出力との比は一定であり、ハーフミラ−９の反射
光と透過光との光量比となる。そこで、その比が１とな
るように増幅器１５および１６で調整することにより除
算器１７の８カは１となる。そこで、振動ミラー１１が
停止している場合、ウェハステージ２を水平方向（Ｘ１
Ｙ軸方向）に移動させても、また、垂直方向（Ｚ軸方向
）に移動させても、また、反射率の異なるウェハ１に替
えても除算器１７の出力は１となる。次に、ウェハステ
ージ２のＺ軸を合焦点（この点をＺＯとする）に移動さ
せ、再び振動ミラー１１を作動させると、送光スリット
６の像は、受光スリット１３の表面上を、スリットの中
心をセンターとして、幅ＡＯで振動する。送光スリット
６、受光スリット１３のスリット間隙をそれぞれＬｌ、
Ｌ２とすると、Ｌ１≦Ｌ２≦ＡＯの時、除算器１７の出
力は、第２図のＶで示すように、最大値１、周波数２ｆ
の正規化されたアナログ波形が得られる。そして、ウェ
ハステージ２のＺ軸を移動させることにより、第２図の
Ｉ〜■のような正規化された波形を得ることができる。

また、ウェハ１ごとに反射率が違っても、また、同一ウ
ェハ１で部分的に反射率が異なっていても、また、プロ
セス段階ごとに反射率が違っていても、ウェハ１をＺ軸
方向に移動させたときに得られる除算器１７の出力信号
は、第２図のＩ〜■の正規化された波形が得られる。そ
こで、除算器１７の出力を位相同期検波器１８の信号入
力とし、ドライバ１２の周波数信号をリファレンス信号
として位相同期検波し、その出力を低域ろ波器１９で平
滑化すると、その出力は、ウェハ１のＺ軸方向の移動量
に従って第３図に示すような最大値が一定値ＶＯとなる
Ｓ字形の特性が得られる。この特性は、ウェハ１のＰ点
の反射率が異なっても常に同一となる。

したがって、第３図に示すＳ字形特性をウェハステージ
制御回路２０に記憶させておき、ウェハ１が合焦点にな
いときの低域ろ波器１９の出力をウェハステージ制御回
路２０に入力し、その入力信号とＳ字形特性とを比較す
ることにより、合焦点までのウェハステージ２の移動量
を算出し、その移動量をウェハステージ駆動回路２１に
出力し、ウェハステージ２を駆動させ、若しくはＳ字形
特性と比較し、低域ろ波器１９の出力が０となるまでウ
ェハステージ２を駆動することにより、ウェハ１を合焦
点に移動させることができる。

このように、本実施例によ゛れば、発光素子４より発し
た光を送光スリット６に通し、レンズ７で結像させてウ
ェハ１で反射させ、その反射光をレンズ８で再び結像さ
せるが、結像させる前にハーフミラ−９で反射光と透過
光に分け、反射光をモニタ用受光素子１０で検出し、一
方、透過光を振動ミラー１１で反射し、その反射光をス
リット１３に通して受光素子１４で検出する。そして、
受光素子１４の増幅後の出力を被除算入力とし、モニタ
用受光素子１０の増幅後の出力を除算入力として、除算
器１７で除することにより正規化し、振動ミラー８の振
動周波数信号をリファレンスとして、上記正規化した値
を位相同期検波器１８および低域ろ波器１９で検波、平
滑し、ウェハステージ制御回路２０で合焦点までのウェ
ハ１の移動距離を求め、ウェハステージ振動回路２１で
ウェハステージ２を移動させて合焦させることにより、
ウェハ１の反射率が異なってもＳ字形特性を取り直す必
要がなく、ウェハ１の反射率の変化に即座に対応するこ
とができる効率のよい合焦装置を提供することができる
。

なお、本実施例においては、モニタ用受光素子１０の直
前にスリットを設けない場合について説明したが、受光
素子１４と同じようなスリットを設けてもよい。また、
ハーフミラ−９の反射光をモニタ検出光、透過光を合焦
検出光としたが、透過光をモニタ検出光、反射光を合焦
検出光となるように構成してもよい。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第４図は本発明の第２の実施例における合焦装置を示す
構成図である。なお、第４図においては、ウェハが合焦
点にあるときの状態を示している。

本実施例において、上記第１の実施例と同一の構成要素
については同一の符号を付してその説明を省略し、異な
る構成について説明する。

本実施例の特徴とするところは、第４図に示すように、
上記第１の実施例におけるハーフミラ−９および振動ミ
ラー１１の２つの部材に代えてハーフミラ−で振動ミラ
ー２２を構成し、この振動ハーフミラ−２２の透過光の
結像点にモニタ用受光素子１０を設けた点にある。なお
、振動ハーフミラ−２２は、円周方向に振動するので、
その透過光の光軸および焦点も振動に従って移動する。

そのため、モニタ用受光素子１ｏは振動ハーフミラ−２
２が振動停止状態の光軸に対し、垂直な向きに位置し、
かつ振動しているときの結像点、つまり焦点の移動に対
し、受光をカバーすることができる程度のサイズに設定
する。このような構成によりＰ点の反射率に変化がない
とき、振動ハーフミラ−２２が振動していてもその透過
光の受光量は常に一定値であり、モニタ用受光素子１０
はモニタとしての機能を果たすことができる。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

発光素子４からレンズ８までの動作については上記第１
の実施例と同様であるので、その説明を省略する。レン
ズ８を通った光は振動ハーフミラ−２２で反射光と透過
光に分けられる。反射光は上記第１の実施例と同様であ
り、透過光はレンズ８の焦点に送光スリット６の像を結
ぼうとするが、振動ハーフミラ−２２が振動しているた
め、その振動に伴い、結像点も円周方向に移動する。

しかし、この移動量は送光スリット６のスリット幅の数
倍程度であって大きくなく、また、モニタ用受光素子１
０はこの移動に対し、十分カバーできる受光面積を持つ
ので、振動していても常に−定値の光量を受光する。し
たがって、モニタ用受光素子１０は上記第１の実施例に
おけるモニタ用受光素子１０と同じ動きをする。そこで
、振動ハーフミラ−２２を振動中心で停止させると、受
光素子１４の出力とモニタ用受光素子１０の出力との比
は振動ハーフミラ−２２の反射光と透過光との光量比と
なるが、その比が１となるように増幅器１５および１６
を調整し、増幅器１６の出力を除算器１７の除算入力、
増幅器１５の出力を除算器１７の被除算入力とすると、
上記第１の実施例と同様に除算器１７の出力は１となる
。次に、上記第１の実施例と同様にＬ１≦Ｌ２≦ＡＯの
とき、振動ハーフミラ−２２を作動させ、ウェハステー
ジ２をＺ軸方向に移動させると、除算器１７の出力は第
２図のＩから■のように正規化された信号を発生する。

また、点Ｐにおける反射率が異なっても、第２図のよう
に正規化された同じ信号が得られる。その結果、この信
号を位相同期検波器１８、低域ろ波器１９で検波、平滑
にした特性は、第３図に示すようになる。そこで、この
特性を用い、上記第１の実施例と同様に合焦操作するこ
とができる。

このように、本実施例によれば、発光素子４より発した
光をレンズ５で平行にし、その平行光を送光スリット６
に通し、レンズ７でウェハ１の近傍で結像させ、この結
像を点Ｐで反射し、その反射光をレンズ８で再び結像さ
せる。レンズ８からの光を振動ハーフミラ−２２で反射
光と透過光に分け、反射光を受光スリット１３に通して
受光素子１４で受光し、一方、透過光をモニタ用受光素
子１０で受光する。モニタ用受光素子１０の増幅後の出
力を除算入力、受光素子１４の増幅後の出力を被除算入
力として除算器１７で除することにより正規化し、振動
ハーフミラ−２２の振動周波数信号をリファレンスとし
て、上記正規化した値を位相同期検波器１８および低域
ろ波器１９で検波、平滑し、ウェハステージ制御回路２
０で合焦点までのウェハ１の移動距離を求め、ウェハス
テージ駆動回路２１でウェハステージ２を移動させて合
焦させることによりウェハ１の反射率が異なっでも、反
射率が異なるごとにＳ字形特性を取り直す必要がなく、
ウェハ１の反射率の変化ｉ：　即座に対応することがで
き、効率のよい合焦装置を提供することができる。

なお、本実施例において、モニタ用受光素子１０の直前
に受光素子１４と同様に受光スリットを設けてもよい。

次に、本発明の第３の実施例について説明する。

第５図は本発明の第３の実施例における合焦装置を示す
構成図である。なお、第５図においては、ウェハが合焦
点にあるときの状態を示している。

本実施例において上記第１の実施例と同一の構成要素に
ついては同一の符号を付してその説明を省略し、異なる
構成について説明する。

本実施例の特徴とするところは、第５図に示すように、
上記第１の実施例におけるハーフミラ−９、モニタ用受
光素子１０および増幅器１６に代えてピークホールド回
路２３を設けた点にある。

このピークホールド回路２３は増幅器１５の出力信号か
らピーク値（最大値）を求め、その値を記憶する機能と
、言己憶した値を保持して出力し、かつ一定周期ごとに
保持値を更新する機能を持っている。

以上の構成において、以下、その動作について説明する
。

発光素子４からレンズ８までの動作については上記第１
の実施例と同様であるので、その説明を省略する。レン
ズ８を通った光は振動ミラー１１で反射され、振動ミラ
ー１１に対し、レンズ８の焦点と共役な点で送光スリッ
ト６の像を結像する。この結像点には受光素子１４が設
けられており、受光素子１４の直前には受光スリット１
３が設けられている。そこで、振動ミラー１１で反射し
た結像光は受光スリット１３を通り、受光素子１４に到
達する。今、送光スリット６、受光スリット１３のスリ
ット間隔をそれぞれＬｌ、Ｌ２とし、また、振動ミラー
１１の受光スリット１３上での振幅をＡＯとし、ウェハ
１が合焦点（Ｚ＝ＺＯ）にある場合について考える。受
光スリ・ソト１３の面上では送光スリット６の像が振幅
ＡＯで振動するが、ウェハ１が合焦点にあるために、振
動中心とすると、第６図（ａ＋に示すような関係になり
、受光スリット１３の直後に設けられた受光素子１４の
出力と、振動ミラー１１の振動周波数ｆとの相関がよく
わかる（第６図（ｂｌ参照）。ここで、受光素子１４の
出力のピーク値（最大値）をＢＯとすると、その出力が
ＢＯとなるのは、送光スリット６のスリット像が受光ス
リット１３の間隙の中にはみ出さずに位置している場合
である。今、振動中心が受光スリット１３のスリット中
心にあるので、受光素子１４の出力が最大となるのは、
丁度、振動が停止しているときであるが、ウェハ１が合
焦点をずれると、振動中心は第６図（Ｃ）に示すように
、横方向に移動する。そして、受光スリット１３のスリ
ット中心を基準として、振動中心の移動量を取り、その
値をＭとすると、Ｍ≦ＡＯのときには、必ず受光スリッ
ト１３の中に送光スリット６が入るので、受光素子１４
の出力にはピーク値Ｂｏが現われる（第６図ｆｄ）参照
）。−方、第９図のようなＳ字形特性において、一般に
合焦操作に使用される部分は、０点を含めたリニアな部
分であり、この範囲内では振動中心の移動量Ｍは、Ｍ≦
ＡＯとなる。その結果、振動の一周期内には必ずピーク
値が現われる。また、第６図において、このピーク値Ｂ
○は反射率が不要であれば一定値となるが、反射率が変
わればピーク値ＢＯはそれに従って変わる。そこで、第
５図に示すように、受光素子１４の出力信号を増幅器１
５により増幅し、そのピーク値をＢとすると、ピークホ
ールド回路２３はこのピーク値Ｂを捉え、その値を記憶
し、かつ保持して出力する。そして、この値を一定周期
ごとに更新することもできる。

このピークホールド回路２３の保持出力Ｂを除算器１７
の除算入力とし、増幅器１５の出力を除算器１７の被除
算入力とするとき、除算器１７の出力は、上記第１の実
施例と同様に第２図に示すような正規化された信号とな
る。そして、除算器１７の出力はウェハ１の反射率に依
存しないで第２図に示すＩから■のような波形の信号と
なる。その結果、この信号を位相同期検波器１８、低域
ろ波器１９で検波、平滑した特性は第３図に示すように
なる。そこで、この特性を用い、上記第１の実施例と同
様に合焦操作することができる。

このように本実施例によれば、発行素子４より発した光
をレンズ５で平行にし、その平行光を送光スリット６に
通し、レンズ７でウェハ１の近傍で結像させ、この結像
を点Ｐで反射し、その反射光をレンズ８で再び結像させ
る。レンズ８からの光を振動ミラー１１で反射し、受光
スリット１３に通し、受光素子１４で受光する。この受
光素子１４の出力を増幅器１５で増幅し、この出力を除
算器１７の被除算入力とする。これと共に、増幅器１５
の出力をピークホールド回路２３に入力し、受光素子１
４のピーク値を検出し、記憶保持して出力し、この出力
を除算器１７の除算入力とする。これにより、除算器１
７の出力は正規化された値となる。振動ミラー１１の振
動周波数信号をリファレンスとして上記の正規化された
信号を位相同期検波器１８および低域ろ波器１９で検波
、平滑し、ウェハステージ制御回路２０で合焦点までの
ウェハ１の移動距離を求め、ウェハステージ駆動回路２
１でウェハステージ２を移動させて合焦させることによ
り、ウェハ１の反射率が変化しても変化するごとに第９
図のようなＳ字形特性を取り直す必要がなく、ウェハ１
の反射率の変化に即座に対応することができ、効率のよ
い合焦装置を提供することができる。

発明の詳細な説明したように本発明によれば、ウェハの合焦検出光
学系の受光素子の出力と、この合焦検出光学系における
ウェハからの反射側のハーフミラ−により反射、若しく
は透過するモニタ検出光を受光したモニタ用受光素子と
の比を除算手段で求め、またはウェハの合焦検出光学系
の受光素子の出力と、この合焦検出光学系におけるウェ
ハからの反射側の振動ハーフミラ−の透過光を受光した
モニタ用受光素子の出力との比を除算手段で求め、また
はウェハの合焦検出光学系の受光素子の出力と、この受
光素子の出力からピークホールド回路で求めたウェハか
らの反射側の振動ミラーによる反射光の最大値との比を
除算手段で求め、合焦検出光学系の受光素子の出力を正
規化し、振動ミラー、または振動ハーフミラ−の周波数
をリファレンス信号として上記正規化した値を位相周期
検波して合焦検出を行なうようにしている。したがって
、ウェハの反射率の変化に依存することなく、迅速に、
かつ効率よく合焦操作を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における合焦装置を示す
構成図、第２図は上記第１の実施例における合焦装置内
の除算回路の出力信号を示す波形図、第３図は上記第１
の実施例における合焦装置内の低域ろ波回路の出力とウ
ェハのＺ軸方向移動量との関係を示す特性図、第４図は
本発明の第２の実施例における合焦装置を示す構成図、
第５図は本発明の第３の実施例における合焦装置を示す
構成図、第６図は上記第３の実施例における合焦装置内
のスリット像の位置関係を示す相関図、第７図は従来例
の合焦装置を示す構成図、第８図は上記従来例の合焦装
置における受光素子の出力信号を示す波形図、第９図お
よび第１０図は上記従来例の合焦装置における位相同期
検波処理回路の出力とウェハのＺ方向移動量との関係を
示す特性図である。１・・・ウェハ、２・・・ウェハステージ、３・・・投
影レンズ、４・・・発行素子、５・・・レンズ、６・・
・送光スリット、７．８・・・レンズ、９・・・ハーフ
ミラ−１１０・・・モニタ用受光素子、１１・・・振動
ミラー、１２・・・ドライバ、１３・・・受光スリット
、１４・・・受光素子゛、１５．１６・・・増幅器、１
７・・・除算器、１８・・・位相同期検波器、１９・・
・低域ろ波器、２０・・・ウェハステージ制御回路、２
１・・・ウェハステージ駆動回路、２２・・・振動ハー
フミラ−１２３・・・ピークホールド回路。代理人の氏名　弁理士　小蝦治　明　ほか２名ＣＯＯ−
、、第　２　図第３図安　　　（Ｒ− ＼、　　　＼　　　゛・旬　　　Ｃ！：３− ＼　　　　　・１、　　　　＼　　　　＼、第６図第８図第　９０Ｍ１１１１＋　　図 ′≧八へ】侵ａｔ　　　　。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発光素子から発した光を送光スリットに通してウ
ェハ上に結像し、この反射光を振動ミラーにより受光ス
リットに通して受光素子に結像する合焦検出光学系と、
上記ウェハの入反射点と振動ミラーとの間の光路に設け
られ、反射、若しくは透過する一方の合焦検出光を上記
振動ミラーに導くハーフミラーと、このハーフミラーの
透過、若しくは反射するモニタ検出光を受光するモニタ
用受光素子と、上記合焦検出光の受光素子の出力と上記
モニタ用の受光素子の出力との比を求める除算手段と、
上記振動ミラーの振動周波数をリファレンス信号として
上記除算手段の値を位相同期検波することにより合焦検
出を行なう手段とを備えた合焦装置。
（２）発光素子から発した光を送光スリットに通してウ
ェハ上に結像し、この反射光を振動ハーフミラーにより
反射し、合焦検出光として受光スリットに通して受光素
子に結像する合焦検出光学系と、上記振動ハーフミラー
を透過するモニタ検出光を受光するモニタ検出用受光素
子と、上記合焦検出光の受光素子の出力と上記モニタ用
受光素子の出力との比を求める除算手段と、上記振動ミ
ラーの振動周波数をリファレンス信号として上記除算手
段の値を位相同期検波することにより合焦検出を行なう
手段とを備えた合焦装置。
（３）発光素子から発した光を送光スリットに通してウ
ェハ上に結像し、この反射光を振動ミラーにより受光ス
リットに通して受光素子に結像する合焦検出光学系と、
上記振動ミラーによる反射光の最大値を上記受光素子を
介して保持すると共に、出力するピークホールド回路と
、上記受光素子の出力と上記ピークホールド回路の出力
との比を求める除算手段と、上記振動ミラーの振動周波
数をリファレンス信号として上記除算手段の値を位相同
期検波することにより合焦検出を行なう手段とを備えた
合焦装置。