JPS6355859B2 - - Google Patents
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- JPS6355859B2 JPS6355859B2 JP57228703A JP22870382A JPS6355859B2 JP S6355859 B2 JPS6355859 B2 JP S6355859B2 JP 57228703 A JP57228703 A JP 57228703A JP 22870382 A JP22870382 A JP 22870382A JP S6355859 B2 JPS6355859 B2 JP S6355859B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- wafer
- reflected
- focus
- output
- Prior art date
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-
- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F9/00—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
- G03F9/70—Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
- G03F9/7003—Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
- G03F9/7023—Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
- G03F9/7026—Focusing
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
- Automatic Focus Adjustment (AREA)
- Variable Magnification In Projection-Type Copying Machines (AREA)
- Microscoopes, Condenser (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
(1) 発明の技術分野
本発明はステツパーと呼ばれるウエーハを縮小
露光するための露光装置に係り、特に露光装置用
の自動焦点制御装置に関する。
露光するための露光装置に係り、特に露光装置用
の自動焦点制御装置に関する。
(2) 技術の背景
近時、集積回路や大規模集積回路の素子が微細
化し、そのパターンも極めて微細なものが要求さ
れるようになつてきて縮小レンズを持つたステツ
パーと呼ばれる装置がウエーハ露光に用いられて
いる。該ステツパーに用いられている縮小レンズ
の焦点深度範囲は1μm程度であるが、露光するた
めのウエーハには反りまたはねりがあり、これら
の値は最小で5μm位大きいと10μmの値を持つた
めにウエーハは縮小レンズをステツプアンドリピ
ートして自動焦点調整を行なう必要がある。この
ような焦点調整を行うためには露光しようとする
ウエーハ部分の高さを測定する必要がある。
化し、そのパターンも極めて微細なものが要求さ
れるようになつてきて縮小レンズを持つたステツ
パーと呼ばれる装置がウエーハ露光に用いられて
いる。該ステツパーに用いられている縮小レンズ
の焦点深度範囲は1μm程度であるが、露光するた
めのウエーハには反りまたはねりがあり、これら
の値は最小で5μm位大きいと10μmの値を持つた
めにウエーハは縮小レンズをステツプアンドリピ
ートして自動焦点調整を行なう必要がある。この
ような焦点調整を行うためには露光しようとする
ウエーハ部分の高さを測定する必要がある。
このような測定方法としてはエアマイクロを用
いるもの或いは静電容量を測定するものが知られ
ている。エアマイクロの場合は露光するウエーハ
の中心にエアを吹きつけることができない（露光
用のビームが来るため）ために、その周辺にエア
を吹き付けて露光部分周辺の高さを測定し、これ
より露光部分の高さを推定することになり、更に
静電容量型のものも同様にウエハ上に配設する静
電容量センサも露光部分の上部に配置することが
出来ないために焼付けるべきチツプの高さを測定
していないことになり、さらにXYステージ上の
ウエーハの端面近くのチツプを焼きつける時には
端面を境に一方すなわちウエーハ側にエアマイク
ロまたは静電容量センサがあり、他方すなわち
XYステージ側に他のエアマイクロまたは静電容
量センサが配置されることになる場合にはXYス
テージ側のエアマイクロまたは静電容量センサは
焼きつけるべきチツプ上の高さを検出しないため
にレンズ等が降下してきてウエーハを割る等の欠
点があつた。
いるもの或いは静電容量を測定するものが知られ
ている。エアマイクロの場合は露光するウエーハ
の中心にエアを吹きつけることができない（露光
用のビームが来るため）ために、その周辺にエア
を吹き付けて露光部分周辺の高さを測定し、これ
より露光部分の高さを推定することになり、更に
静電容量型のものも同様にウエハ上に配設する静
電容量センサも露光部分の上部に配置することが
出来ないために焼付けるべきチツプの高さを測定
していないことになり、さらにXYステージ上の
ウエーハの端面近くのチツプを焼きつける時には
端面を境に一方すなわちウエーハ側にエアマイク
ロまたは静電容量センサがあり、他方すなわち
XYステージ側に他のエアマイクロまたは静電容
量センサが配置されることになる場合にはXYス
テージ側のエアマイクロまたは静電容量センサは
焼きつけるべきチツプ上の高さを検出しないため
にレンズ等が降下してきてウエーハを割る等の欠
点があつた。
これら欠点を除去するためには光を用いた検出
方法である反射光焦点検出方法がよい。
方法である反射光焦点検出方法がよい。
(3) 従来技術と問題点
第１図は従来の反射光焦点検出方法を用いた測
定方法を示す略線図、第２図及び第３図は反射光
焦点検出方法の欠点を説明するためのウエーハ表
面の入射光と反射光との関係を示すウエーハの側
面図であり、第１図に於いて１はXYステージで
該XYステージ上にウエーハ２を載置し、発光手
段３よりの光を反射ミラー４を介しウエーハ２上
に入射させた入射光３ａはウエーハ２表面で反射
し、反射光３ｂは反射ミラー６で再び反射されて
検出手段５でウエーハ２の表面状態が検出され
る。
定方法を示す略線図、第２図及び第３図は反射光
焦点検出方法の欠点を説明するためのウエーハ表
面の入射光と反射光との関係を示すウエーハの側
面図であり、第１図に於いて１はXYステージで
該XYステージ上にウエーハ２を載置し、発光手
段３よりの光を反射ミラー４を介しウエーハ２上
に入射させた入射光３ａはウエーハ２表面で反射
し、反射光３ｂは反射ミラー６で再び反射されて
検出手段５でウエーハ２の表面状態が検出され
る。
いま、ウエーハ２の表面が点線図示位置まで上
動したとすれば入射光３ａはウエーハ表面で反射
して反射光３b′となり反射ミラー６を介して検出
手段５に検出されるために△で示すずれ量によつ
てウエーハの上下動状態、すなわち高さの変化
（凹凸状態）を知ることができる。
動したとすれば入射光３ａはウエーハ表面で反射
して反射光３b′となり反射ミラー６を介して検出
手段５に検出されるために△で示すずれ量によつ
てウエーハの上下動状態、すなわち高さの変化
（凹凸状態）を知ることができる。
このような反射光焦点検出方法を用いた場合に
生ずる問題を第２図及び第３図について説明す
る。
生ずる問題を第２図及び第３図について説明す
る。
いま、第２図に示すようにウエーハを単純化し
てウエーハ２の反射面２ａ上に屈折率ｎ＝1.5〜
２の透明膜７があると考えると入射光３ａは透明
膜７上で一部が反射波３ｃとして反射し、後の大
部分は透明膜７に入射する。入射波３ｄは反射膜
２ａで反射され、該反射光は再び透明膜上面に向
つてn1＝１の屈折率を有する空気中に戻る。
てウエーハ２の反射面２ａ上に屈折率ｎ＝1.5〜
２の透明膜７があると考えると入射光３ａは透明
膜７上で一部が反射波３ｃとして反射し、後の大
部分は透明膜７に入射する。入射波３ｄは反射膜
２ａで反射され、該反射光は再び透明膜上面に向
つてn1＝１の屈折率を有する空気中に戻る。
従つてウエハー上よりの反射波は３ｃ及び３ｅ
であり、膜質、表面状態によつて第１図の検出器
５にはこの反射光が受光され、フオーカスがあま
くなつてしまう。
であり、膜質、表面状態によつて第１図の検出器
５にはこの反射光が受光され、フオーカスがあま
くなつてしまう。
透明膜７の上面に入射する光の入射角θ1は現在
用いられているステツパーではθ＝11゜のものも
ある。この場合の透明膜７への入射光３ｄの入射
角θ3を求めると n1sin79゜＝n2sinθ3 ……(1) １×sin79゜＝（1.5〜２）sinθ3 θ3＝40.9゜〜29.4゜ すなわち屈折率n2＝1.5で40.9゜、屈折率n2＝２
で29.4゜となる。
用いられているステツパーではθ＝11゜のものも
ある。この場合の透明膜７への入射光３ｄの入射
角θ3を求めると n1sin79゜＝n2sinθ3 ……(1) １×sin79゜＝（1.5〜２）sinθ3 θ3＝40.9゜〜29.4゜ すなわち屈折率n2＝1.5で40.9゜、屈折率n2＝２
で29.4゜となる。
次に反射膜２ａで反射した反射光３ｄが透明膜
２上面で全反射するときの臨界角θ4を計算すると n2sinθ4／n1＝１ ……(2) （1.5〜２）sinθ4／１＝１ θ4＝41.8゜〜30゜ すなわち屈折率n2＝1.5で41.8゜、n2＝２で30゜で
ある。
２上面で全反射するときの臨界角θ4を計算すると n2sinθ4／n1＝１ ……(2) （1.5〜２）sinθ4／１＝１ θ4＝41.8゜〜30゜ すなわち屈折率n2＝1.5で41.8゜、n2＝２で30゜で
ある。
この臨界角は前式(1)で求めた屈折角θ3と極めて
近い値で入射角θ1＝11゜ではレジスト及び二酸化
シリコン（SiO2）等の膜上面で全反射する臨界
角で極めて不安定な角度である。
近い値で入射角θ1＝11゜ではレジスト及び二酸化
シリコン（SiO2）等の膜上面で全反射する臨界
角で極めて不安定な角度である。
さらに第２の問題として第３図に示すようにウ
エーハ２上の第２図で透明膜として表した焼付面
（レジスト面）７が点線図示のように傾いたとき
に誤動作を生ずる。現在のステツパー（DSW）
の焦点調整装置ではフオーカス調整用の測定入射
光３ａは上記したようにウエーハ面で反射しウエ
ーハの上下動のエラー検出を行つているが、いま
第３図の点線図示のようにウエーハの傾きをδと
し対物レンズ９とウエーハ面迄の距離をＬとする
と入射光３ａは実線のようにウエーハ２が傾斜し
ていなければウエーハ２上のレジストすなわち透
明膜７上面で３ｆで示すように反射するが傾いた
場合は一点鎖線３ｇで示す位置迄反射光が進みエ
ラー分Δを生ずる。
エーハ２上の第２図で透明膜として表した焼付面
（レジスト面）７が点線図示のように傾いたとき
に誤動作を生ずる。現在のステツパー（DSW）
の焦点調整装置ではフオーカス調整用の測定入射
光３ａは上記したようにウエーハ面で反射しウエ
ーハの上下動のエラー検出を行つているが、いま
第３図の点線図示のようにウエーハの傾きをδと
し対物レンズ９とウエーハ面迄の距離をＬとする
と入射光３ａは実線のようにウエーハ２が傾斜し
ていなければウエーハ２上のレジストすなわち透
明膜７上面で３ｆで示すように反射するが傾いた
場合は一点鎖線３ｇで示す位置迄反射光が進みエ
ラー分Δを生ずる。
また焼付バターン左右に反射率の違いがある
と、同様にエラーを生じる。
と、同様にエラーを生じる。
(4) 発明の目的
本発明は上記欠点に鑑み、ウエーハ上面のレジ
スト表面から全反射するような値の入射角θ1を選
択すると共にウエーハを傾けても誤動作せず、更
に反射面の反射率が入射光の光軸中心面で異なつ
ていても検出が可能なステツパーの自動焦点装置
を提供することを目的とするものである。
スト表面から全反射するような値の入射角θ1を選
択すると共にウエーハを傾けても誤動作せず、更
に反射面の反射率が入射光の光軸中心面で異なつ
ていても検出が可能なステツパーの自動焦点装置
を提供することを目的とするものである。
(5) 発明の構成
そしてこの目的は本発明によれば、試料面上の
焦点を合わすべき部分に対して斜め方向から光を
照射する第１の発光手段と、該試料面で反射され
る該発光手段Ａからの光を受光し、焦点が合つて
いる時にそれぞれの検出出力が等しくなる様に配
置された第１、第２の受光手段と、前記焦点を合
わすべき部分に対して斜め方向かつ前記第１の発
光手段とは異なる方向から光を照射する第２の発
光手段と、前記試料面で反射される該発光手段か
らの光を受光し、焦点が合つている時にそれぞれ
の検出出力が等しくなるように配置された第３、
第４の受光手段と、前記第１と第２の受光手段の
検出出力の差信号、及び前記第３と第４の受光手
段の検出出力の差信号に基づいて試料を載置する
ステージまたは光学系を制御して焦点を合わせる
手段とを具備することを特徴とする自動焦点制御
装置を提供することによつて達成される。
焦点を合わすべき部分に対して斜め方向から光を
照射する第１の発光手段と、該試料面で反射され
る該発光手段Ａからの光を受光し、焦点が合つて
いる時にそれぞれの検出出力が等しくなる様に配
置された第１、第２の受光手段と、前記焦点を合
わすべき部分に対して斜め方向かつ前記第１の発
光手段とは異なる方向から光を照射する第２の発
光手段と、前記試料面で反射される該発光手段か
らの光を受光し、焦点が合つている時にそれぞれ
の検出出力が等しくなるように配置された第３、
第４の受光手段と、前記第１と第２の受光手段の
検出出力の差信号、及び前記第３と第４の受光手
段の検出出力の差信号に基づいて試料を載置する
ステージまたは光学系を制御して焦点を合わせる
手段とを具備することを特徴とする自動焦点制御
装置を提供することによつて達成される。
(6) 発明の実施例
以下、本発明の実施例を図面によつて詳述す
る。
る。
第４図は本発明のウエーハ面上の焦点調整装置
の原理的な光学系の説明図を示すものであり、ウ
エーハ２の正常なフオーカス面を符号１１でイン
フオーカス状態を符号１３でアウトフオーカス状
態を符号１２で示している。１０は光ビーム投撮
用の露光レンズを示し、受光手段５としては光ビ
ーム１０ａを軸中心とする対称位置にウエーハ２
の露光点より所定距離L1を置いて４つのホトセ
ルａ，ｂ，ｃ，ｄを配設する。受光手段５とウエ
ーハ２の露光面間には上記ウエーハの反射面と平
行に第１及び第２のハーフミラー１４，１５が配
され、該ハーフミラー１４，１５の面にＡ，Ｂで
示す二つの発光手段３から光を交互に照射させ
る。
の原理的な光学系の説明図を示すものであり、ウ
エーハ２の正常なフオーカス面を符号１１でイン
フオーカス状態を符号１３でアウトフオーカス状
態を符号１２で示している。１０は光ビーム投撮
用の露光レンズを示し、受光手段５としては光ビ
ーム１０ａを軸中心とする対称位置にウエーハ２
の露光点より所定距離L1を置いて４つのホトセ
ルａ，ｂ，ｃ，ｄを配設する。受光手段５とウエ
ーハ２の露光面間には上記ウエーハの反射面と平
行に第１及び第２のハーフミラー１４，１５が配
され、該ハーフミラー１４，１５の面にＡ，Ｂで
示す二つの発光手段３から光を交互に照射させ
る。
これら発光手段Ａ，Ｂとホトセルａ，ｂ，ｃ，
ｄとの電気回路を第１２図に示す。
ｄとの電気回路を第１２図に示す。
第１２図において二つの発光素子Ａ，Ｂには発
振器２３よりの発振出力が切換回路２４を通して
与えられ、該切換回路２４の出力によつて発光素
子Ａ，Ｂは交互に点灯される。該切換回路２４の
切換出力は同期検波回路２１にも与えられ、受光
手段５の出力に応じた同期出力を平滑化回路２２
に導く。受光手段５は４つのホトセルａ，ｂ，
ｃ，ｄよりなりホトセルａ，ｄ並にｃ，ｂの出力
は各々加算回路１６，１７で加算され交流増巾器
１８，１９で増巾され該二つの交流増巾器１８，
１９の出力は減算回路２０で減算され、上記した
同期検波回路２１で同期検波される。
振器２３よりの発振出力が切換回路２４を通して
与えられ、該切換回路２４の出力によつて発光素
子Ａ，Ｂは交互に点灯される。該切換回路２４の
切換出力は同期検波回路２１にも与えられ、受光
手段５の出力に応じた同期出力を平滑化回路２２
に導く。受光手段５は４つのホトセルａ，ｂ，
ｃ，ｄよりなりホトセルａ，ｄ並にｃ，ｂの出力
は各々加算回路１６，１７で加算され交流増巾器
１８，１９で増巾され該二つの交流増巾器１８，
１９の出力は減算回路２０で減算され、上記した
同期検波回路２１で同期検波される。
上記平滑化回路２２の出力はXYステージ１
（第１図参照）を駆動する駆動用モータ２６をサ
ーボアンプ２５を介してコントロールする、すな
わち焦点を合わせる手段で制御するようになされ
る。
（第１図参照）を駆動する駆動用モータ２６をサ
ーボアンプ２５を介してコントロールする、すな
わち焦点を合わせる手段で制御するようになされ
る。
上記した光学系並に回路系による本発明の動作
を第４図により説明する。
を第４図により説明する。
ウエーハ２の反射面での反射率を一定と考え、
且つ一点鎖線で示すようにウエーハ２の反射面１
３がインフオーカス状態であるとすれば第５図に
示す如き波形が得られる。
且つ一点鎖線で示すようにウエーハ２の反射面１
３がインフオーカス状態であるとすれば第５図に
示す如き波形が得られる。
すなわち、発光素子Ａが第５図イの波形Ａの如
く発光したとすれば発光素子Ａよりの光はハーフ
ミラー１４で反射して１６ａで示すようにウエー
ハ２のインフオーカス面１３で反射されて一点鎖
線で示す光１６ｂとなされハーフミラー１５を通
過して受光手段５のホトセルｃにほとんどの反射
光が入射するために、該ホトセルｃでの出力は第
５図ロの波形ｃの如く大きくなる。
く発光したとすれば発光素子Ａよりの光はハーフ
ミラー１４で反射して１６ａで示すようにウエー
ハ２のインフオーカス面１３で反射されて一点鎖
線で示す光１６ｂとなされハーフミラー１５を通
過して受光手段５のホトセルｃにほとんどの反射
光が入射するために、該ホトセルｃでの出力は第
５図ロの波形ｃの如く大きくなる。
一方ホトセルｄは反射光がほとんど入射しない
ために第５図ハの波形ｄに示すようにその出力レ
ベルは小さい。
ために第５図ハの波形ｄに示すようにその出力レ
ベルは小さい。
これらｃ及びｄで示す出力波形を加算回路１
６，１７と減算回路２０に加えて第５図ニのｃ−
ｄに示す差信号波形が得られる。
６，１７と減算回路２０に加えて第５図ニのｃ−
ｄに示す差信号波形が得られる。
次に切換回路２４によつて発光素子Ａが消灯
し、発光素子Ｂが点灯することで発光素子Ｂより
の光はハーフミラー１５で反射され１７ａで示す
ようにウエーハ２のインフオーカス面１３で反射
して一点鎖線１７ｂで示す光の経路で受光手段５
のホトセルｂにほとんどの光が照射されてホトセ
ルｂの出力は第５図ロの波形ｂの如く大きな出力
レベルで取り出される。
し、発光素子Ｂが点灯することで発光素子Ｂより
の光はハーフミラー１５で反射され１７ａで示す
ようにウエーハ２のインフオーカス面１３で反射
して一点鎖線１７ｂで示す光の経路で受光手段５
のホトセルｂにほとんどの光が照射されてホトセ
ルｂの出力は第５図ロの波形ｂの如く大きな出力
レベルで取り出される。
一方、受光手段５のホトセルａは第５図ハの波
形ａで示すように光がほとんど照射されないため
に小さなレベルの出力波形ａとなる。
形ａで示すように光がほとんど照射されないため
に小さなレベルの出力波形ａとなる。
上記ｂ及びａの波形出力は加算回路１６，１７
と減算回路２０で第５図ニのｂ−ａに示す波形と
なされる。
と減算回路２０で第５図ニのｂ−ａに示す波形と
なされる。
上述の如くＡ及びＢの発光素子を交互に点灯す
るごとに得られる波形を第１２図に示す平滑化回
路２２で整流後平滑化すれば第５図ホに示すよう
なプラスの出力が得られる。
るごとに得られる波形を第１２図に示す平滑化回
路２２で整流後平滑化すれば第５図ホに示すよう
なプラスの出力が得られる。
すなわち、ウエーハの反射率が一定で且つイン
フオーカス状態では平滑化回路２２の出力はプラ
ス出力であり、該出力によりXYステージ１を降
下させてフオーカス位置にウエーハの反射面を持
ち来すようにする。
フオーカス状態では平滑化回路２２の出力はプラ
ス出力であり、該出力によりXYステージ１を降
下させてフオーカス位置にウエーハの反射面を持
ち来すようにする。
勿論レンズ系を上記平滑化回路２２よりのプラ
ス出力によつて降下させるようにコントロールす
ることで焦点調整を行つてもよい。
ス出力によつて降下させるようにコントロールす
ることで焦点調整を行つてもよい。
第６図は上記したと同様の原理によつてウエー
ハ２の反射面１１がフオーカス状態にある場合の
検出手段並に平滑化回路出力を示すもので発光素
子Ａの点灯時はホトセルｃ及びｄに照射される光
の量は同量となり第６図ロ，ハの波形ｃ，ｄで示
すような波形となり、減算回路２０で上記ｃ及び
ｄの差をとれば第６図ニのｃ−ｄで示す波形のよ
うに零となり平滑化回路出力は第６図ホのように
零となる。発光素子Ｂの点灯時にはホトセルｂ及
びａに照射される光の量は同量となり（第６図
ロ，ハの波形ｂ，ａ参照）減算回路２０で減算さ
れた出力ｂ−ａは第６図ニのｂーａの波形の如く
零となり平滑化回路２２を通した出力は第６図ホ
の如く零となる。
ハ２の反射面１１がフオーカス状態にある場合の
検出手段並に平滑化回路出力を示すもので発光素
子Ａの点灯時はホトセルｃ及びｄに照射される光
の量は同量となり第６図ロ，ハの波形ｃ，ｄで示
すような波形となり、減算回路２０で上記ｃ及び
ｄの差をとれば第６図ニのｃ−ｄで示す波形のよ
うに零となり平滑化回路出力は第６図ホのように
零となる。発光素子Ｂの点灯時にはホトセルｂ及
びａに照射される光の量は同量となり（第６図
ロ，ハの波形ｂ，ａ参照）減算回路２０で減算さ
れた出力ｂ−ａは第６図ニのｂーａの波形の如く
零となり平滑化回路２２を通した出力は第６図ホ
の如く零となる。
ｂ＋ｃ、ａ＋ｄの波形加算は第１２図で加算回
路１６，１７で行なわれる。
路１６，１７で行なわれる。
この場合XYステージまたはレンズ系はコント
ロールされない。
ロールされない。
次に第４図にウエーハ２の反射面１２を点線で
示すようにアウトフオーカス状態とすればホトセ
ルｂ及びｃ並にａ及びｄに得られる出力波形と減
算回路２０の出力波形は詳細な説明を省略するも
上記と同様の原理に基づいて第７図イ乃至ホに示
す如くなり平滑化回路２２よりの出力はマイナス
電圧となる。
示すようにアウトフオーカス状態とすればホトセ
ルｂ及びｃ並にａ及びｄに得られる出力波形と減
算回路２０の出力波形は詳細な説明を省略するも
上記と同様の原理に基づいて第７図イ乃至ホに示
す如くなり平滑化回路２２よりの出力はマイナス
電圧となる。
よつて、上記マイナス電圧によりXYステージ
またはレンズ系を上動させるようにモータ２６を
コントロールすればよい。
またはレンズ系を上動させるようにモータ２６を
コントロールすればよい。
更に第８図に示すようにウエーハ２の反射面２
ａが点線図示のように角度δだけ傾いた場合につ
いて考える。ウエーハ２が傾いていない場合には
実線で示すように発光素子Ａ，Ｂの交互の点灯で
受光手段５のホトセルｄ，ｃ並にｂ，ａに得られ
る出力は等しく第６図の波形の如くなり平滑後の
出力は零である。次に点線で示すようにδだけウ
エーハ２が傾いたときには発光素子Ａが点灯しＢ
が消灯している第９図イの波形Ａに於いてはハー
フミラー１４で反射された発光素子Ａよりの光は
光路２７ａを通つてウエーハ２ａ表面で反射し点
線で示す光路２７ｂを通つて受光手段５のホトセ
ルｄにほとんどの光が照射されるため、該ホトセ
ルｄの出力波形は第９図ハの波形ｄに示すように
高レベルである。これに対しホトセルｃにはほと
んど光が照射されないために第９図ロの波形ｃに
示すように低レベルであり波形ｃ，ｄを減算回路
２０にて差出力を取り出せば第９図ニの波形ｃ−
ｄの如くマイナスレベルの波形となる。
ａが点線図示のように角度δだけ傾いた場合につ
いて考える。ウエーハ２が傾いていない場合には
実線で示すように発光素子Ａ，Ｂの交互の点灯で
受光手段５のホトセルｄ，ｃ並にｂ，ａに得られ
る出力は等しく第６図の波形の如くなり平滑後の
出力は零である。次に点線で示すようにδだけウ
エーハ２が傾いたときには発光素子Ａが点灯しＢ
が消灯している第９図イの波形Ａに於いてはハー
フミラー１４で反射された発光素子Ａよりの光は
光路２７ａを通つてウエーハ２ａ表面で反射し点
線で示す光路２７ｂを通つて受光手段５のホトセ
ルｄにほとんどの光が照射されるため、該ホトセ
ルｄの出力波形は第９図ハの波形ｄに示すように
高レベルである。これに対しホトセルｃにはほと
んど光が照射されないために第９図ロの波形ｃに
示すように低レベルであり波形ｃ，ｄを減算回路
２０にて差出力を取り出せば第９図ニの波形ｃ−
ｄの如くマイナスレベルの波形となる。
さらに発光素子Ｂが第９図イのＢ波形のように
点灯し、Ａが消灯すると発光素子Ｂよりの光はハ
ーフミラー１５で反射して光路２８ａを通つてウ
エーハ２の表面２ａで反射し点線図示の光路２８
ｂを通つてほとんどの光が受光手段５のホトセル
ｂに達する。このためホトセルｂの出力波形は第
９図ロの波形ｂのように高レベル出力である。
点灯し、Ａが消灯すると発光素子Ｂよりの光はハ
ーフミラー１５で反射して光路２８ａを通つてウ
エーハ２の表面２ａで反射し点線図示の光路２８
ｂを通つてほとんどの光が受光手段５のホトセル
ｂに達する。このためホトセルｂの出力波形は第
９図ロの波形ｂのように高レベル出力である。
一方ホトセルａにはほとんど光が達しないため
に該ホトセルａの出力波形は第９図ハの波形ａの
ように低レベルである。
に該ホトセルａの出力波形は第９図ハの波形ａの
ように低レベルである。
上記した各波形ｂとａを減算回路２０で減算す
れば第９図ニの波形ｂ−ａが得られる。
れば第９図ニの波形ｂ−ａが得られる。
（ｂ＋ｃ）−（ａ＋ｄ）すなわち第９図ニの波形
を平滑化すれば第９図ホのように零出力となりウ
エーハ２が傾いていても零出力をとり出せる。
を平滑化すれば第９図ホのように零出力となりウ
エーハ２が傾いていても零出力をとり出せる。
さらにフオーカス面で焦点が合つているがウエ
ーハ上の反射率が異なつている場合を第１０図イ
について考えてみる。
ーハ上の反射率が異なつている場合を第１０図イ
について考えてみる。
ウエーハ２の反射面２ａで２９ａで示す反射部
分の反射率がn1で２９ｂで示す反射率がn2でn1＞
n2であるとする。
分の反射率がn1で２９ｂで示す反射率がn2でn1＞
n2であるとする。
上述したと同様に発光素子Ａが点灯した状態で
はハーフミラー１４で反射した光はウエーハ２の
互いに反射率の異なる反射面２９ａ，２９ｂで反
射してハーフミラー１５を通して光路３０ａ，３
０ｂで示すように受光手段５のホトセルｄ及びｃ
に入射される。この場合２９ａの反射率n1が高い
ためにホトセルｃに比べてｄは多くの光が入射
し、ホトセルｄ及びｃの出力波形は第９図ロ及び
ハの波形ｃ，ｄに示すように波形ｄの出力レベル
が大きい。
はハーフミラー１４で反射した光はウエーハ２の
互いに反射率の異なる反射面２９ａ，２９ｂで反
射してハーフミラー１５を通して光路３０ａ，３
０ｂで示すように受光手段５のホトセルｄ及びｃ
に入射される。この場合２９ａの反射率n1が高い
ためにホトセルｃに比べてｄは多くの光が入射
し、ホトセルｄ及びｃの出力波形は第９図ロ及び
ハの波形ｃ，ｄに示すように波形ｄの出力レベル
が大きい。
次に発光素子Ｂが発光してハーフミラー１５で
反射した光は光路３０ａ，３０ｂを通つてウエー
ハ２の反射率の異なる２９ａ，２９ｂで反射し光
路３１ａ，３１ｂとハーフミラー１４を通して受
光手段５のホトセルａ，ｂに入射される。この時
反射率の高い２９ａ点で反射した光を受けるホト
セルｂはホトセルａに比べより多くの光が入射さ
れ、これらホトセルの出力波形は第９図ロ及びハ
の波形ｂ，ａ表される如くなる。よつて減算回路
の出力は第９図ニの如くなり、それを平滑した平
滑回路出力は第９図ホの如く出力は零となる。
反射した光は光路３０ａ，３０ｂを通つてウエー
ハ２の反射率の異なる２９ａ，２９ｂで反射し光
路３１ａ，３１ｂとハーフミラー１４を通して受
光手段５のホトセルａ，ｂに入射される。この時
反射率の高い２９ａ点で反射した光を受けるホト
セルｂはホトセルａに比べより多くの光が入射さ
れ、これらホトセルの出力波形は第９図ロ及びハ
の波形ｂ，ａ表される如くなる。よつて減算回路
の出力は第９図ニの如くなり、それを平滑した平
滑回路出力は第９図ホの如く出力は零となる。
よつて本発明によれば検出面の反射率が異なつ
ている場合でも誤動作することはない。
ている場合でも誤動作することはない。
さらにウエーハ２の反射面で反射率がn1，n2と
異なり且つインフオーカスのときは第１０図イで
説明した第９図ロ，ハの波形は多少変化する。
異なり且つインフオーカスのときは第１０図イで
説明した第９図ロ，ハの波形は多少変化する。
今、発光素子Ａ及びＢにてウエーハ２上に照射
されるスポツトを第１０図ロに示すように幅2w、
長さｈとする。φをインフオーカス量、θを入射
角とすると、フオーカス面にウエーハ２がある場
合、ホトセルａ，ｂ，ｃ，ｄの検出光量はそれぞ
れ ａ＝n2wh ｂ＝n1wh ｃ＝n2wh ｄ＝n1wh となり ｂ＋ｃ−（ａ＋ｄ）＝n1wh＋n2wh −（n2wh＋n1wh）＝０ となる。
されるスポツトを第１０図ロに示すように幅2w、
長さｈとする。φをインフオーカス量、θを入射
角とすると、フオーカス面にウエーハ２がある場
合、ホトセルａ，ｂ，ｃ，ｄの検出光量はそれぞ
れ ａ＝n2wh ｂ＝n1wh ｃ＝n2wh ｄ＝n1wh となり ｂ＋ｃ−（ａ＋ｄ）＝n1wh＋n2wh −（n2wh＋n1wh）＝０ となる。
一方、インフオーカス面にウエーハ２がある場
合は、 ａ＝n2wh−4φn2h tanθ ｂ＝n1（wh−3φh tanθ） ＋n2φh tanθ ＝n1wh＋φh tanθ（n2−3n1） ｃ＝n2（wh−3φh tanθ） ＋n1φh tanθ ＝n2wh＋φh tanθ（n1−3n2） ｄ＝n1wh−4φn1h tanθ となり ｂ＋ｃ−（ａ＋ｄ）＝2φh tanθ（n1＋n2） となる。上記式より明らかなようにフオーカス面
にウエーハがあると出力〔ｂ＋ｃ−（ａ＋ｄ）〕は
０であり、フオーカス面からずれるとずれ量φの
函数として表わされる。なお、ｂ＋ｃ、ａ＋ｄは
第１１図ロ，ハにて表される。
合は、 ａ＝n2wh−4φn2h tanθ ｂ＝n1（wh−3φh tanθ） ＋n2φh tanθ ＝n1wh＋φh tanθ（n2−3n1） ｃ＝n2（wh−3φh tanθ） ＋n1φh tanθ ＝n2wh＋φh tanθ（n1−3n2） ｄ＝n1wh−4φn1h tanθ となり ｂ＋ｃ−（ａ＋ｄ）＝2φh tanθ（n1＋n2） となる。上記式より明らかなようにフオーカス面
にウエーハがあると出力〔ｂ＋ｃ−（ａ＋ｄ）〕は
０であり、フオーカス面からずれるとずれ量φの
函数として表わされる。なお、ｂ＋ｃ、ａ＋ｄは
第１１図ロ，ハにて表される。
このようにして左右の反射率が違つていても、
本発明にてフオーカス面を検出できる。但し反射
率が左右独立に同一であるとは考えられないので
自動感度調整用の可変調整器をホトセルの後の回
路に付加する必要がある。
本発明にてフオーカス面を検出できる。但し反射
率が左右独立に同一であるとは考えられないので
自動感度調整用の可変調整器をホトセルの後の回
路に付加する必要がある。
また、上記実施例においてはウエーハ面の入射
角θ1については触れていないが反射面がレジスト
であるとすれば反射率は第２図で示したように
1.5〜２の値であり、この部分で全反射するよう
にθ1を11゜以下に選択するを可とする。これによ
り、レジスト表面にフオーカス面をもつて来るこ
とができ、レジスト下の膜質に左右されない。
角θ1については触れていないが反射面がレジスト
であるとすれば反射率は第２図で示したように
1.5〜２の値であり、この部分で全反射するよう
にθ1を11゜以下に選択するを可とする。これによ
り、レジスト表面にフオーカス面をもつて来るこ
とができ、レジスト下の膜質に左右されない。
(7) 発明の効果
以上、詳細に説明したように、本発明の焦点調
整装置によればウエーハ等の反射面が傾いていて
もまた反射面の反射率が入射光の光軸中心で異な
つていても誤動作せず、入射角をレジスト表面で
全反射するような11゜以下の値に選択したので不
安定要素がなくなり、ステツパーの自動焦点装置
として極めて有効なものである。
整装置によればウエーハ等の反射面が傾いていて
もまた反射面の反射率が入射光の光軸中心で異な
つていても誤動作せず、入射角をレジスト表面で
全反射するような11゜以下の値に選択したので不
安定要素がなくなり、ステツパーの自動焦点装置
として極めて有効なものである。
第１図は従来の焦点調整装置の検出手段とその
光学系を示す側面図、第２図及び第３図は従来の
反射光焦点検出方法の欠点を示すためのウエーハ
表面の入射光と反射光との関係を示すウエーハの
側面図、第４図は本発明のウエーハ面上の焦点調
整装置の原理的な光学系の説明図、第５図乃至第
７図は第４図の波形説明図、第８図はウエーハを
傾けた場合の本発明の光学系を示す側面図、第９
図は第８図の波形説明図、第１０図イはウエーハ
の焦点面の反射率の異なる場合の本発明の光学系
を示す側面図、第１０図ロは第１０図イにおける
ウエーハ上の照射スポツトを示す平面図、第１１
図は第１０図の波形説明図、第１２図は本発明の
焦点調整装置をステツパーに適用した場合の回路
図である。 １……XYステージ、２……ウエーハ、３……
発光手段、４，６……反射ミラー、５……受光手
段、７……透明膜、９……対物レンズ、１０……
露光レンズ、１１……フオーカス面、１２……イ
ンフオーカス面、１３……アウトフオーカス面、
１４，１５……ハーフミラー、１６，１７……加
算回路、１８，１９……交流増幅器、２０……減
算回路、２１……同期検波回路、２２……平滑化
回路、２３……発振器、２４……切換回路、２５
……サーボアンプ、２６……モータ。
光学系を示す側面図、第２図及び第３図は従来の
反射光焦点検出方法の欠点を示すためのウエーハ
表面の入射光と反射光との関係を示すウエーハの
側面図、第４図は本発明のウエーハ面上の焦点調
整装置の原理的な光学系の説明図、第５図乃至第
７図は第４図の波形説明図、第８図はウエーハを
傾けた場合の本発明の光学系を示す側面図、第９
図は第８図の波形説明図、第１０図イはウエーハ
の焦点面の反射率の異なる場合の本発明の光学系
を示す側面図、第１０図ロは第１０図イにおける
ウエーハ上の照射スポツトを示す平面図、第１１
図は第１０図の波形説明図、第１２図は本発明の
焦点調整装置をステツパーに適用した場合の回路
図である。 １……XYステージ、２……ウエーハ、３……
発光手段、４，６……反射ミラー、５……受光手
段、７……透明膜、９……対物レンズ、１０……
露光レンズ、１１……フオーカス面、１２……イ
ンフオーカス面、１３……アウトフオーカス面、
１４，１５……ハーフミラー、１６，１７……加
算回路、１８，１９……交流増幅器、２０……減
算回路、２１……同期検波回路、２２……平滑化
回路、２３……発振器、２４……切換回路、２５
……サーボアンプ、２６……モータ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 試料面上の焦点を合わすべき部分に対して斜
め方向から光を照射する第１の発光手段Ａと、 該試料面で反射される該発光手段Ａからの光を
受光し、焦点が合つている時にそれぞれの検出出
力が等しくなる様に配置された第１、第２の受光
手段ｃ，ｄと、 前記焦点を合わすべき部分に対して斜め方向か
つ前記第１の発光手段Ａとは異なる方向から光を
照射する第２の発光手段Ｂと、 前記試料面で反射される該発光手段Ｂからの光
を受光し、焦点が合つている時にそれぞれの検出
出力が等しくなる様に配置された第３、第４の受
光手段ａ，ｂと、 前記第１と第２の受光手段の検出出力の差信
号、及び前記第３と第４の受光手段の検出出力の
差信号に基づいて試料を載置するステージまたは
光学系を制御して焦点を合わせる手段２５，２６
とを具備することを特徴とする自動焦点制御装
置。 ２ 前記第１、第２の発光手段を交互に発光させ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
自動焦点制御装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57228703A JPS59121932A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 自動焦点制御装置 |
| US06/563,655 US4570059A (en) | 1982-12-28 | 1983-12-20 | Automatic lens focus with respect to the surface of a workpiece |
| EP83307873A EP0115184B1 (en) | 1982-12-28 | 1983-12-22 | An automatic focus control device |
| DE8383307873T DE3374609D1 (en) | 1982-12-28 | 1983-12-22 | An automatic focus control device |
| IE3082/83A IE55043B1 (en) | 1982-12-28 | 1983-12-29 | An automatic focus control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57228703A JPS59121932A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 自動焦点制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59121932A JPS59121932A (ja) | 1984-07-14 |
| JPS6355859B2 true JPS6355859B2 (ja) | 1988-11-04 |
Family
ID=16880476
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57228703A Granted JPS59121932A (ja) | 1982-12-28 | 1982-12-28 | 自動焦点制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4570059A (ja) |
| EP (1) | EP0115184B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59121932A (ja) |
| DE (1) | DE3374609D1 (ja) |
| IE (1) | IE55043B1 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6174338A (ja) * | 1984-09-20 | 1986-04-16 | Hitachi Ltd | 縮小投影露光装置およびその方法 |
| US4690561A (en) * | 1985-01-18 | 1987-09-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Particle analyzing apparatus |
| JPS61219045A (ja) * | 1985-03-25 | 1986-09-29 | Canon Inc | 距離算出装置および自動焦点合わせ装置 |
| US4645338A (en) * | 1985-04-26 | 1987-02-24 | International Business Machines Corporation | Optical system for focus correction for a lithographic tool |
| US5162642A (en) * | 1985-11-18 | 1992-11-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Device for detecting the position of a surface |
| NL8600253A (nl) * | 1986-02-03 | 1987-09-01 | Philips Nv | Optisch afbeeldingssysteem voorzien van een opto-elektronisch fokusfoutdetektiestelsel. |
| DE68925142T2 (de) * | 1988-02-16 | 1996-06-13 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | Vorrichtung zum Nachweis der örtlichen Beziehung zwischen zwei Objekten |
| US4886958A (en) * | 1988-03-25 | 1989-12-12 | Texas Instruments Incorporated | Autofocus system for scanning laser inspector or writer |
| US5466945A (en) * | 1994-03-23 | 1995-11-14 | Eaton Corporation | Apparatus for detecting proper positioning of objects in a holder |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1919991C3 (de) * | 1969-04-19 | 1973-11-29 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Anordnung zur automatischen Aus richtung von zwei aufeinander einzu justierenden Objekten |
| JPS5330878A (en) * | 1976-09-03 | 1978-03-23 | Fujitsu Ltd | Focus adjusting device in projection type exposure apparatus |
| JPS5375773A (en) * | 1976-12-17 | 1978-07-05 | Fujitsu Ltd | Automatic focussing unit |
| JPS54126023A (en) * | 1978-03-23 | 1979-09-29 | Canon Inc | Optical device |
| NL7803969A (nl) * | 1978-04-14 | 1979-10-16 | Philips Nv | Opto-elektronisch fokusfout-detektiestelsel. |
| JPS5555529A (en) * | 1978-10-20 | 1980-04-23 | Hitachi Ltd | Method of positioning wafer |
| NL186353C (nl) * | 1979-06-12 | 1990-11-01 | Philips Nv | Inrichting voor het afbeelden van een maskerpatroon op een substraat voorzien van een opto-elektronisch detektiestelsel voor het bepalen van een afwijking tussen het beeldvlak van een projektielenzenstelsel en het substraatvlak. |
| JPS5696203A (en) * | 1979-12-27 | 1981-08-04 | Fujitsu Ltd | Detection device for optical position |
| JPS5758319A (en) * | 1980-09-26 | 1982-04-08 | Hitachi Ltd | Wafer chuck device |
| FR2504281A1 (fr) * | 1981-04-16 | 1982-10-22 | Euromask | Appareil de projection a dispositif de mise au point |
| DD159377A1 (de) * | 1981-05-28 | 1983-03-02 | Reiner Hesse | Anordnung zur positionierung |
-
1982
- 1982-12-28 JP JP57228703A patent/JPS59121932A/ja active Granted
-
1983
- 1983-12-20 US US06/563,655 patent/US4570059A/en not_active Expired - Fee Related
- 1983-12-22 DE DE8383307873T patent/DE3374609D1/de not_active Expired
- 1983-12-22 EP EP83307873A patent/EP0115184B1/en not_active Expired
- 1983-12-29 IE IE3082/83A patent/IE55043B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4570059A (en) | 1986-02-11 |
| IE55043B1 (en) | 1990-05-09 |
| JPS59121932A (ja) | 1984-07-14 |
| EP0115184B1 (en) | 1987-11-19 |
| DE3374609D1 (en) | 1987-12-23 |
| IE833082L (en) | 1984-06-28 |
| EP0115184A1 (en) | 1984-08-08 |
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