JPH0451969B2 - - Google Patents
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- JPH0451969B2 JPH0451969B2 JP58029317A JP2931783A JPH0451969B2 JP H0451969 B2 JPH0451969 B2 JP H0451969B2 JP 58029317 A JP58029317 A JP 58029317A JP 2931783 A JP2931783 A JP 2931783A JP H0451969 B2 JPH0451969 B2 JP H0451969B2
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- plane
- target object
- light
- photomask
- wafer
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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
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
- G03F7/707—Chucks, e.g. chucking or un-chucking operations or structural details
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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)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、例えば半導体の露光装置におけるウ
エハのごとく、対象物体を所定の基準面に位置出
しする装置等に使用される自動焦点合せ方法およ
びその装置に関するものである。Detailed Description of the Invention [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an automatic focusing method used in a device for positioning a target object, such as a wafer in a semiconductor exposure device, on a predetermined reference plane, and the like. It is related to the device.
上記の対象物体は、被加工物でも、被検査物で
も、加工具、測定具でも良く、各種物体に適用し
得る。 The above target object may be a workpiece, an object to be inspected, a processing tool, or a measuring tool, and can be applied to various objects.
例えば半導体露光装置においては、2〜3μm
の微細なマスクパターンを高解像度でウエハに転
写しなければならず、このためにはウエハを数μ
mの平面内に位置ぎめする必要がある。
For example, in semiconductor exposure equipment, 2 to 3 μm
It is necessary to transfer a fine mask pattern onto a wafer with high resolution.
It is necessary to position within the plane of m.
第1図は上に述べた半導体露光装置の1例を示
す。ウエハ1を吸着したチヤツク2はステージ3
上に支承されており、上記の3部材は図示のN位
置とM位置との間を矢印C−dのごとく往復移動
し得る構造である。本図はN位置の3部材(1,
2,3)とM位置の3部材との両方を実線で描い
てあるがこれら3部材の1台分設置個数は各1個
である。 FIG. 1 shows an example of the semiconductor exposure apparatus described above. The chuck 2 that adsorbed the wafer 1 is at stage 3.
The above-mentioned three members have a structure that allows them to reciprocate between the N position and the M position shown in the figure as indicated by the arrow C-d. This figure shows three members (1,
2, 3) and the three members at the M position are both drawn with solid lines, and the number of each of these three members installed per unit is one.
第1図においてPは露光用光軸である。露光用
光は光軸Pに沿つてマスク8に入射され、投影光
学系7を通り、M位置のステージ3に搭載されて
いるチヤツク2に真空Vにより吸着固定されてい
るウエハ1を露光し、マスクパターンをウエハ1
に転写する。ここにおいて、ウエハ1は位置決め
されている必要がある。 In FIG. 1, P is the exposure optical axis. The exposure light enters the mask 8 along the optical axis P, passes through the projection optical system 7, and exposes the wafer 1 which is suctioned and fixed to the chuck 2 mounted on the stage 3 at the M position by the vacuum V. Transfer mask pattern to wafer 1
Transfer to. Here, the wafer 1 needs to be positioned.
この為に、ウエハ1は予めNの位置で平面位置
決めされる。即ち、ウエハ1は自由に傾くことが
可能なチヤツク2に真空Vで吸着固定し、チヤツ
ク2はステージ3に搭載されている。平面位置出
し装置4は観察顕微鏡5に取付けられ、位置出し
ピン6は投影光学系7の焦点深度以内の平面を構
成する様に調整してある。又、ステージ3は矢印
a,b、及びc,dの方向に高精度で移動出来る
構造である。まず、チヤツク2の球面座2aが自
由に動く状態でステージ3を矢印a方向(上方)
に移動し、ウエハ1の表面を位置決めピン6に押
し当て、ウエハ1とマスク8の平行出しを行な
う。次にチヤツク2の球面座2aをステージ3に
真空Vで固定し、ステージ3を矢印b方向(下
方)にhだけ移動する。これにより位置出しピン
6よりhだけ下の位置にあるマスク8の像の焦点
深度内にウエハ1を位置決めする。この状態で水
平面内でのアライメントが行われ、マスクパター
ンに対するウエハ1の相対的の位置合せが完了す
る。次に、ステージ3をd方向に水平移動して、
Mの位置でウエハ1に露光する。 For this purpose, the wafer 1 is previously positioned in a plane at the N position. That is, the wafer 1 is suctioned and fixed to a freely tiltable chuck 2 using a vacuum V, and the chuck 2 is mounted on a stage 3. The plane positioning device 4 is attached to the observation microscope 5, and the positioning pins 6 are adjusted so as to form a plane within the depth of focus of the projection optical system 7. Furthermore, the stage 3 has a structure that allows it to move with high precision in the directions of arrows a, b, c, and d. First, move the stage 3 in the direction of arrow a (upward) with the spherical seat 2a of the chuck 2 moving freely.
The surface of the wafer 1 is pressed against the positioning pins 6 to align the wafer 1 and the mask 8 in parallel. Next, the spherical seat 2a of the chuck 2 is fixed to the stage 3 by a vacuum V, and the stage 3 is moved by h in the direction of arrow b (downward). As a result, the wafer 1 is positioned within the depth of focus of the image of the mask 8 located at a position h below the positioning pin 6. In this state, alignment in the horizontal plane is performed, and the relative positioning of the wafer 1 with respect to the mask pattern is completed. Next, move the stage 3 horizontally in the d direction,
Wafer 1 is exposed at position M.
微細なマスクパターンをウエハ1に解像度良く
転写する為、ウエハ1の露光面をマスクの像の焦
点深度以内に保ち、基準面(この場合はマスクの
像の焦点位置)との平行性は数μm以内の精度に
する必要がある。基準面に平行な平面を得る方法
として、第2図に示すようなプレート9上の3点
に立設された3個の位置決めピン6の先端を結ぶ
面が基準面に平行となるように位置決めピン6を
調節し、該ピンの先端に対象物体の平面、例えば
ウエハ1の表面を接触せしめて、該平面を基準面
と平行とする方法が従来より行なわれている。 In order to transfer a fine mask pattern to wafer 1 with high resolution, the exposure surface of wafer 1 is kept within the focal depth of the mask image, and the parallelism with the reference plane (in this case, the focal position of the mask image) is several μm. It is necessary to have an accuracy within As a method of obtaining a plane parallel to the reference plane, positioning is performed so that the plane connecting the tips of the three positioning pins 6 erected at three points on the plate 9 is parallel to the reference plane as shown in Fig. 2. Conventionally, a method has been used in which the pin 6 is adjusted and the tip of the pin is brought into contact with a plane of a target object, for example, the surface of the wafer 1, so that the plane is parallel to a reference plane.
この方法を用いた従来の平面位置出し装置は、
第3図に示すように、プレート9に一つの円周上
の概ね3等分点にそれぞれねじ孔eを設け、該ね
じ孔eに位置決めピン6を螺入したものである。
位置決めピン6を廻すとピン6の先端がプレート
9に対して移動するので、各ピン6の位置を調節
して3個のピン6の先端を結ぶ面が基準面Qと平
行になるようにする。 A conventional plane positioning device using this method is
As shown in FIG. 3, screw holes e are provided in the plate 9 at approximately three equal points on one circumference, and positioning pins 6 are screwed into the screw holes e.
When the positioning pin 6 is turned, the tip of the pin 6 moves relative to the plate 9, so adjust the position of each pin 6 so that the plane connecting the tips of the three pins 6 is parallel to the reference plane Q. .
しかしながら、この装置においては、基準面に
設けた固定ピンに対象物であるウエハ1を押し当
てる方式であるため、押付力が強くなると製品で
あるウエハ1に傷が付く欠点がある。又、位置決
めピン6のレベル合わせも数μm以内にする必要
があり、位置決めピン6の回転角を精密に調整す
る機構も必要である。さらにチヤツク2の球面座
2aに、ゴミや例えば10〜20μmの異物等が介在
すると、リークが生じて真空吸着力が低下し、平
面位置出し後、ステージ3を矢印b方向(下方)
にhだけ移動した際に、平面位置出し精度が悪化
する恐れもある。 However, in this apparatus, since the wafer 1, which is the object, is pressed against a fixing pin provided on a reference surface, there is a drawback that if the pressing force is too strong, the wafer 1, which is the product, will be damaged. Furthermore, the leveling of the positioning pin 6 must be within several μm, and a mechanism for precisely adjusting the rotation angle of the positioning pin 6 is also required. Furthermore, if dust or a foreign object of 10 to 20 μm is present in the spherical seat 2a of the chuck 2, leakage will occur and the vacuum suction force will decrease.
There is also a possibility that the plane positioning accuracy will deteriorate when moving by h to .
次に、高精度な自動焦点合わせが必要な、ホト
マスク外観検査装置に用いられていた従来の平面
位置出し装置の1例を第4図について説明する。 Next, an example of a conventional plane positioning device used in a photomask visual inspection apparatus that requires highly accurate automatic focusing will be described with reference to FIG.
被検査物体であるホトマスク11は、X−Yス
テージ12上に設けたZステージ13上に載置さ
れている。ホトマスク11の上方には、対物レン
ズ14が配設されている。対物レンズ14によつ
てホトマスク11のパターンは拡大投影され、対
物レンズ14の上方に設置したパターンセンサ1
5に結像する。一方ホトマスク11の回路パター
ンの設計データは画像信号として記憶してある磁
気テープ16から読み出した信号出力と、上記パ
ターンセンサ15の出力信号は、欠陥判定部17
に入力されるよう、電気的に連結されている。パ
ターン検出のための対物レンズ14には、その先
端にノズルが形成されており、エアが供給できる
構造となつている。このエアはギヤツプ検出部1
8を通して供給される。これらのギヤツプの検出
はエアマイクロメータの原理を用いており、ギヤ
ツプ検出部18は対物レンズ14のノズルの背圧
とエア供給圧の差を検出することによつてギヤツ
プgを検知する構成となつている。そしてZステ
ージ13を駆動するコントローラ19はギヤツプ
検出部18に連結されている。 A photomask 11, which is an object to be inspected, is placed on a Z stage 13 provided on an XY stage 12. An objective lens 14 is arranged above the photomask 11. The pattern on the photomask 11 is enlarged and projected by the objective lens 14, and the pattern sensor 1 installed above the objective lens 14
5. On the other hand, the design data of the circuit pattern of the photomask 11 is stored as an image signal, and the signal output read from the magnetic tape 16 and the output signal of the pattern sensor 15 are transmitted to the defect determination section 17.
are electrically connected to be input to the The objective lens 14 for pattern detection has a nozzle formed at its tip, and is configured to be able to supply air. This air is supplied to the gap detection section 1.
8. Detection of these gaps uses the principle of an air micrometer, and the gap detection section 18 is configured to detect the gap g by detecting the difference between the back pressure of the nozzle of the objective lens 14 and the air supply pressure. ing. A controller 19 that drives the Z stage 13 is connected to a gap detection section 18.
ホトマスク11の検査は第5図の矢印の順序で
ホトマスク全面を走査する。検査のためX−Yス
テージ12を走査中、パターンセンサ15と磁気
テープ16の出力信号を欠陥判定部17で比較し
違いが検出されれば異常部と判定する。この検査
の間、ホトマスク11にはうねりがあり、X−Y
ステージ12の直進運動の誤差も加わるので、対
物レンズを常にピント合せする必要がある。しか
も最近ではLSIパターンの微細化に伴ない、1μm
以下の欠陥をも検出する必要が生じている。この
ため高い解像力のレンズ例えばNA0,9,焦点
深度0.2μmの高解像レンズを用いることが必要で
あり、焦点合わせ精度も0.1μmと高精度が要求さ
れる。上記のような高精度な焦点合わせ精度0.1μ
mを保つためには、微小変化が可能なZステージ
のストロークにも制限があり50〜100μが限度で
ある。しかしこの程度のストロークでは、ホトマ
スクの表面のうねりや、XYステージの直進運動
誤差の他に、ホトマスクを保持している面の平面
度やZステージ上昇時に生じる傾き誤差等も生じ
るため、ホトマスクの検査中に検査開始点から
除々に誤差が生じ、Zステージのストローク以上
の誤差を生じたりする。このため自動焦点合わせ
をする前に概略の焦点合わせ、すなわちホトマス
クを対物レンズのピント面に数μm以内で位置合
わせする必要がある。従来からこの装置に用いら
れていた、平面位置出し装置の一例を第6図に示
す。本図のAは平面図、本図のBは断面正面図で
ある。回転ベース21はボール22を介してベー
ス23上に載置されている。回転ベース21上に
は、くさび作用を行なう斜面21aが設けてあ
る。斜面21a上には、上板24に設けてあるロ
ーラ25が接しており、この接触を与えるためバ
ネ26が設けられている。上板24は下ベース2
3に板バネ27,28でプレート29,30を介
して弾性的に支持され、矢印Y方向に移動可能に
位置決め支持される。回転ベース21の一端は、
モータ31に接続されたネジ32と螺合している
ナツト33に接していて、この接触を与えるた
め、バネ34が設けてある。回転ベース21は3
個のボールベアリング35で回転支持されてい
る。 To inspect the photomask 11, the entire surface of the photomask is scanned in the order of the arrows in FIG. While the XY stage 12 is being scanned for inspection, the output signals of the pattern sensor 15 and the magnetic tape 16 are compared in the defect determination section 17, and if a difference is detected, it is determined that it is an abnormal part. During this inspection, the photomask 11 has undulations and
Since an error due to the linear movement of the stage 12 is also added, it is necessary to always keep the objective lens in focus. Moreover, with the recent miniaturization of LSI patterns, 1μm
It has become necessary to detect the following defects as well. For this reason, it is necessary to use a lens with high resolving power, for example, a high resolution lens with an NA of 0.9 and a depth of focus of 0.2 μm, and a high focusing accuracy of 0.1 μm is required. High precision focusing accuracy of 0.1μ as above
In order to maintain m, there is a limit to the stroke of the Z stage, which can make minute changes, and is limited to 50 to 100 μ. However, with a stroke of this size, in addition to waviness on the surface of the photomask and errors in the linear movement of the Errors gradually occur from the inspection starting point during the inspection, and errors that are greater than the stroke of the Z stage may occur. Therefore, before automatic focusing, it is necessary to perform rough focusing, that is, to align the photomask with the focal plane of the objective lens within several μm. An example of a plane positioning device conventionally used in this device is shown in FIG. A in this figure is a plan view, and B in this figure is a sectional front view. The rotating base 21 is placed on a base 23 via a ball 22. A slope 21a is provided on the rotating base 21 to provide a wedge effect. A roller 25 provided on the upper plate 24 is in contact with the slope 21a, and a spring 26 is provided to provide this contact. The upper plate 24 is the lower base 2
3 is elastically supported by plate springs 27 and 28 via plates 29 and 30, and positioned and supported so as to be movable in the direction of arrow Y. One end of the rotating base 21 is
A spring 34 is provided for contacting and providing this contact with a nut 33 which is threaded into a screw 32 connected to the motor 31. The rotating base 21 is 3
It is rotatably supported by ball bearings 35.
上記構成でホトマスク11を対物レンズ14の
ピント面Rに位置出しするには、ギヤツプ検出部
18でギヤツプgのときの背圧を電圧に変換し、
コントローラ19ではギヤツプ検出部18の電圧
の変化にもとずきある一定の電圧値になるまでモ
ータ31を駆動する。モータ31が回転すると、
送りネジ32が回転し、送りネジ32はナツト3
3と係合しているからナツト33に接している回
転ベース21はボールベアリング35を回転ガイ
ドとして回転する。これに伴つて回転ベース21
上の斜面21aも回転移動するため、斜面21a
に接しているローラ25は上下方向に移動する。
このようにしてホトマスク11が上下方向に移動
して、対物レンズ14の概略の焦点範囲、数μm
程度に入いつたらモータ31の回転を止め位置出
しが完了する。この方法においては前記した第2
図、第3図に比べ非接触であるため、製品に傷を
与えることなく且つ位置出し精度も向上する利点
があるが、以下に述べる欠点がある。 In order to position the photomask 11 on the focus plane R of the objective lens 14 with the above configuration, the gap detection section 18 converts the back pressure at the gap g into a voltage.
The controller 19 drives the motor 31 based on the change in voltage of the gap detection section 18 until a certain voltage value is reached. When the motor 31 rotates,
The feed screw 32 rotates, and the feed screw 32 is attached to the nut 3.
3, the rotation base 21 in contact with the nut 33 rotates using the ball bearing 35 as a rotation guide. Along with this, the rotating base 21
Since the upper slope 21a also rotates, the slope 21a
The roller 25 in contact with moves vertically.
In this way, the photomask 11 is moved vertically, and the approximate focal range of the objective lens 14 is adjusted by several μm.
When the position is reached, the rotation of the motor 31 is stopped and positioning is completed. In this method, the second
Since it is non-contact compared to FIGS. 3 and 3, it has the advantage of not damaging the product and improving the positioning accuracy, but it has the following disadvantages.
ホトマスク全面を一度に高さ合わせするため、
ホトマスクを保持している面が傾いたり、ホトマ
スクと保持台の間にゴミを狭んだり、ホトマスク
の厚さのむらが生じていると、平面位置出し誤差
となる。しかも1ケ所で検出しているため、検出
部は対物レンズの焦点面に数μm以内の高精度で
位置合わせが行なわれるが、他の各部は合わせ精
度が悪くなり、この誤差を少なくすることは、こ
の装置では不可能である。又位置出し時には数μ
mの平面を保つ必要があるため、位置出し装置の
分解能は1μm程度が要求され、第5図に示すよ
うな複雑で高精度な上下機構も必要になる。 To adjust the height of the entire photomask at once,
If the surface holding the photomask is tilted, if dust is trapped between the photomask and the holding table, or if the thickness of the photomask is uneven, plane positioning errors will occur. Furthermore, since detection is performed at one location, the detection section is aligned with the focal plane of the objective lens with high precision within a few μm, but the alignment accuracy of other sections deteriorates, and it is impossible to reduce this error. , is not possible with this device. Also, when positioning, several μ
Since it is necessary to maintain a plane of m, the resolution of the positioning device is required to be approximately 1 μm, and a complicated and highly accurate vertical mechanism as shown in FIG. 5 is also required.
以上述べた如く、半導体露光装置やマスク検査
装置において、信頼度および精度を向上させるた
めには対象物体の表面を非接触で高精度に位置合
せすることが重要な技術課題である。 As described above, in order to improve reliability and precision in semiconductor exposure equipment and mask inspection equipment, it is an important technical issue to align the surface of a target object with high precision in a non-contact manner.
本発明の目的は、上記技術課題を解決すべく、
対象物体の表面を高精度に光学的に自動焦点合せ
をして高信頼度で、且つ高精度の外観検査や露光
等を行うことができるようにした自動焦点合せ方
法およびその装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to solve the above technical problems,
To provide an automatic focusing method and a device thereof, capable of optically automatically focusing the surface of a target object with high precision and performing highly reliable and highly accurate appearance inspection, exposure, etc. It is in.
本発明は、上記目的を達成するために、対象物
体表面に光を照射し、該対象物体表面からの反射
して結像光学系で結像される光を、共役な合焦点
面の前後に配置した2つの光電変換手段で受光し
て2つのコントラスト信号を得、該2つのコント
ラスト信号が等しくなるように上記対象物体を上
記結像光学系の光軸方向に移動させて焦点合せを
行うことを特徴とする自動焦点合せ方法である。
また、本発明は、対象物体表面に光を照射する光
照射手段と、該光照射手段で光を照射して対象物
体表面からの反射光を結像させる結像光学系と、
該結像光学系で結像される光を受光して2つのコ
ントラスト信号を得るように共役な合焦点面の前
後に配置した2つの光電変換手段と、該2つの光
電変換手段の各々から得られるコントラスト信号
が等しくなるように上記対象物体を上記結像光学
系の光軸方向に移動させて焦点合せを行う対象物
体制御手段とを備えたことを特徴とする自動焦点
合せ装置である。
In order to achieve the above object, the present invention irradiates the surface of a target object with light, and directs the light reflected from the surface of the target object to be imaged by an imaging optical system before and after a conjugate focal plane. Two contrast signals are obtained by receiving the light with two arranged photoelectric conversion means, and focusing is performed by moving the target object in the optical axis direction of the imaging optical system so that the two contrast signals are equal. This is an automatic focusing method characterized by:
The present invention also provides a light irradiation means for irradiating light onto the surface of a target object, an imaging optical system for irradiating light with the light irradiation means and forming an image of reflected light from the surface of the target object;
two photoelectric conversion means arranged before and after a conjugate focal plane so as to receive the light imaged by the imaging optical system and obtain two contrast signals; and a target object control means for performing focusing by moving the target object in the optical axis direction of the imaging optical system so that the contrast signals obtained are equal.
次に、本発明の係る自動焦点合せ装置および該
自動焦点合せ装置を使用する平面位置出し装置等
について第7図乃至第10図に基いて説明する。
Next, an automatic focusing device according to the present invention and a plane positioning device using the automatic focusing device will be explained with reference to FIGS. 7 to 10.
第7図及び第8図は本発明に係る自動焦点合せ
装置を使用する平面位置出し装置の概略構成を示
す図で、第7図は平面的配置図、第8図は概要的
な断面正面図である。 7 and 8 are diagrams showing a schematic configuration of a planar positioning device using an automatic focusing device according to the present invention, FIG. 7 is a planar layout diagram, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional front view. It is.
位置決めする対象物(本実施例においてはウエ
ハ1)の上方に、対象物の平面よりも若干小さい
円周上の概ね3等分点に位置検出器36a,36
b,36cを配設する。又、ウエハ1を保持する
チヤツク2の下方に、該チヤツク2を上下に駆動
し得る微小変位機構37a,37b,37cを設
けてある。 Above the object to be positioned (the wafer 1 in this embodiment), position detectors 36a, 36 are placed at roughly three equal points on the circumference, which is slightly smaller than the plane of the object.
b, 36c are arranged. Furthermore, minute displacement mechanisms 37a, 37b, and 37c are provided below the chuck 2 that holds the wafer 1, which can drive the chuck 2 up and down.
上記の微小変位機構37a,37b,37c
は、それぞれ位置検出器36a,36b,36c
に対応するごとく円周方向の3等分点に配設し、
かつ、検出部41、コントローラ42を介して、
それぞれ位置検出器36a,36b,36cの検
出信号に応じて制御されるように構成する。 The above minute displacement mechanisms 37a, 37b, 37c
are position detectors 36a, 36b, 36c, respectively.
Arranged at three equal points in the circumferential direction to correspond to
And, via the detection unit 41 and the controller 42,
They are configured to be controlled in accordance with detection signals from position detectors 36a, 36b, and 36c, respectively.
ウエハ1を支承するチヤツク2はプレート39
及び板バネ40を介してベース38に対し弾性的
に支承する。 The chuck 2 that supports the wafer 1 is a plate 39.
and is elastically supported on the base 38 via a leaf spring 40.
上記構成でウエハ1の平面位置出しを行なうに
は、あらかじめ基準面Gのときの各検出器36
a,36b,36cの出力を検出部に入力してお
く。検出部41ではこの基準出力より小さい出力
のときは微小変位機構37a,37b,37cを
上昇し、基準出力より大きくなつたら下降するよ
うにコントロールに指令する。 In order to perform plane positioning of the wafer 1 with the above configuration, each detector 36 at the reference plane G must be
The outputs of a, 36b, and 36c are input to the detection section. The detection unit 41 instructs the control to raise the minute displacement mechanisms 37a, 37b, and 37c when the output is smaller than the reference output, and to lower them when the output becomes larger than the reference output.
今ウエハ1の表面が、面Hにあるときは、検出
器36a,36b,36cの出力は零である。こ
のとき検出部41は、検出器36a,36b,3
6cから上記の基準出力が検出されるまで、微小
駆動機構37a,37b,37cを上昇させるよ
うにコントローラ42に指令を出し続ける。ウエ
ハ1が除々に上昇し面Iまで上昇すると検出器3
6aから出力が出始めるが、この出力と基準の出
力を検出器37bで比較し、基準出力と同等にな
るまで、微小駆動機構36a,36b,36cを
さらに上昇する。ウエハ1が上昇し、検出器36
aが基準出力になると、微小駆動機構37aは静
止する。しかし検出器36b,36cは基準出力
より低いため、微小駆動機構37b,37cはさ
らに上昇を続ける。このとき検出器36aに、ウ
エハ1が近ずきすぎて、基準出力より大きくなつ
たら、微小駆動機構37aを基準出力相当位置ま
で下降させる。このようにして、各検出器36
a,36b,36cの出力が基準出力と一致する
まで、微小駆動機構37a,37b,37cを上
昇又は下降させることにより、高精度な基準平
面、G面を短時間で得ることが出来る。一例とし
て、検出器36a,36b,36cに電気マイク
ロメータを用い、微小駆動機構に1μm程度の駆
動機構を用いれば、検出精度は0.1μmの分解能で
測定出来、上下駆動する微小ステージもストロー
ク1〜2mm程度は駆動変位のリニアリテイも高く
高精度な平面を保つことが出来る。しかも1μm
の変位を測定する電気マイクロメータの測定圧も
0.1Nと非常に微小な力であるため、検出時にウ
エハに損傷を与えることもない。 When the surface of the wafer 1 is now on the plane H, the outputs of the detectors 36a, 36b, and 36c are zero. At this time, the detection unit 41 detects the detectors 36a, 36b, 3
The command continues to be issued to the controller 42 to raise the minute drive mechanisms 37a, 37b, and 37c until the above reference output is detected from 6c. When wafer 1 gradually rises to surface I, detector 3
The output starts to be output from 6a, and the detector 37b compares this output with the reference output, and the minute drive mechanisms 36a, 36b, and 36c are further raised until the output becomes equal to the reference output. The wafer 1 is raised and the detector 36
When a becomes the reference output, the minute drive mechanism 37a stops. However, since the outputs of the detectors 36b and 36c are lower than the reference output, the minute drive mechanisms 37b and 37c continue to rise. At this time, if the wafer 1 comes too close to the detector 36a and the output becomes larger than the reference output, the minute drive mechanism 37a is lowered to a position corresponding to the reference output. In this way, each detector 36
By raising or lowering the minute drive mechanisms 37a, 37b, 37c until the outputs of a, 36b, 36c match the reference output, a highly accurate reference plane, G plane, can be obtained in a short time. As an example, if electric micrometers are used for the detectors 36a, 36b, and 36c and a drive mechanism of about 1 μm is used as the micro drive mechanism, the detection accuracy can be measured with a resolution of 0.1 μm, and the micro stage that is driven up and down can also be used for strokes of 1 to 1 μm. At about 2 mm, the linearity of the drive displacement is high and a highly accurate flat surface can be maintained. And 1μm
The measuring pressure of an electric micrometer that measures the displacement of
Since the force is extremely small at 0.1N, there is no damage to the wafer during detection.
上に述べた実施例においては接触形の位置検出
器を用いたが、非接触形の位置検出器を用いるこ
ともできる。 In the embodiments described above, a contact type position detector is used, but a non-contact type position detector can also be used.
非接触形の位置検出器を用いると、対象物に接
触による傷をつけたり汚損を生じたりする虞れが
無い。 When a non-contact type position detector is used, there is no risk of scratching or staining the object due to contact.
非接触形位置検出器の一つにエアマイクロ式の
検出器が有るが、これをウエハなどに用いると塵
埃を捲き上げて対象物を汚損する虞れがある。光
学式若しくは電磁式の検出器を用いると、ウエハ
のように極度に塵埃を嫌う対象物の位置出しに好
適である。このため、本発明は、特に半導体製品
のウエハやマスクの表面が鏡面に近い状態である
ことに着目して生まれたものである。 One of the non-contact type position detectors is an air micro type detector, but if this is used for a wafer or the like, there is a risk of stirring up dust and contaminating the target object. The use of an optical or electromagnetic detector is suitable for locating objects such as wafers that are extremely sensitive to dust. For this reason, the present invention was developed by paying particular attention to the fact that the surfaces of semiconductor products such as wafers and masks are nearly mirror-like.
以下本発明に係る光学式検出器を用いた自動焦
点合せ装置の一実施例を第9図および第10図に
基いて説明する。第9図は本発明に係る自動焦点
合せ装置をホトマスク検査装置に適用した場合を
示す図である。ホトマスク11の上方には対物レ
ンズ14が配されており、この対物レンズ14に
よつてホトマスク11のパターンは拡大投影さ
れ、対物レンズ14の上方に設置したパターンセ
ンサ15に結像する。結像した像は、従来技術で
説明したと同様の検査方法により欠陥検査を行な
う。ホトマスク11の上方には、対物レンズ14
の他に、低倍率の3個の対物レンズ43a,43
b,43cをホトマスクの外周の内側に配してお
く。今、説明を容易にするため、対物レンズ43
aを用いた一軸について第10図を用いて説明す
る。尚微小駆動機構用のコントローラ42は第8
図に示したものと同じものを用いるとする。 An embodiment of an automatic focusing device using an optical detector according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 9 and 10. FIG. 9 is a diagram showing a case where the automatic focusing device according to the present invention is applied to a photomask inspection device. An objective lens 14 is disposed above the photomask 11, and the pattern on the photomask 11 is enlarged and projected by this objective lens 14, and an image is formed on a pattern sensor 15 disposed above the objective lens 14. The formed image is inspected for defects using the same inspection method as described in the prior art. Above the photomask 11 is an objective lens 14.
In addition, three objective lenses 43a, 43 with low magnification
b and 43c are arranged inside the outer periphery of the photomask. Now, for ease of explanation, the objective lens 43
One axis using a will be explained using FIG. The controller 42 for the minute drive mechanism is the eighth controller.
Let's use the same one shown in the figure.
本実施例は、対象物体の面(ホトマスク11の
面)の位置を検出するための照明光を用い、この
照明光の像を被観察物体に投影し、その反射光の
強度を検出する光強度センサを用いて検出し、被
観察物体の移動による光強度の強弱を検出し、位
置合わせを行なうものである。対物レンズ43a
の上方から照明光を入光し、この照明光の像Sを
光路L1につくり、この像Sを対物レンズ43a
によりホトマスク11上に結像する。この像をS1
として、ハーフミラー44aで分岐した光路L2
とさらにミラー45aで分岐した光路L3上に投
影する。この投影された像をS2とし、S2の前方と
後方に光強度センサ46a,47aを配設する。
ホトマスク11のパターンの拡大投影像が第9図
のパターンセンサ15に合焦点になるとき、上記
の照明像S2はO′面に結像する。今ホトマスク1
1のO面よりlだけ上のJ面の合焦点面J′面に光
強度センサ47a、O′面よりlだけ下のK面の
合焦点面K′面に光強度センサ46aを配してい
る。上記構成でホトマスク11がO面に位置する
とき光強度センサ47a,46aは同等の出力を
示すように調整し、出力の差を0にしておく。 This embodiment uses illumination light to detect the position of the surface of the target object (the surface of the photomask 11), projects the image of this illumination light onto the observed object, and detects the intensity of the reflected light. A sensor is used to detect the intensity of the light intensity due to the movement of the object to be observed, and alignment is performed. Objective lens 43a
Illumination light is input from above, an image S of this illumination light is created on the optical path L1 , and this image S is passed through the objective lens 43a.
An image is formed on the photomask 11 by this. This statue S 1
, the optical path L 2 branched by the half mirror 44a
Then, it is further projected onto the optical path L3 branched by the mirror 45a. This projected image is referred to as S2 , and light intensity sensors 46a and 47a are provided in front and behind S2 .
When the enlarged projected image of the pattern of the photomask 11 comes into focus on the pattern sensor 15 of FIG. 9, the above-mentioned illumination image S2 is focused on the O' plane. now photomask 1
A light intensity sensor 47a is disposed on the in-focus plane J' of the J plane, which is l above the O plane of 1, and a light intensity sensor 46a is disposed on the in-focus plane K' of the K plane, which is l below the O' plane. There is. With the above configuration, when the photomask 11 is located on the O plane, the light intensity sensors 47a and 46a are adjusted so that they show the same output, and the difference in output is set to zero.
一方、ホトマスク11の下方には、1μm以下
の精度で上下動可能な微小変位機構37aが配設
されている。 On the other hand, a minute displacement mechanism 37a that can move up and down with an accuracy of 1 μm or less is provided below the photomask 11.
次に、微小変位機構37aを簡単に説明する。
モータ48が回転するとギヤ49,50を介して
送りねじ51が回転する。送りねじ51はベース
52に固定されたナツト53と螺合しているか
ら、送りねじ51が図示左右方向に移動し、これ
に伴なつて移動台54が同一方向(A方向)に移
動せしめられる。斜面54aに接しているローラ
55は上下方向に移動し、このときレバー56は
板ばね57,58の交点を支点として揺動する。
レバー56に取付けられた鋼球59はローラ55
の上下方向移動量のC/dだけ上下方向(B方
向)に移動する。モータ48の回転角を15°、ギ
ヤ49,50のギヤ比を2.5:1、送りネジ51
のピツチを1mm、移動台54の斜面54aの勾配
を1/8.33、ローラ55と鋼球59との位置関係
の比を4:1とすると、マスクホルダ60の上下
動分解能は次式のごとくである。 Next, the minute displacement mechanism 37a will be briefly explained.
When the motor 48 rotates, the feed screw 51 rotates via the gears 49 and 50. Since the feed screw 51 is screwed into a nut 53 fixed to the base 52, the feed screw 51 moves in the left-right direction in the figure, and the moving table 54 is accordingly moved in the same direction (direction A). . The roller 55 in contact with the slope 54a moves in the vertical direction, and at this time the lever 56 swings about the intersection of the plate springs 57 and 58 as a fulcrum.
The steel ball 59 attached to the lever 56 is connected to the roller 55
It moves in the vertical direction (direction B) by C/d, which is the vertical movement amount of . The rotation angle of the motor 48 is 15°, the gear ratio of gears 49 and 50 is 2.5:1, and the feed screw 51
Assuming that the pitch is 1 mm, the slope of the slope 54a of the movable table 54 is 1/8.33, and the ratio of the positional relationship between the roller 55 and the steel ball 59 is 4:1, the vertical motion resolution of the mask holder 60 is as shown in the following equation. be.
7.5°/360°×1/2.5×1000μm×1/8.33×1/2
.5=0.5μm
例えば上記駆動機構が上昇してホトマスク11
の位置がO面からJ面に近ずけば、光強度センサ
47aの出力が上り、光強度センサ46aの出力
は下る。このときの光強度センサ47a,46a
の出力の差をとれば、ホトマスク11が移動して
いる方向がわかる。この出力にもとずき、微小駆
動機構のモータ48を回転して、ホトマスク11
を下に移動する。このようにして光強度センサ4
7a,46aの出力差が0になるまでホトマスク
11を移動すれば、第8図の対物レンズ14の焦
点面に合うようになる。この動作をホトマスク1
1上の3ケ所で同時に行なえば短時間で、対物レ
ンズ14の焦点面に位置出しを行なうことが出来
る。 7.5°/360°×1/2.5×1000μm×1/8.33×1/2
.5=0.5μm For example, when the drive mechanism is raised, the photomask 11
As the position approaches the J plane from the O plane, the output of the light intensity sensor 47a increases and the output of the light intensity sensor 46a decreases. Light intensity sensors 47a, 46a at this time
By calculating the difference between the outputs, the direction in which the photomask 11 is moving can be determined. Based on this output, the motor 48 of the minute drive mechanism is rotated, and the photomask 11 is rotated.
Move down. In this way, the light intensity sensor 4
If the photomask 11 is moved until the output difference between 7a and 46a becomes 0, it will come to match the focal plane of the objective lens 14 in FIG. Photomask 1
If this is done simultaneously at three locations on the object lens 14, the focal plane of the objective lens 14 can be positioned in a short time.
本実施例の平面位置出し装置によれば、ウエハ
やマスクを傷つける虞れもなく、しかも平面の3
ケ所を同時に検出するため高精度な平面位置出し
を短時間で確実にすることが出来る利点がある。
又検出箇所を独立に駆動して位置出しを行なうた
め、製品の厚さむらや、製品を保持しているホル
ダの平面度が悪くても、基準面に対する平面を高
精度に保つことが出来る利点もある。 According to the plane positioning device of this embodiment, there is no risk of damaging the wafer or mask, and moreover,
This method has the advantage that highly accurate planar positioning can be ensured in a short time because the two locations are detected simultaneously.
In addition, since the detection points are driven independently for positioning, even if the thickness of the product is uneven or the flatness of the holder holding the product is poor, the flatness relative to the reference plane can be maintained with high precision. There is also.
以上詳述したように本発明によれば、コントラ
スト信号の傾斜部を用いることができ、ウエハや
マスク等の対象物体の表面に対して非接触で光学
的に高精度に自動焦点合せをして高信頼度で、且
つ高精度の外観検査や露光等を行うことができる
効果を奏する。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to use the inclined portion of the contrast signal, and to optically and highly accurately autofocus the surface of a target object such as a wafer or mask without contact. This has the effect of allowing highly reliable and highly accurate visual inspection, exposure, etc. to be performed.
第1図は半導体露光装置の説明図、第2図及び
第3図は同作用説明図、第4図はLSI検査装置の
説明図、第5図はフオトマスクの走査を説明する
ための平面図、第6図は従来の平面位置出し装置
の説明図、第7図及び第8図は本発明に係る自動
焦点合せ装置を使用する平面位置出し装置の概略
構成を示す図、第9図及び第10図は本発明に係
る自動焦点合せ装置の一実施例を示し、第9図は
概要的な構成説明図、第10図は作用説明図であ
る。
1……ウエハ、2……チヤツク、11……ホト
マスク、36……検出器、37……微小変位機
構、41……検出部、42……コントローラ、4
3……対物レンズ、46……光強度センサ。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a semiconductor exposure device, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams of the same operation, FIG. 4 is an explanatory diagram of an LSI inspection device, and FIG. 5 is a plan view for explaining scanning of a photomask. FIG. 6 is an explanatory diagram of a conventional plane positioning device, FIGS. 7 and 8 are diagrams showing a schematic configuration of a plane positioning device using an automatic focusing device according to the present invention, and FIGS. 9 and 10. The figures show an embodiment of an automatic focusing device according to the present invention, with FIG. 9 being a schematic diagram for explaining the configuration, and FIG. 10 being a diagram for explaining the operation. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Wafer, 2...Chick, 11...Photomask, 36...Detector, 37...Minute displacement mechanism, 41...Detection section, 42...Controller, 4
3...Objective lens, 46...Light intensity sensor.
Claims (1)
からの反射して結像光学系で結像される光を、共
役な合焦点面の前後に配置した2つの光電変換手
段で受光して2つのコントラスト信号を得、該2
つのコントラスト信号が等しくなるように上記対
象物体を上記結像光学系の光軸方向に移動させて
焦点合せを行うことを特徴とする自動焦点合せ方
法。 2 対象物体表面に光を照射する光照射手段と、
該光照射手段で光を照射して対象物体表面からの
反射光を結像させる結像光学系と、該結像光学系
で結像される光を受光して2つのコントラスト信
号を得るように共役な合焦点面の前後に配置した
2つの光電変換手段と、該2つの光電変換手段の
各々から得られるコントラスト信号が等しくなる
ように上記対象物体を上記結像光学系の光軸方向
に移動させて焦点合せを行う対象物体制御手段と
を備えたことを特徴とする自動焦点合せ装置。[Claims] 1. Light is irradiated onto the surface of a target object, and the light reflected from the surface of the target object is imaged by an imaging optical system using two photoelectrons arranged before and after a conjugate focal plane. The light is received by the conversion means to obtain two contrast signals, and the two
An automatic focusing method characterized in that focusing is performed by moving the target object in the optical axis direction of the imaging optical system so that the two contrast signals are equal. 2. A light irradiation means for irradiating light onto the surface of a target object;
an imaging optical system that irradiates light with the light irradiation means and forms an image of the light reflected from the surface of the target object; and an imaging optical system that receives the light that is imaged by the imaging optical system and obtains two contrast signals. moving the target object in the optical axis direction of the imaging optical system so that two photoelectric conversion means arranged before and after a conjugate focal plane and contrast signals obtained from each of the two photoelectric conversion means are equal; 1. An automatic focusing device comprising: a target object control means for performing focusing.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58029317A JPS59155919A (en) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | Plane locationing device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58029317A JPS59155919A (en) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | Plane locationing device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS59155919A JPS59155919A (en) | 1984-09-05 |
JPH0451969B2 true JPH0451969B2 (en) | 1992-08-20 |
Family
ID=12272839
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58029317A Granted JPS59155919A (en) | 1983-02-25 | 1983-02-25 | Plane locationing device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS59155919A (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2659704B2 (en) * | 1986-02-26 | 1997-09-30 | 株式会社東芝 | Exposure equipment |
JP4802025B2 (en) * | 2006-03-29 | 2011-10-26 | 株式会社ニューフレアテクノロジー | Substrate grounding mechanism and charged particle beam drawing apparatus |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5255472A (en) * | 1975-10-31 | 1977-05-06 | Thomson Csf | Mask photo repeater |
-
1983
- 1983-02-25 JP JP58029317A patent/JPS59155919A/en active Granted
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5255472A (en) * | 1975-10-31 | 1977-05-06 | Thomson Csf | Mask photo repeater |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS59155919A (en) | 1984-09-05 |
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