JP4542724B2 - Autofocus device - Google Patents

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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Automatic Focus Adjustment (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造過程におけるホトリソグラフィ処理で使用する半導体露光装置用の自動焦点装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体露光装置における焦点の調整は、焦点調整用の傾斜したマスクを用いて実際に半導体ウエハを露光・現像し、焦点の合った箇所（ベスト・フォーカス）を求め、これに基づいてマスクの最適位置を決定するようにしていた。または、マスクを固定し、半導体ウエハ側を傾斜させて実際に露光・現像して、焦点の合った箇所を求め、半導体ウエハの最適位置を決定するようにしていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の半導体露光装置における焦点の調整方法では、マスクや半導体ウエハの最適な位置を決定するために、時間と工数が必要であった。また、光学系が経時的に変化した場合には、焦点のずれを検出したり補正したりすることができないという課題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来技術が持っていた課題を解決し、焦点を自動的に合わせることができる半導体露光装置用の自動焦点装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の内の第１の発明は、自動焦点装置において、ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ表面に照射されたパターンを撮影し、その撮影したパターンに応じた電気信号を出力する複数のパターン撮影手段と、制御信号に従って前記ウエハステージの位置を調整する複数のステージ調整手段と、前記複数のパターン撮影手段から出力される電気信号がそれぞれ最大のピーク値を示すように、前記複数のステージ調整手段に前記制御信号を与え、前記ウエハステージ上の半導体ウエハ表面に前記パターンの焦点が合うように制御する焦点制御手段とを備えている。
【０００６】
第２の発明は、第１の発明におけるステージ調整手段を、ベローズまたは圧電素子で構成している。
【０００７】
本発明によれば、以上のように自動焦点装置を構成したので、次のような作用が行われる。
【０００８】
ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ表面にパターンが照射されると、このパターンが複数のパターン撮影手段で撮影される。パターン撮影手段から、それぞれ撮影されたパターンに応じた電気信号が出力され、焦点制御手段に与えられる。焦点制御手段では、各パターン撮影手段から出力される電気信号が、それぞれ最大のピーク値を示すように、複数のステージ調整手段に対する制御信号が生成される。各ステージ調整手段では、焦点制御手段から与えられる制御信号に従って、ウエハステージの位置の調整が行われる。これにより、最終的に、ウエハステージ上の半導体ウエハ表面にパターンの焦点が合うように制御される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１（ａ），（ｂ）は、本発明の実施形態を示す自動焦点装置の構成図である。
この自動焦点装置は、半導体露光装置に組み込んで使用され、半導体ウエハの表面に露光パターンの焦点が合うように、その位置を制御するものである。
【００１０】
この自動焦点装置は、図１（ａ）に示すように、露光処理の対象となる半導体ウエハ１を搭載するウエハステージ１１を有している。ウエハステージ１１は、複数のステージ調整手段（例えば、ベローズ）１２を介して架台１３に取り付けられている。ベローズ１２は、滑らかな山形の連続断面を有する薄肉の管で、空気圧ＡＩＲによってこの管内の気圧を制御することにより、一定の範囲で自由に伸縮できるようになったものである。
【００１１】
一方、ウエハステージ１１の上方には、複数のパターン撮影手段（例えば、ビデオカメラ）１４が設けられている。ビデオカメラ１４は、図１（ｂ）に示すように、図示しない光学系を通して半導体ウエハ１に照射されるパターンの内の、位置調整用のアライメントマークＭを撮影するように配置されている。ビデオカメラ１４はＣＣＤ（電荷結合素子）等で構成され、撮影したアライメントマークＭの画像を画素に分解して読み取り、画素毎の輝度を電気信号ＳＩＧに変換して順次出力するものである。
【００１２】
ビデオカメラ１４の出力側は、焦点制御手段（例えば、制御部）１５に接続されている。制御部１５は、各ビデオカメラ１４から出力される電気信号ＳＩＧが最大のピーク値を持つように、各ベローズ１２に与える空気圧ＡＩＲを制御するものである。制御部１５は、例えばマイクロプロセッサとこのマイクロプロセッサで制御される空気圧縮機等で構成されている。
【００１３】
この自動焦点装置では、設置当初に各ビデオカメラ１４の設置位置の調整を行っておく必要がある。この調整は、まず、半導体ウエハ１を傾斜させて調整用のマスクのパターンを露光・現像し、焦点の合った箇所を求める。次に、半導体ウエハ１全体に焦点が合うように、ベローズ１２を調整する。更に、その状態で半導体ウエハ１にアライメントマークＭを照射し、各ビデオカメラ１４から出力される電気信号ＳＩＧが最大のピーク値を持つように、個々のビデオカメラ１４の位置と焦点を調節する。調整後、各ビデオカメラ１４を固定する。
【００１４】
図２（ａ）〜（ｃ）は、図１の自動焦点装置の動作を示す説明図である。以下、これらの図２（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ、図１の動作を説明する。
まず、露光処理する半導体ウエハ１をウエハステージ１１に搭載し、図示しない光学系を通してこの半導体ウエハ１に回路パターンを照射する。
【００１５】
次に、ビデオカメラ１４で半導体ウエハ１上のアライメントマークＭのモニタを開始する。各ビデオカメラ１４から出力される電気信号ＳＩＧは、制御部１５に与えられる。電気信号ＳＩＧは、半導体ウエハ１の表面に照射されたアライメントマークＭの状態によって異なる。
【００１６】
図２（ａ）に示すように、焦点が合って、アライメントマークＭが半導体ウエハ１の表面に正確に照射されていれば、ビデオカメラ１４から出力される電気信号ＳＩＧａには、最大のピーク値が示される。
【００１７】
一方、図２（ｂ），（ｃ）に示すように、焦点が半導体ウエハ１表面の前方または後方にずれていると、ビデオカメラ１４から出力される電気信号ＳＩＧａ，ＳＩＧｃのピーク値は小さくなる。
【００１８】
制御部１５は、各ベローズ１２に与える空気圧ＡＩＲを所定の順序で増減させ、各ビデオカメラ１４から出力される電気信号ＳＩＧが、すべて最大のピーク値を示すように、これらのベローズ１２を伸縮させる。
これにより、半導体ウエハ１の表面全体に、回路パターンの焦点を合わせられる。
【００１９】
このように、本実施形態の自動焦点装置は、アライメントマークＭを撮影する複数のビデオカメラ１４と、これらのビデオカメラ１４から出力される電気信号ＳＩＧが最大のピーク値を示すように、ベローズ１２を介して半導体ウエハ１の位置を調整する制御部１５を有している。これにより、半導体露光装置において焦点を自動的に合わせることができる。
【００２０】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。この変形例としては、例えば、次のようなものがある。
【００２１】
（ａ） ベローズ１２は、空気のほか窒素ガス等の圧力で制御するようにしても良い。
（ｂ） 半導体ウエハ１の位置を調整するために、ベローズ１２を使用しているが、ベローズに代えてピエゾ素子等の圧電素子を使用することができる。ピエゾ素子は、半導体結晶に電圧を印加したときに、結晶の歪みによって厚さ等が変化する素子である。ピエゾ素子の場合、印加する電圧とこれによって生ずる変位の間には一定の関係がある。従って、１度、位置調整を行えば、その時の制御信号の値を記憶することにより、２度目からは、直ちに所定の位置に位置合わせをすることができるという利点がある。
【００２２】
（ｃ） アライメントマークＭを撮影するためにビデオカメラ１４を使用しているが、ディジタルカメラ等のように、撮影した画像の出力信号がが電気信号で得られるものであれば適用可能である。
【００２３】
（ｄ） ビデオカメラ１４は、アライメントマークＭを撮影するように設定されているが、他の回路パターンを撮影して焦点の調整をするようにしても良い。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、第１の発明によれば、半導体ウエハ表面のパターンを撮影して電気信号を出力する複数のパターン撮影手段と、この半導体ウエハを搭載するウエハステージの位置を制御信号に従って調整する複数のステージ調整手段と、各パターン撮影手段から出力される電気信号がそれぞれ最大のピーク値を示すように各ステージ調整手段に制御信号を与える焦点制御手段を有している。これにより、ウエハステージ上の半導体ウエハ表面にパターンの焦点を自動的に合わせることができる。
【００２５】
第２の発明によれば、第１の発明におけるステージ調整手段を、ベローズまたは圧電素子で構成している。これにより、小型で精度良くステージの位置を調整をすることができる。特に、圧電素子の場合には、制御信号の電圧と変位との間に一定の関係があるので、制御信号の値を記憶しておくことにより、直ちに所定の位置に合わせをすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す自動焦点装置の構成図である。
【図２】図１の自動焦点装置の動作を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 半導体ウエハ
１１ ウエハステージ
１２ ベローズ
１３ 架台
１４ ビデオカメラ
１５ 制御部
Ｍ アライメントマーク[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic focusing apparatus for a semiconductor exposure apparatus used in a photolithography process in a semiconductor manufacturing process.
[0002]
[Prior art]
The focus adjustment in the conventional semiconductor exposure apparatus is performed by actually exposing and developing a semiconductor wafer using a tilted mask for focus adjustment, obtaining a focused position (best focus), and based on this, the mask is adjusted. The optimum position was determined. Alternatively, the mask is fixed, the semiconductor wafer side is tilted, and actual exposure / development is performed to determine the in-focus position, and the optimum position of the semiconductor wafer is determined.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional focus adjustment method in the semiconductor exposure apparatus, time and man-hours are required to determine the optimum position of the mask and the semiconductor wafer. In addition, when the optical system changes with time, there is a problem that it is impossible to detect or correct a focus shift.
[0004]
The present invention solves the problems of the prior art and provides an automatic focusing device for a semiconductor exposure apparatus that can automatically focus.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first invention of the present invention is an auto-focus device, in which an image of a pattern irradiated on the surface of a semiconductor wafer mounted on a wafer stage is photographed, and a corresponding pattern is photographed. A plurality of pattern photographing means for outputting electric signals, a plurality of stage adjusting means for adjusting the position of the wafer stage in accordance with a control signal, and the electric signals output from the plurality of pattern photographing means each have a maximum peak value. As described above, the control unit is provided with a focus control unit that gives the control signal to the plurality of stage adjusting units and controls the pattern so that the surface of the semiconductor wafer on the wafer stage is focused.
[0006]
In the second invention, the stage adjusting means in the first invention is constituted by a bellows or a piezoelectric element.
[0007]
According to the present invention, since the automatic focusing apparatus is configured as described above, the following operation is performed.
[0008]
When a pattern is irradiated onto the surface of the semiconductor wafer mounted on the wafer stage, the pattern is photographed by a plurality of pattern photographing means. An electrical signal corresponding to each photographed pattern is output from the pattern photographing means and is provided to the focus control means. In the focus control means, control signals for the plurality of stage adjustment means are generated so that the electric signals output from the pattern photographing means each have the maximum peak value. Each stage adjustment means adjusts the position of the wafer stage in accordance with a control signal given from the focus control means. As a result, the control is finally performed so that the pattern is focused on the surface of the semiconductor wafer on the wafer stage.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIGS. 1A and 1B are configuration diagrams of an autofocus device showing an embodiment of the present invention.
This automatic focusing apparatus is used by being incorporated in a semiconductor exposure apparatus, and controls its position so that the exposure pattern is focused on the surface of the semiconductor wafer.
[0010]
As shown in FIG. 1A, the automatic focusing apparatus has a wafer stage 11 on which a semiconductor wafer 1 to be exposed is mounted. The wafer stage 11 is attached to the gantry 13 via a plurality of stage adjusting means (for example, bellows) 12. The bellows 12 is a thin tube having a smooth mountain-shaped continuous cross section, and can be freely expanded and contracted within a certain range by controlling the air pressure in the tube by the air pressure AIR.
[0011]
On the other hand, a plurality of pattern photographing means (for example, a video camera) 14 is provided above the wafer stage 11. As shown in FIG. 1B, the video camera 14 is arranged so as to photograph an alignment mark M for position adjustment in a pattern irradiated to the semiconductor wafer 1 through an optical system (not shown). The video camera 14 is composed of a CCD (Charge Coupled Device) or the like, which decomposes and reads the captured image of the alignment mark M into pixels, converts the luminance for each pixel into an electric signal SIG, and sequentially outputs it.
[0012]
The output side of the video camera 14 is connected to a focus control means (for example, control unit) 15. The control unit 15 controls the air pressure AIR given to each bellows 12 so that the electric signal SIG output from each video camera 14 has the maximum peak value. The control unit 15 includes, for example, a microprocessor and an air compressor controlled by the microprocessor.
[0013]
In this autofocus device, it is necessary to adjust the installation position of each video camera 14 at the beginning of installation. In this adjustment, first, the semiconductor wafer 1 is tilted, the pattern of the mask for adjustment is exposed and developed, and a focused position is obtained. Next, the bellows 12 is adjusted so that the entire semiconductor wafer 1 is in focus. Furthermore, the alignment mark M is irradiated onto the semiconductor wafer 1 in this state, and the position and focus of each video camera 14 are adjusted so that the electric signal SIG output from each video camera 14 has the maximum peak value. After the adjustment, each video camera 14 is fixed.
[0014]
2A to 2C are explanatory views showing the operation of the autofocus device of FIG. The operation of FIG. 1 will be described below with reference to FIGS. 2 (a) to 2 (c).
First, a semiconductor wafer 1 to be exposed is mounted on a wafer stage 11 and a circuit pattern is irradiated onto the semiconductor wafer 1 through an optical system (not shown).
[0015]
Next, the video camera 14 starts monitoring the alignment mark M on the semiconductor wafer 1. The electric signal SIG output from each video camera 14 is given to the control unit 15. The electric signal SIG varies depending on the state of the alignment mark M irradiated on the surface of the semiconductor wafer 1.
[0016]
As shown in FIG. 2A, when the focus is achieved and the alignment mark M is accurately irradiated on the surface of the semiconductor wafer 1, the electric signal SIGa output from the video camera 14 has a maximum peak value. Is shown.
[0017]
On the other hand, as shown in FIGS. 2B and 2C, when the focus is shifted forward or backward of the surface of the semiconductor wafer 1, the peak values of the electrical signals SIGa and SIGc output from the video camera 14 become small. .
[0018]
The control unit 15 increases / decreases the air pressure AIR given to each bellows 12 in a predetermined order, and expands / contracts these bellows 12 so that the electric signals SIG output from the respective video cameras 14 all show the maximum peak value. .
Thus, the circuit pattern can be focused on the entire surface of the semiconductor wafer 1.
[0019]
As described above, the automatic focusing apparatus according to the present embodiment includes the plurality of video cameras 14 that capture the alignment mark M and the bellows 12 so that the electric signal SIG output from these video cameras 14 exhibits the maximum peak value. A control unit 15 for adjusting the position of the semiconductor wafer 1 is provided. Thereby, the focus can be automatically adjusted in the semiconductor exposure apparatus.
[0020]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. Examples of this modification include the following.
[0021]
(A) The bellows 12 may be controlled by the pressure of nitrogen gas or the like in addition to air.
(B) Although the bellows 12 is used to adjust the position of the semiconductor wafer 1, a piezoelectric element such as a piezo element can be used instead of the bellows. A piezo element is an element whose thickness changes due to crystal distortion when a voltage is applied to a semiconductor crystal. In the case of a piezo element, there is a certain relationship between the applied voltage and the displacement caused thereby. Therefore, once the position adjustment is performed, there is an advantage that the position of the control signal at that time can be stored and the position can be immediately adjusted to a predetermined position from the second time.
[0022]
(C) Although the video camera 14 is used to photograph the alignment mark M, the present invention is applicable as long as the output signal of the photographed image can be obtained as an electrical signal, such as a digital camera.
[0023]
(D) Although the video camera 14 is set to shoot the alignment mark M, the video camera 14 may shoot another circuit pattern to adjust the focus.
[0024]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the first invention, a plurality of pattern photographing means for photographing a pattern on the surface of a semiconductor wafer and outputting an electrical signal, and a control signal for the position of the wafer stage on which the semiconductor wafer is mounted. And a focus control means for giving a control signal to each stage adjustment means so that an electric signal output from each pattern photographing means shows a maximum peak value. Thereby, the pattern can be automatically focused on the surface of the semiconductor wafer on the wafer stage.
[0025]
According to the second invention, the stage adjusting means in the first invention is constituted by a bellows or a piezoelectric element. Thereby, the position of the stage can be adjusted with a small size and high accuracy. In particular, in the case of a piezoelectric element, since there is a certain relationship between the voltage and displacement of the control signal, it is possible to immediately adjust to a predetermined position by storing the value of the control signal. effective.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an autofocus device showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation of the autofocus device in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor wafer 11 Wafer stage 12 Bellows 13 Base 14 Video camera 15 Control part M Alignment mark

Claims (2)

ウエハステージ上に搭載された半導体ウエハ表面に照射されたパターンを撮影し、その撮影したパターンに応じた電気信号を出力する複数のパターン撮影手段と、
制御信号に従って前記ウエハステージの位置を調整する複数のステージ調整手段と、
前記複数のパターン撮影手段から出力される電気信号がそれぞれ最大のピーク値を示すように、前記複数のステージ調整手段に前記制御信号を与え、前記ウエハステージ上の半導体ウエハ表面に前記パターンの焦点が合うように制御する焦点制御手段とを、
備えたことを特徴とする自動焦点装置。A plurality of pattern photographing means for photographing a pattern irradiated on the surface of the semiconductor wafer mounted on the wafer stage and outputting an electrical signal corresponding to the photographed pattern;
A plurality of stage adjusting means for adjusting the position of the wafer stage according to a control signal;
The control signal is given to the plurality of stage adjusting means so that the electrical signals output from the plurality of pattern photographing means respectively show maximum peak values, and the focus of the pattern is focused on the surface of the semiconductor wafer on the wafer stage. Focus control means for controlling to fit,
An autofocus device characterized by comprising. 前記ステージ調整手段は、ベローズまたは圧電素子で構成したことを特徴とする請求項１記載の自動焦点装置。2. The automatic focusing apparatus according to claim 1, wherein the stage adjusting means is constituted by a bellows or a piezoelectric element.
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