(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【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
【図１】
0004542724.tif 000002
【図２】
0004542724.tif 000003