JPH05267117A

JPH05267117A - マスクと基板間のギャップ検出・設定方法およびその装置

Info

Publication number: JPH05267117A
Application number: JP4064822A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Tanaka; 田中　　勉; Toshihiko Nakada; 俊彦中田; Yukihiro Shibata; 行広芝田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1993-10-15
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JP3391030B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電子デバイスのパターン露光時におけるマス
クと基板間のギャップ量を、簡単な構成および方法で、
高精度にしかも短時間に検出し、かつ所定のギャップ量
に設定することができる方法および装置を提供する。【構成】微小ギャップを介して重ねられたマスクおよ
び基板に対して、レーザ光のｓ偏光成分を微小パターン
を介して所定角度で照射し、該パターンをマスクと基板
にそれぞれ投影結像させ、前記照射角度と反対方向に同
角度で反射した前記投影像の反射光を受光し、その光電
変換された光強度のピーク値の間隔を測定し、該測定値
を予め計算或いは測定により求めたギャップ量とピーク
値の間隔と比較し、該比較した両者の値の差がゼロにな
る位置を、ギャップ量を変化させて検出し、かつ設定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子デバイス（半導
体、液晶素子等）のパターン露光時におけるマスクと基
板間のギャップ検出・設定方法およびその装置に係わ
り、特に、マスクを基板上に微小ギャップ介して重ね、
マスクパタ−ンを基板上に転写するプロキシミティ露光
における前記ギャップ量を、簡単な構成および方法で、
高精度にしかも短時間に検出し、かつ所定のギャップ量
に設定するのに好適なマスクと基板間のギャップ検出・
設定方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プロキシミティ露光におけるマス
クとウエハ間の微小ギャップ（数十μｍ）の検出方法
は、該ギャップ量の検出およびその設定の精度が、パタ
ーニング精度に直接影響し、製作される電子デバイスの
性能を左右するため、ギャップ量を間接的に求めるエア
マイクロメータを使用する方法や、超音波や光学系を使
用して直接的に測定する方法等、各種の方法が提案され
ている。

【０００３】前記光学系を使用する方法としては、マス
クおよびウエハの各表面位置を検出する焦点検出法、マ
スクパターンと基板への投影パターンの間隔を測定する
方法、受光面に形成される干渉縞を使用する方法等があ
る。

【０００４】前記焦点検出法は、マスク表面と基板表面
とに設けられたパターンを光学系により別個に検出し、
両者のギャップ量を焦点位置の差から測定して検出する
もので、間接的に検出する方法である。

【０００５】つぎに、前記マスクパターンと基板への投
影パターンの間隔を測定する方法（例えば、特開昭６１
−２６７３２１号公報）は、マスクにパターンを設け、
該パターンを斜めから照明してその影をウエハ上に投影
し、マスクの反対側斜め上方に配置した光学的検出系に
より、マスクに設けたパターンの実像と、ウエハ上に写
るマスクパターンの虚像を検出し、前記実像と虚像との
間隔を求め、その間隔からギャップ量を算出してマスク
とウエハとのギャップを所定の値に設定し得るように構
成し、ギャップ量を正確に設定することを目的にしたも
のである。この場合、マスクパターンとウエハ上に投影
されたパターンとの間隔を、リニアイメージセンサで測
定することによりギャップ量を検出することが可能であ
る。

【０００６】つぎに、前記干渉縞を使用する方法（例え
ば、特開昭６４−４７９０４号公報）は、マスクにレー
ザ光を斜め上から入射させ、ウエハおよびマスクからの
反射光を受光してその受光面に形成される干渉縞の周期
長（ピッチ）を検知し、この周期長からマスク−ウエハ
間のギャップの大きさを求めるに際して、マスク上面に
対する入射角をブリュウスター角に合わせ、かつその入
射光をＴＭ波（ｐ偏光）にするかまたは反射光からＴＭ
波成分（ｐ偏光成分）のみを取り出して干渉縞を形成さ
せるようにした構成で、マスク上面の反射の悪影響を除
去し、周期長検知を安定させて信頼性を向上させること
を目的にしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】パターン露光時におけ
るマスクと基板間のギャップ検出は、精度を高める上で
ギャップ量の絶対値を直接測定することが望ましいが、
前記従来の焦点検出法ではギャップ量の絶対値を直接的
に測定できないばかりか、焦点位置を移動させる機構の
精度に対する信頼性が十分でなく、それが検出精度に影
響するため、所望の高精度の検出・設定は望めないのが
実状であった。

【０００８】つぎに、ギャップの絶対値を直接的に測定
するようにした前記マスクパターンと基板への投影パタ
ーンの間隔を測定する方法は、マスクに対して所定場所
に所定形状のパターン設定が必要であり、マスクの設計
においてパターン設定のための特別のスペースを確保し
なければならなず、またこのため、ギャップ検出のため
のマスクに対する照射を、前記パターン設定位置に限定
して行わざるを得ない等の制約を受ける問題点を有して
いた。

【０００９】一方、前記干渉縞のピッチを検出する方法
は、図９に示すレーザ光の入射角と反射角の関係（大気
中の屈折率ｎ₁＝１．０，マスクの屈折率ｎ₂＝１．５の
場合の関係）からわかるように、ＴＭ波の入射角をブリ
ュウスター角（以下、偏光角ともいう）ｉｐ₁＝５６．
３°に合わせてマスク上面に入射させた場合は、図に実
線Ｒｐ（ｐ偏光）で示すように反射率がゼロになるた
め、すべてのレーザ光はマスク内に入射される。そし
て、入射されたレーザ光は、マスク内を屈折角３３．７
°で進みマスク下面に達する。さらに、マスク下面から
空気中（マスク−ウエハ間のギャップ部）に出る場合
は、図に点線Ｒｐで示すように、ブリュウスター角ｉｐ
₂＝３３．７°で反射率がゼロになるため、すべてのレ
ーザ光は、マスク下面では反射せず透過してウエハ上に
到達する。

【００１０】前述の如く、マスクに対してＴＭ波を斜め
上から入射する際、マスク上面に対する入射角をブリュ
ウスター角に合わせて入射させた場合は、入射させたＴ
Ｍ波はマスクの上面および下面で反射せず、そのすべて
がウエハ面に到達し該面にて反射することになる。そし
て、その反射した光は、マスク下面からマスク内を透過
したのち、マスク上面から、前記マスクに対する斜め上
からの入射角と同角度で、かつ法線に対して反対側に出
射する。このため上記構成においては、ウエハ上面およ
びマスク下面からの反射光のみによる二光束干渉は発生
せず、従って、干渉縞も形成されないことになるため、
前記ギャップの大きさを求めることができない問題点を
有している。

【００１１】本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、
電子デバイスのパターン露光時におけるマスクと基板間
のギャップ量を、簡単な構成および方法で、高精度にし
かも短時間に検出し、かつ所定のギャップ量に設定する
ことができるマスクと基板間のギャップ検出・設定方法
およびその装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、基板と該基板上に微小ギャップを介して
重ねた露光用のマスクとの両者を光学系により照射し、
該照射によりギャップ量を検出するとともに、所定のギ
ャップ量に前記両者を位置設定するマスクと基板間のギ
ャップ検出・設定方法において、（ｉ）前記重ねられた
マスクおよび基板に対して、微小面積の形状パターンを
介したレーザ光のｓ偏光成分を、レンズを通して斜め上
方より一定の角度範囲で照射し、（ｉｉ）前記マスクの
下面および基板表面の近傍に、前記形状パターンをそれ
ぞれ投影結像させ、（ｉｉｉ）該結像した各投影像の反
射光を、レンズを通して前記照射角度と同角度に反対方
向へ反射させて前記入射光と反対側の斜め上方にて受光
し、（ｉｖ）該受光した前記各反射光の光電変換された
光強度のピーク値の間隔を測定し、（ｖ）該測定値を予
め計算或いは測定により求めたギャップ量とピーク値の
間隔と比較し、該比較した両者の値の差がゼロになる位
置を、前記ギャップ量を変化させて検出し、かつ位置設
定する構成にしたものである。

【００１３】そして、前記微小面積の形状パターンを、
微小幅のスリットにより形成し、レーザ光のｓ偏光成分
を、該スリットを介して５０゜〜７０゜の角度範囲の入
射角度で照射する構成にすることが好ましく、また、前
記微小面積の形状パターンを、レーザ光を遮蔽する微小
幅のパターンにより形成し、レーザ光のｓ偏光成分を、
該パターンの周囲を透過して５０゜〜７０゜の角度範囲
の入射角度で照射する構成にしてもよい。

【００１４】一方、マスクと基板間のギャップ検出・設
定装置は、基板と該基板上に微小ギャップを介して重ね
た露光用のマスクとの両者を光学系により照射し、該照
射によりギャップ量を検出するとともに、所定のギャッ
プ量に前記両者を位置設定するマスクと基板間のギャッ
プ検出・設定装置において、（ｉ）前記重ねられたマス
クおよび基板に対して、斜め上方より一定の角度範囲で
レーザ光のｓ偏光成分を照射するレーザ光源と、該照射
されたレーザ光を微小面積の形状パターンを介してマス
ク下面および基板表面の近傍に前記形状パターンを投影
結像させるレンズとからなる照射光学系と、（ｉｉ）前
記投影結像した各パターン像の反射光を、前記照射角度
と同角度の反射角度で前記照射光と反対側の斜め上方に
受光させるレンズを有する受光光学系と、（ｉｉｉ）該
受光光学系のレンズを介して受光したパターン像を投影
結像し、該投影像のうち一定レベル以上の信号波形を検
出するリニアイメージセンサーと、該リニアイメージセ
ンサーの検出した信号波形を光電変換する光電変換回路
とからなる前記パターン像の検出系と、（ｉｖ）前記信
号波形のうち２つのピーク値の位置を記憶し、そのピー
ク値の間隔を予め計算或いは測定により求めたギャップ
量とピーク値の間隔と比較・演算する演算手段と、
（ｖ）該比較した両者の差がゼロになる位置を、前記ギ
ャップ量を変化させて検出し、かつ設定するギャップ量
変化手段とを備える構成にしたものである。

【００１５】そして、前記照射光学系の微小面積の形状
パターンを、微小幅のスリットにより形成し、レーザ光
のｓ偏光成分を照射する一定の角度範囲を、該スリット
を介して５０゜〜７０゜の入射角度に構成することが好
ましく、また、前記照射光学系の微小面積の形状パター
ンを、レーザ光を遮蔽する微小幅のパターンにより形成
し、レーザ光のｓ偏光を照射する一定の角度範囲を、該
パターンの周囲を透過して５０゜〜７０゜の入射角度に
構成してもよい。

【００１６】さらに、前記照射光学系および受光光学系
を、前記ギャップ量の検出範囲を焦点深度にして算出さ
れた開口数を有する構成にするとよく、また、前記照射
光学系の微小面積の形状パターンの幅を、該照射光学系
の開口数よりさらに解像限界に近い値に構成することが
望ましい。

【００１７】

【作用】上記構成としたことにより、基板上のマスクに
対して微小面積の形状パターン、例えば矩形状のスリッ
トを介してレーザ光のうちｓ偏光成分（以下、ＴＥ波と
もいう）を、レンズを通して例えば５０°〜７０°で照
射すると、該照射光のうち約３０％がマスク上面で反射
するが、残り約７０％はマスク内に入射しマスク内を透
過してマスク下面に達する。このマスク内を透過する角
度は、マスクの屈折率（通常、ガラスで１．５）により
決まる。マスク下面では、該マスク内を透過した光によ
り前記スリット像を投影結像するとともに、該透過光の
約３０％を反射し、投影像の反射光をマスク内を透過し
てマスク上面から出射させる。一方、前記透過光の残り
約７０％は、マスクと基板間のギャップの空気中に出射
し基板上に到達する。この空気中に出射された光強度
は、マスクへの入射光の約半分の強度になる。基板上に
は、該基板上に到達した光によりマスク下面と同様に前
記スリット像が投影結像され、該投影像の反射光はマス
ク下面よりマスク内を透過し、マスク上面より出射す
る。

【００１８】前記出射した各投影像の反射光は、マスク
上に立てた法線に対して前記照射角度と同角度の反対方
向に受光光学系のレンズを介して受光され、前記スリッ
ト像をリニアイメージセンサ上に投影結像させる。この
投影像のうち一定レベル以上の信号波形を検出して光電
変換し、さらに２つのピーク値を抽出してそのピーク値
の間隔を測定する。この間隔は、マスクと基板間のギャ
ップ量と、リニアイメージセンサ上に投影結像されるス
リット像の間隔との関係が、予め入力されている演算手
段を介して前記関係と比較・演算され、測定された間隔
に対するギャップ量と所望のギャップ量との差が算出さ
れる。そして、その差がゼロになる前記ピーク値の間隔
を、例えば、基板の上下移動によるギャップ量の変化に
より求め、所望のギャップ量を検出するとともに、マス
クと基板の両者を該検出したギャップ量に設定する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例を、図１ないし
図７および図９を参照して説明する。図１はプロキシミ
ティ露光におけるマスクと基板間のギャップ検出・設定
の光学系の基本構成説明図、図２はマスクおよび基板に
おける照射光の反射と透過の状態を示す図、図３はギャ
ップ量の算出方法説明図、図４はリニアイメージセンサ
上のスリット像の間隔とギャップ量との関係説明図、図
５はマスクと基板間のギャップ検出・設定装置の全体概
略構成図、図６はギャップ検出・設定方法のフローチャ
ート、図７は図５に示す装置をプロキシミティ露光に適
用した例を示す斜視図である。

【００２０】図１において、１は露光用のマスク、１ａ
はマスク１の上面、１ｂはマスク１の下面である。２は
マスク１の下面１ｂと微小ギャップｇを介して重ねられ
ている基板、３は照射光学系で、照射光学系３は、レー
ザ光源６、該レーザ光源６より照射されるレーザ光を拡
大コリメートするコリメータレンズ７、微小幅Ｗのスリ
ット（この場合は矩形状）２０を設けたスリット板８お
よびスリット２０をマスク１の下面１ｂ（以下、単に下
面１ｂという）と基板２上とにそれぞれ投影結像させる
レンズ９により構成されている。図１（ｂ）は図１
（ａ）のｂ−ｂ矢視図で、前記下面１ｂに投影されたス
リット像２０ａと基板２上に投影されたスリット像２０
ｂとを示している。

【００２１】４は受光光学系で、受光光学系４は、前記
スリット像２０ａ，２０ｂの反射光を、マスク上面１ａ
に立てた法線に対して前記照射光と反対側の斜め上方
に、前記レーザ光の照射角度と同角度の反射角度で受光
させるレンズ１０を有している。１１はレンズ１０を介
したスリット像２０ａ，２０ｂを受光画素列上に投影結
像し、該投影像のうち一定レベル以上の信号波形を検出
するリニアイメージセンサー、１２はリニアイメージセ
ンサー１１のセンシング部が狭いことから受光画素列上
への投影結像に際してスリット像２０ａ，２０ｂを圧縮
するシリンドリカルレンズ、１３はリニアイメージセン
サー１１の検出した信号波形を光電変換し、電気信号の
コントラストとして出力する光電変換回路である。符号
１１，１２，１３によりスリット像２０ａ，２０ｂの検
出系５を構成している。

【００２２】前記照射光学系３におけるレンズ９および
受光光学系４におけるレンズ１０の開口数（以下、ＮＡ
と略記する）と、スリット２０の幅Ｗとの関係は、以下
のように設定されている。すなわち、下面１ｂと基板２
とが微小ギャップｇを介して重ねられている場合、下面
１ｂに結像したスリット像２０ａと、基板２に結像した
スリット像２０ｂとの距離ｄはｇ／ｃｏｓθとなり、ま
た、検出すべき最大ギャップがＧの場合には距離ｄは当
然にＧ／ｃｏｓθとなるが、最大ギャップＧの範囲で各
スリット像２０ａ，２０ｂが、結像すべき面で焦点ぼけ
を起こさないようにすることが必要である。そのため、
レンズ９，１０のＮＡは次式により設定されている。

【００２３】

【数１】

【００２４】ここで、λ：光の波長、θ：入射角度、
Ｇ：検出すべき最大ギャップ量である。

【００２５】前記ＮＡの決定によりスリット幅Ｗは次式
により設定される。

【００２６】

【数２】

【００２７】ここで、ｋ：定数（０．６〜０．８）、
λ：光の波長、θ：入射角度、Ｇ：検出すべき最大ギャ
ップ量である。

【００２８】上記数２の式で求めたスリット幅Ｗの値
は、レンズ９，１０の解像限界を示しているが、これ
は、ギャップｇが特に微小の場合にはスリット像２０ａ
と２０ｂとが接近して重なり合い、各像を明確に検出す
ることができなくなる可能性があるからである。即ち、
スリット幅Ｗの値を、レンズ９，１０におけるＮＡの解
像限界よりかなり大きくした場合には、同様の現象を生
じて各像を明確に検出することができなくなるからであ
り、そのため、スリット幅Ｗの値は、レンズ９，１０の
解像限界にできるだけ近い値にすることが望ましい。

【００２９】つぎに図２において、入射角θで照射され
たレーザ光のｓ偏光成分は、マスク１の上面１ａにて一
部反射し残りはマスク１内に進入する。この場合、図９
に示すように入射角θを、例えば６７°にすると、同図
に示すように反射率は３０％になり、従ってマスク１内
には残り７０％が進入することになる。進入するＴＥ波
は、マスク１の屈折率が１．５であるため屈折角３８°
で進み、下面１ｂに達する。このため、下面１ｂにマス
ク１を透過した光によりスリット像２０ａを投影結像す
るとともに、該位置にて透過光の約３０％を反射させ、
残りの約７０％をギャップｇの空気中に出射して基板２
上に到達させる。前記下面１ｂにおける反射光は、マス
ク１の上面１ａから出射するものと、該上面１ａにて再
び反射してマスク１内に進入するものとに分かれ、この
作用を繰り返す。一方、前記基板２上に到達した光は、
該面にスリット像２０ｂを投影結像するとともに、該面
にてほぼ鏡面反射した後、下面１ｂおよび上面１ａにお
いて反射，透過および出射を繰り返す。ここで、上面１
ａから出射する光は、いずれもマスク上面１ａに立てた
法線に対して前記照射方向と反対方向に、入射角度θ＝
６７°と同角度のθ´＝６７°で出射する。

【００３０】なお、図２の各光路に付した数字は、マス
ク上面１ａに対するレーザ光のｓ偏光成分の入射強度を
１．０とした場合の光強度の割合を示したものであり、
下面１ｂにスリット像２０ａを結像させた光が上面１ａ
から出射する場合の光強度は約１５％、基板２にスリッ
ト像２０ｂを投影結像させた光が上面１ａから出射する
場合の光強度は約２４％である。

【００３１】図３において、前記図１と同様に、入射角
度θでスリット２０を照射し、下面１ｂおよび基板２上
に投影結像させた場合、下面１ｂに結像したスリット像
２０ａと、基板２に結像したスリット像２０ｂとの距離
ｄは、ギャップをｇとするとｇ／ｃｏｓθで表される
が、リニアイメージセンサー１１上に投影されるスリッ
ト像２０ａ，２０ｂの投影像２０Ａ，２０Ｂの間隔Ｄ
は、検出系５への拡大倍率をｎとした場合、Ｄ＝２・ｎ
・ｇｓｉｎθで表される。これを、前記入射角度θ＝６
７°の場合についてみると、間隔Ｄは、［１．８４ｎ・
ｇ］で表される。このような間隔Ｄとギャップｇとの相
関から、間隔Ｄを測定することによりギャップｇを、簡
単かつ容易に求めることができる。

【００３２】つぎに、図４を参照して前記間隔Ｄの具体
的な算出方法を説明する。図４（ａ）はリニアイメージ
センサー１１の受光画素列１１ａ上の投影像を示し、図
４（ｂ）はリニアイメージセンサ１１の画素数ｍとギャ
ップｇとの関係を示す。図４（ａ）において、間隔Ｄは
画素ピッチｐと投影像２０Ａと２０Ｂとの間の画素数ｍ
を掛けたｍ・ｐで表すことができる。この場合、リニア
イメージセンサー１１の画素ピッチｐは既知である。一
方、図４（ｂ）からわかるように、画素数ｍとギャップ
ｇとは比例関係にあり、しかも２・ｎ・ｇｓｉｎθで表
される間隔Ｄは、拡大倍率ｎと入射角度θが照射光学系
３および受光光学系４の仕様で既知である。このため、
ギャップｇは投影像２０Ａと２０Ｂとの間の画素数ｍを
測定するだけで、一義的に決定されることになる。

【００３３】従って、リニアイメージセンサ１１の画素
数ｍとギャップｇの関係を、予めテーブル化しデータ入
力しておくことにより、求められた画素数ｍからギャッ
プｇの値を、高精度にしかも短時間に算出することが可
能になる。

【００３４】前記マスクと基板間のギャップ検出・設定
方法を具現する装置の一実施例を、図５を参照して説明
する。図中、図１と同符号のものは同じものを示す。図
において、１４はインターフェース回路、１５は光電変
換回路１３およびインターフェース回路１４を介してリ
ニアイメージセンサ１１に接続されている記憶演算部、
１６は図４（ｂ）に示すリニアイメージセンサ１１の画
素数ｍとギャップｇの関係をテーブル化したデータで、
データ１６は記憶演算部１５に格納されている。２１は
マスク１を固定支持するマスクホルダー、２２は基板２
を固定支持する基板チャック、２３は基板チャック２２
を載置してＺ軸方向に移動させる上下移動機構、２４は
上下移動機構２３を駆動させる駆動回路で、インターフ
ェース回路１４を介して記憶演算部１５に接続されてい
る。

【００３５】前記図５に示す装置によりギャップｇを具
体的に検出・設定する方法を、図６のフローチャートを
参照して説明する。まず、マスク１をマスクホルダー２
１上に、また、基板２を基板チャック２２上にそれぞれ
セットする。セット時のギャップｇ₁は所望の設定ギャ
ップｇより大きい値にする。この状態においてリニアイ
メージセンサ１１により一定レベル以上の波形を検出
し、検出した波形のうちからピーク波形２つを抽出す
る。この抽出したピーク波形のどちらの波形がマスク１
のもので、どちらが基板２のものかは、受光光学系４の
構成からリニアイメージセンサ１１上への投影位置が既
知になっているため判別は容易である。そして、前記ピ
ーク波形２つの抽出をさらに容易にするため、受光光学
系４およびリニアイメージセンサー１１を、マスク１お
よび基板２からの反射光のうち最大の光強度（３０％）
であるマスク上面１ａからの反射光が、リニアイメージ
センサー１１の検出範囲外になるように構成している。
これは、マスク１の厚さに対してギャップｇの値が非常
に小さいことから容易に可能である。

【００３６】つぎに、前記２つの検出波形のリニアイメ
ージセンサ１１上の画素番地Ａ，Ｂを検出する。この場
合の画素番地は、検出波形の中心を検出し、その中心を
画素番地とする。検出した画素番地Ａ，Ｂは記憶演算装
置１５に入力されるが、前記図４（ｂ）に示したよう
に、画素数ｍとギャップｇとの関係は一義的に決まって
いるため、画素番地Ａ，Ｂ間の画素数ｍ₁が測定される
と、該画素数ｍ₁に対応するギャップｇ₁が検出される。
つづいて画素数ｍ₁を所望の設定ギャップｇに対する画
素数ｍと比較するため、駆動回路２４を介して上下移動
機構２３を駆動し、画素数ｍ₁と画素数ｍとの差がゼロ
になるまで基板２を基板チャック２２とともに移動させ
る。画素数の差がゼロになった位置が検出する所望のギ
ャップｇの位置であり、ギャップ検出・設定を完了す
る。

【００３７】このように、本発明においては、マスク１
または基板２に特定のパターンを設ける必要がなく、従
って、マスク１の設計においてパターン設定のための特
別のスペース確保や、マスク１に対する照射を前記パタ
ーン設定位置に限定して行う等の制約を受けることがな
い。このため、所望のギャップｇを直接に絶対値で検出
することが可能になり、高精度のギャップ検出および設
定を可能にする。

【００３８】図７は実用例で、３０は前記照射光学系
３，受光光学系４，検出系５からなるギャップ検出系、
３１はマスク１の上方に配設された露光照明系である。
本発明を実際のプロキシミティ露光装置に適用する場合
には、マスク１および基板２の面積が大きいことから、
該両者の面の傾きを精度よく制御しなければ高精度のギ
ャップ検出・設定をすることはできない。これは図に示
すように、マスク１と基板２の面内の少なくとも３個所
のギャップｇを検出することにより対応することが可能
であるが、本実施例においては、ギャップ検出系３０を
面内の任意の３個所に配設し、該ギャップ検出系３０に
対応させた各位置に基板チャック２２の上下移動機構２
３をそれぞれ独立に駆動可能に配設するとともに、マス
ク１の上方に、露光照明系３１と、マスク１と基板２の
各パターンを位置合わせする図示しないアライメント検
出光学系とを設ける構成になっている。そして、この構
成に対して、前述のギャップ検出・設定方法を前記３個
所についてそれぞれ実施することにより、簡単な構成お
よび方法で、所定のギャップを高精度にしかも短時間に
設定することが可能になる。

【００３９】つぎに図８は、本発明の第２の実施例のプ
ロキシミティ露光におけるマスクと基板間のギャップ検
出・設定の光学系の基本構成説明図で、前記図１の変形
例である。図中、図１と同符号のものは同じものを示
す。図において、１８はレーザ光を遮光する微小幅Ｗの
矩形状のパターン４０を設けたガラス板である。図８
（ｂ）は図８（ａ）のｂ−ｂ矢視図で、４０ａはマスク
下面１ｂに投影されたパターン像、４０ｂは基板２上に
投影されたパターン像を示す。上記以外の構成は、前記
図１に示す構成と同じである。この第２の実施例の構成
は、前記第１の実施例がレーザ光をスリット２０を透過
させたのに対して、反対に、レーザ光をパターン４０に
より遮光したもので、投影像のピーク値の間隔を測定し
て所定のギャップｇを検出し設定するアルゴリズムは、
前述の第１の実施例の方法と同様であり、同一の作用・
効果を奏するのは勿論である。

【００４０】なお、上記各実施例は、本発明をプロキシ
ミティ露光に適用する場合について説明したが、本発明
はこれに限定されることなく、例えばＸ線露光等におい
ても適用可能なことは勿論である。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、電子デバ
イスのパターン露光時におけるマスクと基板間のギャッ
プ検出・設定方法およびその装置において、ギャップ量
を、簡単な構成および方法で、高精度にしかも短時間に
検出し、かつ所定のギャップ量に設定することができる
効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例で、プロキシミティ露光
におけるマスクと基板間のギャップ検出・設定の光学系
の基本構成説明図である。

【図２】マスクおよび基板における照射光の反射と透過
の状態を示す図である。

【図３】ギャップ量の算出方法説明図である。

【図４】リニアイメージセンサ上のスリット像の間隔と
ギャップ量との関係説明図である。

【図５】マスクと基板間のギャップ検出・設定装置の全
体概略構成図である。

【図６】ギャップ検出・設定方法のフローチャートであ
る。

【図７】図５に示す装置をプロキシミティ露光に適用し
た例を示す斜視図である。

【図８】本発明の第２の実施例で、図１の変形例であ
る。

【図９】レーザ光の入射角と反射率の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…マスク、１ａ…上面、１ｂ…下面、２…基板、３…
照射光学系、４…受光光学系、５…検出系、６…レーザ
光源、８…スリット板、９，１０…レンズ、１１…リニ
アイメージセンサー、１３…光電変換回路、１５…記憶
演算部、１６…データ、２０…スリット、２０ａ，２０
ｂ…スリット像、２０Ａ，２０Ｂ…投影像、２３…上下
移動機構、３０…ギャップ検出系、４０…パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と該基板上に微小ギャップを介して
重ねた露光用のマスクとの両者を光学系により照射し、
該照射によりギャップ量を検出するとともに、所定のギ
ャップ量に前記両者を位置設定するマスクと基板間のギ
ャップ検出・設定方法において、（ｉ）前記重ねられた
マスクおよび基板に対して、微小面積の形状パターンを
介したレーザ光のｓ偏光成分を、レンズを通して斜め上
方より一定の角度範囲で照射し、（ｉｉ）前記マスクの
下面および基板表面の近傍に、前記形状パターンをそれ
ぞれ投影結像させ、（ｉｉｉ）該結像した各投影像の反
射光を、レンズを通して前記照射角度と同角度に反対方
向へ反射させて前記入射光と反対側の斜め上方にて受光
し、（ｉｖ）該受光した前記各反射光の光電変換された
光強度のピーク値の間隔を測定し、（ｖ）該測定値を予
め計算或いは測定により求めたギャップ量とピーク値の
間隔と比較し、該比較した両者の値の差がゼロになる位
置を、前記ギャップ量を変化させて検出し、かつ位置設
定することを特徴とするマスクと基板間のギャップ検出
・設定方法。
【請求項２】前記微小面積の形状パターンが、微小幅
のスリットにより形成され、レーザ光のｓ偏光成分が、
該スリットを介して５０゜〜７０゜の角度範囲の入射角
度で照射される請求項１記載のマスクと基板間のギャッ
プ検出・設定方法。
【請求項３】前記微小面積の形状パターンが、レーザ
光を遮蔽する微小幅のパターンにより形成され、レーザ
光のｓ偏光成分が、該パターンの周囲を透過して５０゜
〜７０゜の角度範囲の入射角度で照射される請求項１記
載のマスクと基板間のギャップ検出・設定方法。
【請求項４】基板と該基板上に微小ギャップを介して
重ねた露光用のマスクとの両者を光学系により照射し、
該照射によりギャップ量を検出するとともに、所定のギ
ャップ量に前記両者を位置設定するマスクと基板間のギ
ャップ検出・設定装置において、（ｉ）前記重ねられた
マスクおよび基板に対して、斜め上方より一定の角度範
囲でレーザ光のｓ偏光成分を照射するレーザ光源と、該
照射されたレーザ光を微小面積の形状パターンを介して
マスク下面および基板表面の近傍に前記形状パターンを
投影結像させるレンズとからなる照射光学系と、（ｉ
ｉ）前記投影結像した各パターン像の反射光を、前記照
射角度と同角度の反射角度で前記照射光と反対側の斜め
上方に受光させるレンズを有する受光光学系と、（ｉｉ
ｉ）該受光光学系のレンズを介して受光したパターン像
を投影結像し、該投影像のうち一定レベル以上の信号波
形を検出するリニアイメージセンサーと、該リニアイメ
ージセンサーの検出した信号波形を光電変換する光電変
換回路とからなる前記パターン像の検出系と、（ｉｖ）
前記信号波形のうち２つのピーク値の位置を記憶し、そ
のピーク値の間隔を予め計算或いは測定により求めたギ
ャップ量とピーク値の間隔と比較・演算する演算手段
と、（ｖ）該比較した両者の差がゼロになる位置を、前
記ギャップ量を変化させて検出し、かつ設定するギャッ
プ量変化手段と、を備えたことを特徴とするマスクと基
板間のギャップ検出・設定装置。
【請求項５】前記照射光学系の微小面積の形状パター
ンが、微小幅のスリットにより形成され、レーザ光のｓ
偏光成分を照射する一定の角度範囲が、該スリットを介
して５０゜〜７０゜の入射角度である請求項４記載のマ
スクと基板間のギャップ検出・設定装置。
【請求項６】前記照射光学系の微小面積の形状パター
ンが、レーザ光を遮蔽する微小幅のパターンにより形成
され、レーザ光のｓ偏光成分を照射する一定の角度範囲
が、該パターンの周囲を透過して５０゜〜７０゜の入射
角度である請求項４記載のマスクと基板間のギャップ検
出・設定装置。
【請求項７】前記照射光学系および受光光学系が、前
記ギャップ量の検出範囲を焦点深度にして算出された開
口数を有する請求項４記載のマスクと基板間のギャップ
検出・設定装置。
【請求項８】前記照射光学系の微小面積の形状パター
ンの幅が、該照射光学系の開口数よりさらに解像限界に
近い値に構成されてなる請求項４，５または６記載のマ
スクと基板間のギャップ検出・設定装置。