JP2003100593A - 微小間隙設定装置 - Google Patents

微小間隙設定装置

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JP2003100593A
JP2003100593A JP2001289994A JP2001289994A JP2003100593A JP 2003100593 A JP2003100593 A JP 2003100593A JP 2001289994 A JP2001289994 A JP 2001289994A JP 2001289994 A JP2001289994 A JP 2001289994A JP 2003100593 A JP2003100593 A JP 2003100593A
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JP2001289994A
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Tei Goto
禎 後藤
Michio Tsunoda
道雄 角田
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NSK Ltd
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NSK Ltd
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マスクとワーク間の間隙を高精度に測定す
る。 【解決手段】 マスク(14)上に形成された基準パタ
ーンの実像(18)と、鏡面化されたワーク(13)の
表面に写る当該基準パターンの虚像(18´)とが、マ
スク(14)に対して斜め方向に観察したときの光軸上
でのずれdが焦点深度内に収まる開口数を有する検出光
学系を用いて、結像面(24)上における実像(18)
と虚像(18´)との間隔Lを測定し、間隔Lからマス
ク(14)とワーク(13)の間隙を換算して求めるこ
とにより、マスク(14)とワーク(13)の間隙を調
整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はミクロンオーダ微小
間隙測定技術に関し、特に、半導体集積回路製造におけ
るX線アライナー若しくはイオン注入装置、液晶表示装
置製造におけるプロキシミティ露光装置等のワークとマ
スク間の微小間隔を測定するための改良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路や液晶表示装置の製造工
程において、感光剤を塗布したウェハや大型ガラス基板
等のワークを露光する手法として、プロキシミティ露光
法(近接露光法)が知られている。プロキシミティ露光
法は、マスクとワークの間に数十ミクロンオーダの微小
間隙を設定した状態で保持し、照明光学系から射出され
た露光光をマスクに照射することで、マスク上のパター
ンをワークに転写する手法である。コンタクト露光法と
比べると、マスクとワークが接触しないため、感光剤の
剥がれによる不良の発生が少なく、マスクが汚染されに
くいといったメリットがある。
【0003】一般に、プロキシミティ露光法では、マス
クとワークの間の間隙が小さい程、解像度が向上するた
め、露光エリア全面にわたって微小間隔を設定し、維持
する必要がある。従来では、特開昭62−98621に
開示されているように、マスク上に形成された、隣接す
る2つの基準パターンのうち一方の基準パターンの実像
と、他方の基準パターンのワークに対する虚像とが同一
焦点平面内に存在するように基準パターンの間隔を設定
し、結像面上における両者の距離を測定することで、マ
スクとワークの間隙を換算していた。図6は同文献に開
示されている間隙測定の原理図である。同図において、
符号25はワーク、26はマスクである。厚さ数μmの
マスク26には、マスクパターンのXYθ方向及び間隙
の位置合わせをするためのアライメントマークが形成さ
れている。図7にこのアライメントマークのうち間隙測
定用のマークの一例を示す。同図に示すように、このア
ライメントマーク32は、120μm×40μmの面積
を有し、間隙測定用の2つの基準パターン27−1,2
7−2が距離mを隔てて形成されている。これらの基準
パターン間のハッチングを付していない部分が透明で光
を透過する部分である。
【0004】図6において、ワーク25の表面は鏡面化
されているため、ワーク25に対する基準パターン27
−1,27−2の虚像がそれぞれ27−1´,27−2
´として観察される。このとき、実像27−1と結像面
29との距離L1と、虚像27−2´と結像面29との
距離L2とが等しくなるように、基準パターン27−1
と27−2の距離mを定めると、実像27−1と虚像2
7−2´とが同一の焦点面28に位置し、コントラスト
よく両者を検出することができる。ここで、マスク26
に対する露光光の照射角度をθ、マスク26とワーク2
5の間隙をg、結像面29上の実像27−1と虚像27
−2´間の距離をL0とすると、下式より、gを求める
ことができる。 g=(L0−m・cosθ)/2sinθ …(1)
【発明が解決しようとする課題】しかし、パターン距離
m、照明角度θに誤差があると、これらのパラメータか
ら算出したgの値に誤差が含まれてしまい、高精度な間
隙測定を実現することができない。特に、露光装置やイ
オン注入装置の場合には、ワーク25への露光光の照
射、或いはイオン注入によりマスク26が高温化し、パ
ターン距離mが変動するため、間隙測定の誤差要因とな
る。さらに、マスク26とワーク25の間隙測定のため
に2つの基準パターン27−1,27−2を設けると、
アライメントマーク32の面積が大きくなり、半導体集
積回路の微細化の都合上、好ましくない。
【0005】そこで、本発明は上記の問題点を解決する
べく、マスクとワーク間の間隙を高精度に測定するとと
もに、ワークの微細加工に適した微小間隙設定技術を提
案することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明ではマスク上に形成された基準パターンの実
像と、鏡面化されたワーク表面に写る当該基準パターン
の虚像とが、マスクに対して斜め方向に観察したときの
光軸上でのずれが焦点深度内に収まる開口数を有する検
出光学系を用いて、結像面上における前記実像と虚像と
の間隔を測定し、当該間隔からマスクとワークの間隙を
換算して求めることにより、マスクとワークの間隙を調
整する。これにより、マスクとワークの間隙を高精度に
測定することができるとともに、アライメントマークの
面積を小さくすることができる。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、各図を参照して本実施形態
について説明する。
【0008】図1は本実施形態のプロキシミティ露光装
置10の構成図である。プロキシミティ露光装置10
は、主に、XYZθテーブル11、ワークチャック1
2、ワーク13、マスク14、マスクホルダ15、マー
ク検出器16、及び制御部17を備えて構成されてい
る。同図において、マーク検出器16は2つだけ示され
ているが、実際には3つ配置されている。XYZθテー
ブル11はXY方向のステップ送り、Z方向の粗動、X
Yθ方向の微動、及びZ方向の微動(チルト機構)のた
めの機構を備えている。尚、これらの全部或いは一部は
マスクホルダ側に設けるようにしてもよい。ワーク13
は真空吸引によりワークチャック12に吸着され、XY
Zθテーブル11により、露光パターンが描画されたマ
スク14との位置合わせがなされて、所定の間隙間隔に
保持される。マスク14には図示しない照明光学系から
の照明光が照射されている。マーク検出器16はマスク
14上に形成されている基準パターンの実像とその虚像
を検出する。制御部17はマーク検出器16が検出した
実像と虚像との間隔からマスク14とワーク13の間隙
を求め、当該間隙が一定になるように、XYZθテーブ
ル11のZ方向のチルト機構を制御し、ワーク13とマ
スク14の相対的位置関係を微調整する。
【0009】図2及び図4は本発明のワークとマスクと
の間隙検出の原理図である。マスク14には図5に示す
ような、間隙測定用の基準パターン18が形成されたア
ライメントマーク31が形成されている。これに隣接し
てXYθ位置合わせ用のアライメントマークも設けてあ
るが、説明の便宜上省略する。図2において、光源1
9、レンズ20から成る照明光学系30から射出された
照明光は基準パターン18によって遮光され、鏡面化さ
れたワーク13の表面に対して実像18と対称となる位
置に、虚像18´が観察される。マーク検出器16は上
述の照明光学系30、検出光学系21、及びリニアセン
サ22から構成され、実像18及び虚像18´を検出す
る。リニアセンサ22はCCDを線状に配置したもので
あり、出力信号は制御部17に供給される。
【0010】図4に示すように、マスク14に対する照
明光の照射角度をθ、マスク14とワーク13との間隙
をg、結像面24上における実像18と虚像18´との
距離をLとすると、下式よりgを求めることができる。 g=L/2sinθ …(2) 制御部17はリニアセンサ22からの出力信号によりL
の値を取得し、内蔵された演算処理部で(2)式よりg
を算出する。(2)式には(1)式に示すような、パタ
ーン距離mが含まれていないため、マスク製作誤差や、
イオン注入等に起因するマスク14の加熱によるパター
ン距離mの変動により、マスク14とワーク13間の間
隙測定に誤差が生じることがない。但し、実像18と虚
像18´は同一焦点面に存在しないため、光軸方向にd
の焦点ずれが生じるが、検出光学系21の焦点深度Z
を、Z≧dとすることにより、この焦点ずれを解消する
ことができる。一般に、レンズの焦点深度をZ、開口数
をNA、照明光の波長をλとすれば、下式が成立する。 Z≦λ((1/NA)2−1) …(3) ここで、照明光の波長を0.5〜0.6μm、NA=
0.1〜0.13とすると、(3)式より、Z≦29.
1〜59.4μmとなる。照明光の照射角度θを30
°、基準パターンの実像18と虚像18´との間隔Lを
13〜17μmとすれば、d=L/tanθより、d=
22.5〜29.4μmとなる。検出光学系21を構成
する対物レンズの開口数を適切な値に設定することによ
り、Z≧dの条件を満たすことができ、実像18と虚像
18´の焦点ずれを許容することができる。また、上記
の条件下において、マーク検出器16は13〜17μm
範囲の間隔を検出することができる。マーク検出器16
は計3ヶ所配置されており、これらから得られる3ヶ所
の間隙gの値に基づき、制御部17はZ軸方向微動機構
(チルト機構)によりマスク14とワーク13との間隙
を所定の値に調整する。
【0011】図3はワークに対するマスクのアライメン
ト調整の説明図である。この例は、マスク14上に形成
された1個あたり30mm角の露光パターン23に対応
するパターンを1枚のワーク(半導体ウェハ)13上に
マトリクス状に複数形成するものであり、後工程を経て
各々30mm角の半導体チップが複数製造されることに
なる。マスク14にはワークに描画すべき露光パターン
23の他に、ワークとの位置合わせ用のアライメントマ
ーク31が露光パターン23の周囲に3つ形成されてお
り、アライメント調整と間隙調整をすることがきる。ア
ライメントマーク31には基準パターン18が一つだけ
形成されているため、その面積を70μm×40μmと
小さくすることができ(図5)、ワーク13上に形成さ
れる各々のパターン同士の間隙に納めることが可能であ
る。
【0012】このように、本実施形態によれば、マスク
14上に形成された基準パターンの実像18と、当該基
準パターンの虚像18´の焦点ずれを補償する開口数を
有する検出光学系21を設け、結像面24上における当
該実像18と虚像18´との間隔を求めることにより、
(2)式を用いて、ワーク13とマスク14の間隙を高
精度に求めることができる。特に、アライメントマーク
31には一つの基準パターン18のみが形成されている
ため、従来のようにパターン距離mの誤差に起因するマ
スク14とワーク13の間隙測定の誤差を解消すること
ができる。また、従来と比較して、アライメントマーク
31の面積を小さくすることができ、高集積化した半導
体集積回路の製造等に適している。
【0013】
【発明の効果】本発明によれば、マスクとワークの間隙
を高精度に測定することができるとともに、アライメン
トマークの面積を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態のプロキシミティ露光装置の構成図
である。
【図2】本実施形態のマスクとワークとの間隙を測定す
る原理の説明図である。
【図3】本実施形態のマスクとワークのアライメント調
整の説明図である。
【図4】本実施形態のマスクとワークとの間隙を測定す
る原理の説明図である。
【図5】本実施形態のアライメントマークの説明図であ
る。
【図6】従来のマスクとワークとの間隙を測定する原理
の説明図である。
【図7】従来のアライメントマークの説明図である。
【符号の説明】
10…プロキシミティ露光装置、11…XYZθテーブ
ル、12…ワークチャック、13…ワーク、14…マス
ク、15…マスクホルダ、16…マーク検出器、17…
制御部、18…基準パターン、19…光源、20…レン
ズ、21…検出光学系、22…リニアセンサ、23…露
光パターン、24…結像面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2F065 AA22 AA24 BB27 CC20 DD03 FF01 HH12 JJ08 JJ25 LL04 LL30 PP12 QQ31 UU02 UU09 5F046 BA02 CC11 GA02 GA11 GA12 GA14

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マスク上に形成された基準パターンの実
    像と、鏡面化されたワーク表面に写る当該基準パターン
    の虚像とが、マスクに対して斜め方向に観察したときの
    光軸上でのずれが焦点深度内に収まる開口数を有する検
    出光学系を用いて、結像面上における前記実像と虚像と
    の間隔を測定し、当該間隔からマスクとワークの間隙を
    換算して求めることにより、マスクとワークの間隙を調
    整する、微小間隙設定方法。
  2. 【請求項2】 マスク上に形成された基準パターンの実
    像と、鏡面化されたワーク表面に写る当該基準パターン
    の虚像とが、マスクに対して斜め方向に観察したときの
    光軸上でのずれが焦点深度内に収まる開口数を有する検
    出光学系と、結像面上における前記実像と虚像との間隔
    を測定し、当該間隔からマスクとワークの間隙を換算し
    て求めることにより、マスクとワークの間隙を調整する
    制御手段とを備えた、微小間隙設定装置。
  3. 【請求項3】 マスク上に形成された基準パターンの実
    像と、鏡面化されたワーク表面に写る当該基準パターン
    の虚像とが、マスクに対して斜め方向に観察したときの
    光軸上でのずれをd、マスクへ照射される照明光の波長
    をλ、開口数をNA、焦点深度をZとしたとき、d≦Z
    ≦λ((1/NA)2−1)の条件を満たす、検出光学
    系。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105066894A (zh) * 2015-08-11 2015-11-18 苏州博众精工科技有限公司 一种间隙检测机构
JP2017156354A (ja) * 2017-05-19 2017-09-07 エンジニアリングシステム株式会社 液体吐出ノズルの間隔検出方法および液体吐出装置

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