JP3953841B2

JP3953841B2 - ギャップ測定方法及びギャップ測定装置、並びに露光装置

Info

Publication number: JP3953841B2
Application number: JP2002056462A
Authority: JP
Inventors: 亮二根本; 栄治佐藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2002-03-01
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2022-03-01
Also published as: JP2003257829A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロキシミティ露光装置における基板とフォトマスクとのプロキシミティギャップのように、基準面と基準面に平行に置かれた透明な板との間隔を測定するギャップ測定方法及びギャップ測定装置、並びにそれらを用いた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロキシミティ露光装置は、半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の製造において、フォトリソグラフィ技術により基板上にパターンを形成する際、フォトレジストを塗布した基板の表面とフォトマスク（以下、「マスク」と称す）のパターン面との間に微小な間隙（プロキシミティギャップ）を設けて、マスクのパターンを基板に転写するものである。このようなプロキシミティ露光装置においては、基板の表面とマスクのパターン面とのプロキシミティギャップを正確に測定して管理する必要がある。
【０００３】
図５は、従来のプロキシミティギャップ測定方法を説明する図である。表面にフォトレジストを塗布した基板３の上方に、マスク１がパターン面１ａを下に向けて基板３と平行に配置されている。マスク１の斜め上方から入射角θで入射光Ｉ₀ を照射し、マスク１のパターン面１ａからの反射光Ｉａと、基板３の表面からの反射光Ｉｃとを検出することにより、基板３の表面とマスク１のパターン面１ａとのプロキシミティギャップを測定する。
【０００４】
図６は、従来のプロキシミティギャップ測定方法における反射光強度を示す図である。これは、マスク１が石英からなり、照射する光がＳ偏光の場合の例を示している。図６の縦軸は各反射光の強度と入射光Ｉ₀ の強度との比、横軸は入射角θの角度を示し、破線ａはマスク１のパターン面１ａからの反射光Ｉａ、実線ｃは基板３の表面からの反射光Ｉｃである。両反射光の強度は入射角θによって大きく変化するので、マスク１の素材の屈折率及び透過率に応じて、入射角θを最適に設定しなければならない。図６の例では、入射角θを６５度付近に設定すると、両反射光の強度を高くすることができる。なお、従来のプロキシミティギャップ測定装置に関するものとして、特開平７−１４００４２号公報がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
大型の基板を対象としたプロキシミティ露光装置では、マスクが大型化して自重によるたわみが発生するため、マスクのたわみを抑制してプロキシミティギャップを所定の範囲内に維持する必要がある。従来、マスクのたわみを抑制する方法としては、マスクの４辺をベース等に真空吸着する方法や、マスクの２辺を支持し、支持部の外側にモーメントをかける方法が行われていた。
【０００６】
近年、より大型化した基板に対応するマスクでは、マスク上面に負圧室を設け、マスクに単位面積当たりの質量を相殺する負圧をかけることによってたわみを抑制する方法が主流となってきている。負圧室はマスクとマスクの上方に設けた天井板とで構成され、負圧室の天井板には露光光が透過するようにガラス板が使用されている。このような負圧室を設けた場合、負圧室のガラス板を通して従来と同じ入射角で光を照射しても、マスクのパターン面で反射して負圧室のガラス板から射出する光、及び基板の表面で反射して負圧室のガラス板から射出する光は十分な強度が得られず、プロキシミティギャップを測定することができなかった。
【０００７】
このように負圧室を設けた従来のプロキシミティ露光装置では、プロキシミティギャップを直接測定することができないため、予め露光前にマスクの平面度と基板の平面度を公知の変位センサーで測定し、それらの測定結果に基づいてプロキシミティギャップを設定する際に補正を行っていた。そのため、プロキシミティギャップの設定に時間がかかり、またプロキシミティギャップを精度よく設定することが困難であった。
【０００８】
本発明は、負圧室の外側からガラス板を介して、基板の表面とマスクのパターン面とのプロキシミティギャップを測定することのできるギャップ測定方法及びギャップ測定装置を提供することを目的とする。
【０００９】
本発明はまた、プロキシミティ露光装置に限らず、透明な第２の板を介して、基準面と基準面に平行に置かれた透明な第１の板との間隔を測定することのできるギャップ測定方法及びギャップ測定装置を提供することを目的とする。
【００１０】
本発明はさらに、プロキシミティギャップを短時間で精度よく設定することのできる露光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のギャップ測定方法は、基準面と、基準面に平行に置かれた透明な第１の板との間隔を、第１の板に対して基準面と反対側に平行に置かれた透明な第２の板を介して測定する方法であって、基準面、第１の板及び第２の板の屈折率が約１．５のとき、第２の板に約５０度の入射角で光を照射することにより、第２の板及び第１の板を透過し、基準面で反射して、第１の板及び第２の板を透過する光の強度を最大にし、第１の板の基準面側の面で反射して第２の板から射出する光と、基準面で反射して第２の板から射出する光とを検出するものである。
【００１２】
また、本発明のギャップ測定装置は、屈折率が約１．５の基準面と、基準面に平行に置かれた屈折率が約１．５の透明な第１の板との間隔を、第１の板に対して基準面と反対側に平行に置かれた屈折率が約１．５の透明な第２の板を介して測定する装置であって、第２の板に約５０度の入射角で光を照射することにより、第２の板及び第１の板を透過し、基準面で反射して、第１の板及び第２の板を透過する光の強度を最大にする投光手段と、第１の板の基準面側の面で反射して第２の板から射出する光と、基準面で反射して第２の板から射出する光とを検出する受光手段とを備えたものである。
【００１３】
負圧室のガラス板に照射された光は、ガラス板及びマスクを通過する際、空気とガラス板との境界面及び空気とマスクとの境界面で反射成分と透過成分に分離される。また、マスクのパターン面又は基板の表面で反射した光は、マスク及びガラス板を通過する際、空気とマスクとの境界面及び空気とガラス板との境界面で反射成分と透過成分に分離される。発明者は、負圧室のガラス板及びマスクの屈折率が約１．５の条件で、負圧室のガラス板に約５０度の入射角で光を照射したとき、基板の表面で反射して負圧室のガラス板から射出する光の強度が最大となることを発見した。また、このとき、マスクのパターン面で反射して負圧室のガラス板から射出する光の強度と、基板の表面で反射して負圧室のガラス板から射出する光の強度には大きな差が無いことを発見した。
【００１４】
本発明はこれらの発見に基づいてなされたものであって、第２の板に約５０度の入射角で光を照射することにより、第１の板の基準面側の面で反射して第２の板から射出する光と、基準面で反射して第２の板から射出する光はいずれも十分な強度が得られ、Ｓ／Ｎ比の高い良好な検出を行うことができる。
【００１５】
本発明の露光装置は、表面の屈折率が約１．５の露光対象の基板に平行に配置された屈折率が約１．５のフォトマスクと、フォトマスク及びフォトマスクに平行に配置された屈折率が約１．５の透明板から構成された負圧室と、負圧室の透明板を介して基板の表面とフォトマスクのパターン面とのプロキシミティギャップを測定する測定手段と、測定手段の測定結果に基づいて、基板の表面とフォトマスクのパターン面とのプロキシミティギャップを調整する手段とを備え、測定手段が、負圧室の透明板に約５０度の入射角で光を照射することにより、透明板及びフォトマスクを透過し、基板の表面で反射して、フォトマスク及び透明板を透過する光の強度を最大にする投光手段と、フォトマスクのパターン面で反射して負圧室の透明板から射出する光と、基板の表面で反射して負圧室の透明板から射出する光とを検出する受光手段とを備えたものである。負圧室の透明板を介してプロキシミティギャップを直接測定し、その測定結果に基づいてプロキシミティギャップを調整するので、プロキシミティギャップを短時間で精度よく設定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。図１は、本発明の一実施の形態によるギャップ測定方法を説明する図である。基板３の表面には、フォトレジストが塗布されている。フォトレジストが塗布された基板３の表面の屈折率は１．５２である。基板３の上方には、マスク１がパターン面１ａを下に向けて基板３と平行に配置されている。マスク１は石英からなり、屈折率は１．４７である。さらに、マスク１の上方には、負圧室を構成するガラス板２がマスク１と平行に配置されている。ガラス板２の屈折率は約１．５である。
【００１７】
ガラス板２の斜め上方から、入射角θで入射光Ｉ₀ を照射する。入射光Ｉ₀ は、一部がガラス板２の上面で反射し、一部がガラス板２の内部へ透過する。ガラス板２の内部へ透過した光は、一部がガラス板２の下面で反射し、一部がガラス板２の下面を透過する。ガラス板２の下面を透過した光は、入射光Ｉ₀ と平行になり、入射角θでマスク１へ照射される。
【００１８】
マスク１へ照射された光は、一部がマスク１の裏面１ｂで反射し、一部がマスク１の内部へ透過する。マスク１の裏面１ｂで反射した光の一部は、ガラス板２を透過し、反射光Ｉ_MB としてガラス板２から射出する。
【００１９】
マスク１の内部へ透過した光は、一部がマスク１のパターン面１ａで反射し、一部がマスク１のパターン面１ａを透過する。マスク１のパターン面１ａで反射した光の一部は、マスク１の内部及びガラス板２を透過し、反射光Ｉ_MP としてガラス板２から射出する。一方、マスク１のパターン面１ａを透過した光は、入射光Ｉ₀ と平行になり、入射角θで基板３へ照射される。
【００２０】
基板３へ照射された光は、一部が基板３の表面で反射し、一部が基板３の内部へ透過する。基板３の表面で反射した光の一部は、マスク１及びガラス板２を透過し、反射光Ｉ_S としてガラス板２から射出する。本実施の形態においては、反射光Ｉ_MP 及び反射光Ｉ_S を検出することにより、基板３の表面とマスク１のパターン面１ａとのプロキシミティギャップを測定する。
【００２１】
図２は、本発明の一実施の形態によるギャップ測定方法における反射光強度を示す図である。これは、照射する光がＳ偏光の場合の例を示している。図２の縦軸は各反射光の強度と入射光Ｉ₀ の強度との比、横軸は入射角θの角度を示し、一点鎖線ＭＢは反射光Ｉ_MB 、破線ＭＰは反射光Ｉ_MP 、実線Ｓは反射光Ｉ_S である。各反射光の強度は入射角θによって大きく変化するが、入射角θが５０度付近のとき、反射光Ｉ_S の強度が最大となる。また、このとき、反射光Ｉ_MP の強度と反射光Ｉ_S の強度には大きな差が無い。従って、入射角θを約５０度に設定すると、反射光Ｉ_MP 及び反射光Ｉ_S はいずれも十分な強度が得られ、Ｓ／Ｎ比の高い良好な検出を行うことができる。
【００２２】
なお、図２から分かるように、反射光Ｉ_MP 及び反射光Ｉ_S の強度は、反射光Ｉ_MB の強度に比べてかなり低い。これは、反射光Ｉ_MP 及び反射光Ｉ_S がマスク１の内部を透過しているためである。即ち、反射光Ｉ_MP 及び反射光Ｉ_S の強度は、マスク１の素材の透過率や厚さによって変化する。しかしながら、マスク１の透過率や厚さが変わっても、反射光Ｉ_S の強度は入射角θが約５０度のときに最大となる。
【００２３】
また、図２はマスク１が屈折率１．４７の石英からなる場合の例であるが、マスク１が屈折率約１．５のガラスからなる場合にも、反射光強度の入射角θによる変化は図２とほぼ同様で、入射角θが５０度付近のときに反射光Ｉ_S の強度が最大となる。
【００２４】
図３は、本発明の一実施の形態によるギャップ測定装置の概略構成を示す図である。表面にフォトレジストを塗布した基板３が、プロキシミティ露光装置のチャック１０上に真空吸着されている。プロキシミティ露光装置は、チャック１０を図示しないＸ，Ｙ，θ移動機構及びチルト機構によって移動することで、基板３とマスク１との位置合わせ及びプロキシミティギャップの設定を行う。ギャップ測定装置は、投光系２０と受光系３０とを含んで構成されている。
【００２５】
投光系２０は、光源２１、Ｓ偏光板２２、コリメーションレンズ群２３、スリット２４、投影レンズ２５、及び全反射ミラー２６を含んで構成されている。光源２１は、半導体レーザーや発光ダイオード等の特定の波長の光を発生する光源であってもよく、また白色光を発生する光源であってもよい。光源２１から発生された光は、Ｓ偏光板２２を透過してＳ偏光成分が抽出され、コリメーションレンズ群２３で集光される。コリメーションレンズ群２３で集光された光は、スリット２４を通った後、投影レンズ２５から全反射ミラー２６を介してガラス板２へ照射される。全反射ミラー２６の角度を調整することにより、ガラス板２へ照射される光の入射角を約５０度に設定する。
【００２６】
受光系３０は、全反射ミラー３１、結像レンズ３２、及び受光素子３３を含んで構成されている。ガラス板２から射出されたマスク１のパターン面からの反射光及び基板３の表面からの反射光は、全反射ミラー３１を介して結像レンズ３２を通り、受光素子３３の受光面にそれぞれ結像する。受光素子３３は、例えばＣＣＤラインセンサで構成され、受光面で検出した反射光の強度を電気信号に変換して出力する。受光素子３３で検出した両反射光の結像の距離から、基板３の表面とマスク１のパターン面とのプロキシミティギャップが検出される。
【００２７】
なお、図２と図６を比較すると分かるように、本発明のギャップ測定方法における各反射光の強度は、従来のプロキシミティギャップ測定方法における反射光の強度より低い。そこで本実施の形態では、光源２１の輝度を従来よりも高くすることによって、受光素子３３の感度に応じた反射光の強度を確保している。
【００２８】
図４（ａ）は本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す上面図、図４（ｂ）は同側面図である。露光装置は、マスク１、マスク１と共に負圧室を構成するガラス板２、チャック１０、チルト機構１１、Ｘ，Ｙ，θ移動機構１２、ギャップ測定装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ、及び図示しない露光光照射部を含んで構成されている。
【００２９】
表面にフォトレジストを塗布した基板３は、チャック１０上に搭載される。チャック１０は、基板３を真空吸着して固定する。チャック１０の上方には、マスク１が図示しない固定具により固定されている。マスク１の上方にはスペーサを介してガラス板２が設けられ、マスク１とガラス板２とで負圧室が構成されている。Ｘ，Ｙ，θ移動機構１２は、チャック１０をＸ，Ｙ，θ方向に移動することで、基板３とマスク１との位置合わせを行う。
【００３０】
ガラス板２の上方には、ガラス板２の４隅付近の適当な位置にギャップ測定装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄが設けられている。ギャップ測定装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄはそれぞれ、図３に示した投光系２０及び受光系３０を含んで構成されており、ガラス板２の上方からガラス板２を介して、基板３の表面とマスク１のパターン面とのプロキシミティギャップを測定する。ギャップ測定装置１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄによる４箇所の測定結果に基づいて、チルト機構１１は、チャック１０をＺ方向（上下方向）に移動することで、基板３とマスク１とのプロキシミティギャップの設定を行う。ガラス板２の上方には図示しない露光光照射部が設けられており、露光光照射部はガラス板２及びマスク１を介して、チャック１０に搭載された基板３の表面に露光光を照射する。
【００３１】
なお、図４ではギャップ測定装置が４箇所に設けられているが、ギャップ測定装置は、ガラス板２の上方の適当な位置に３箇所または５箇所以上設けてもよい。
【００３２】
以上説明した実施の形態において、マスク１と負圧室を構成するガラス板２との間隔を知りたい場合には、反射光Ｉ_MB 及び反射光Ｉ_MP を検出することにより、マスク１とガラス板２との間隔を測定することもできる。
【００３３】
以上、本発明をプロキシミティ露光装置のプロキシミティギャップの測定に適用した例について説明したが、本発明はこれに限らず、基準面と基準面に平行に置かれた透明な板との間隔の測定に適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明のギャップ測定方法及びギャップ測定装置によれば、屈折率が約１．５の透明な第２の板を介して、基準面と基準面に平行に置かれた屈折率が約１．５の透明な第１の板との間隔を測定することができる。
【００３５】
本発明のギャップ測定方法及びギャップ測定装置をプロキシミティギャップの測定に適用すると、負圧室の外側からガラス板を介して、基板の表面とマスクのパターン面とのプロキシミティギャップを測定することができる。
【００３６】
本発明の露光装置によれば、プロキシミティギャップを短時間で精度よく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるギャップ測定方法を説明する図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるギャップ測定方法における反射光強度を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態によるギャップ測定装置の概略構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の一実施の形態による露光装置の概略構成を示す上面図、図４（ｂ）は同側面図である。
【図５】従来のプロキシミティギャップ測定方法を説明する図である。
【図６】従来のプロキシミティギャップ測定方法における反射光強度を示す図である。
【符号の説明】
１…マスク、２…ガラス板、３…基板、１０…チャック、１１…チルト機構、１２…Ｘ，Ｙ，θ移動機構、２０…投光系、２１…光源、２２…Ｓ偏光板、２３…コリメーションレンズ群、２４…スリット、２５…投影レンズ、２６…全反射ミラー、３０…受光系、３１…全反射ミラー、３２…結像レンズ、３３…受光素子、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ…ギャップ測定装置

Claims

基準面と、基準面に平行に置かれた透明な第１の板との間隔を、第１の板に対して基準面と反対側に平行に置かれた透明な第２の板を介して測定する方法であって、
基準面、第１の板及び第２の板の屈折率が約１．５のとき、
第２の板に約５０度の入射角で光を照射することにより、第２の板及び第１の板を透過し、基準面で反射して、第１の板及び第２の板を透過する光の強度を最大にし、
第１の板の基準面側の面で反射して第２の板から射出する光と、基準面で反射して第２の板から射出する光とを検出することを特徴とするギャップ測定方法。
基準面がフォトレジストを塗布した基板の表面、第１の板がフォトマスク、第２の板がガラス板であることを特徴とする請求項１に記載のギャップ測定方法。
屈折率が約１．５の基準面と、基準面に平行に置かれた屈折率が約１．５の透明な第１の板との間隔を、第１の板に対して基準面と反対側に平行に置かれた屈折率が約１．５の透明な第２の板を介して測定する装置であって、
第２の板に約５０度の入射角で光を照射することにより、第２の板及び第１の板を透過し、基準面で反射して、第１の板及び第２の板を透過する光の強度を最大にする投光手段と、
第１の板の基準面側の面で反射して第２の板から射出する光と、基準面で反射して第２の板から射出する光とを検出する受光手段とを備えたことを特徴とするギャップ測定装置。
基準面がフォトレジストを塗布した基板の表面、第１の板がフォトマスク、第２の板がガラス板であることを特徴とする請求項３に記載のギャップ測定装置。
表面の屈折率が約１．５の露光対象の基板に平行に配置された屈折率が約１．５のフォトマスクと、
前記フォトマスク及び前記フォトマスクに平行に配置された屈折率が約１．５の透明板から構成された負圧室と、
前記透明板を介して基板の表面と前記フォトマスクのパターン面とのプロキシミティギャップを測定する測定手段と、
前記測定手段の測定結果に基づいて、基板の表面と前記フォトマスクのパターン面とのプロキシミティギャップを調整する手段とを備え、
前記測定手段は、
前記透明板に約５０度の入射角で光を照射することにより、前記透明板及び前記フォトマスクを透過し、基板の表面で反射して、前記フォトマスク及び前記透明板を透過する光の強度を最大にする投光手段と、
前記フォトマスクのパターン面で反射して前記透明板から射出する光と、基板の表面で反射して前記透明板から射出する光とを検出する受光手段とを備えたことを特徴とする露光装置。