JPH01170806A - 光学式位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は離隔対象物の位置を検出する光学式位置検出
方法に関し、例えばＬＣＤとかＰＷＢなとの基板製造工
程で用いられるプロシキティ露光装置用位置検出装置等
に適用しうる位置検出方法に関するものである。

（従来の技術） 近年、ＬＣＤ（液晶表示装置）やＰＷＢ（プリント配線
基板）等の性能について、−層高魔性が要求され、それ
につれて基板に形成される微細なパターンについンも、
さらに高い解像度が要求されるようになった。このよう
な微細なパターンは基板の表面に７オＦレジストを塗布
し、その７オトレジストに例えば上記のようなプロシキ
ミティ露光装置を用いてマスク・パターンを焼き付け、
いわゆるエツチング処理にて形成される。

ところで、プロシキティ露光装置では基板とフォトマス
クとの間隙を例えば２０〜５０μｍ程度の一定間隔に設
定配置する必要があることから、従来では例えば第６図
に示すような位置検出装置を用いて、あらかじめ７オト
マスクと基板の対向面間距離を測定していた。

それは、たとえば離隔対象物であるフォトマスク１０１
の表面に光ビームＢ１を投光し、その反射光ビームＢ２
を一次元又は２次元の半導体装置検出器（たとえばＰＳ
Ｄ）１０７で受光し、その受光信号ＩＡ−ＩＢに基づい
てフォトマスク１０１の表面位置を算定するように構成
されている。即ち、上記半導体装置検出器１０７は電極
Ａ−Ｂ開の距離をし、抵抗をＲ１電極Ａから受光ビーム
の位置までの距離をＸ、この距離Ｘに対応する部分の抵
抗値をＲｘ、受光ビームの光強度をＩ。と規定するとき
、各電極Ａ−Ｂより次式で与えられる電流値を出力する
。

そして、演算回路１１０を介して各電流値ＩＡ・１Ｂの
比Ｐｘを 一３＝ Ｐｘ＝（Ｌ／Ｘ）−１−・−・・（２）として測定対象
面の位置Ｘに対応する信号として出力させ、その信号に
基づいて７オトマスク１０１の測定対象面の位置（位置
検出器に設けた基準位置と測定対象面上の測定点（受光
ビームの中心）までの距離）を検出するように構成され
ている。

従って、この従来例では光強度と無関係な位置信号Ｐｘ
によって対象物の位置を検出することができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところで、上記のように７オトマスクと基板の対向面間
距離を測定する場合において、上記従来例の方法では一
層高い精度要求に応えることができないという問題があ
る。それは以下のような理由による。

即ち、７オトマスクはガラス板の上記対向面側に微細な
マスク・パターンを形成したものであり、このパターン
は例えばクロムや銀塩の薄膜で形成され、ガラス板とは
その表面の反射率が異なる。

つまり、７オトマスクの測定対象となる反射面は、例え
ば第７図に拡大して示すようにガラス板が露出した反射
領域Ｇと、マスク・パターンによる反射領域Ｐとから成
り、いわば異種の反射率を持つ反射領域Ｇ−Ｐが混在し
た状態になっている。

従って、この反射面で反射した光ビームＢ２を一次元配
例のＣＯＤ素子７とか７オトダイオードなどで受光した
ならば、ガラス板に対応する反射領域Ｇでは反射光強度
が落ち込んだ分布、例えば第８図斜線部で示すような受
光強度信号Ｅ（χ）になるはずである。

しかるに上記従来例のものは、受光ビームの光強度分布
と無関係に、電極Ａ−Ｂから出力される電流値ＩＡ−Ｉ
Ｂに基づいて対象物である７オトマスクの反射面の位置
を算定するものであるため、その検出精度は受光ビーム
の直径り内で相当の誤差を含むことになる。ちなみに受
光ビームを５０μｍ、マスクパターンの反射率に対する
ガラス板の反射率の比を０．２と仮定して試算すると、
測定対象面の検出位置は±８μｍの誤差を生ずることも
ありうる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、検出
位置精度をさらに向上させることを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本発明は上記目的を達成するためになされたもので、以
下のように構成される。

即ち、対象物に光ビームを投光し、その反射光ビームを
少なくとも一次元配列の充電変換素子で受光し、その受
光信号に基づいて対象物の位置を検出する光学式位置検
出方法において、当該対象物の測定対象面上における異
る反射率を持つ反射領域相互間の反射率の比を補正係数
として規定し、異る反射傘を持つ反射領域のうちの一つ
の反射率を持つ反射域類のみからの反射光ビームの光強
度分布に従う光強度信号を測定対象面対応信号として規
定し、この測定対象面対応信号に基づいて算定する受光
ビームの中心位置を測定対象面対応位置として規定し、
受光信号を受光素子上の各位置の光強度信号として出力
する光電変換素子を用いることにより、対象物測定対象
面がらの反射光ビームを受光してその光強度分布に従う
受光強度信号を取り込み、その受光強度信号に基づト上
記補正係数を介して上記反射面対応位置を算定すること
により、対象物の位置を検出するようにしたことを特徴
とする方法である。

（作　用） 上記のように、本発明では測定対象面が異種の反射率を
持つ反射領域によって構成されている場合において、反
射光ビームを一次元配列の光電変換素子で受光し、その
光強度分布に従う受光強度信号に基づいて受光ビームの
中心位置を算定するに際し、上記受光強度信号を補正係
数によって一旦測定対象面対応信号に補正してそれから
受光ビームの中心位置を算定するか、あるいは、前記測
定対象面対応信号と上記受光強度信号との差信号に基づ
いて受光ビームの中心位置を補正する。上記補正によっ
て求めた受光ビームの中心位置が測定対象面対応位置で
あり、対象物の位置を受光素子の有効受光範囲内で正確
に検出することができる。

（実　施　例） 以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は本方法発明による光学式位置検出装置の概要図
、第４図は演算回路による演算処理の内容を例示するフ
ローチャートである。

この位置検出装置はプロキシミティ露光装置用位置検出
装置として構成され、７オトマスク１の表面１ａに光ビ
ームＢ、を投光する投光器２と、反射光ビームＢ２を受
光する受光器５と、受光器５から出力される受光信号Ｅ
（χ）を増幅する増幅器８と、Ａ／Ｉ）変換器９と、そ
の信号に基づいて受光ビームの中心位置Ｍを演算し位置
信号Ｍを出力する演算回路１０と、初期設定値等に基づ
いて上記位置信号Ｍを較正する較正回路１１とを具備し
て成る。

上記投光器２は光源としてレーザ光ビームを射出するＬ
Ｄ３と、そのレーザ光ビームを所要のビーム直径に絞り
込む投影用レンズ４・４を備え、７オトマ°スク１の表
面１ａへ入射光ビームＢ、をある角度で投光するように
構成されている。

一方受光器５は入射光ビームＢ、で照明した７オトマス
ク表面のスポット照明領域Ｊを拡大して結像する受光用
レンズ６・６と、結像面に一次元配列のＣＣＤ素子であ
る光電変換器７とを備え、７オトマスク１上のスポット
照明領域Ｊからの反射光ビームＢ２を受光して、例えば
第２図あるいは第３図に示すような受光強度分布に従う
受光強度信号Ｅ（χ）を時系列で出力するように構成さ
れている。なお、７オトマスク１上のスポット照明領域
Ｊは前記した第７図に示すものと同様に、ガラス板が露
出した反射領域Ｇとマスク・パターンによる反射領域Ｐ
とが混在しているため、光電変換器７より出力される受
光強度信号Ｅ（χ）はガラス板による反射領域Ｇでの反
射光強度が減少し、第２図及び第３図の斜線部で示すよ
うな受光強度分布に従う信号レベルになっている。

演算回路１０は例えばマイクロコンピュータによって構
成され、上記受光強度信号Ｅ（χ）に基づいて、７オト
マスク１の反射面１ａに対応する位置を演算し、その位
置信号を出力するようになつているう 以下、第２図〜第４図に基づいて上記演算処理の内容を
説明する。

先ずステップＳ１では、繰作部よりあらかじめ補正係数
Ｋを設定入力しておく。この補正係数には、前記７オト
マスク１の反射面上におけるガラス板が露出した反射領
域Ｇの反射率に対するマスク・パターンによる反射領域
Ｐの反射率の比として規定する゛。従って、この補正係
数には次式に対応する値になっている。

Ｋ＝′ｆ（χ）／Ｆ（χ）　　・・・（３）ここで、ｆ
（χ）は′フォトマスク表面１ａがマスク・パターン部
分Ｐを含まない場合、つまりガラス板部分Ｇのみである
場合の反射光ビームの受光強度信号を示し、またＦ（χ
）は７オトマスク表面１ａがマスク・パターン部分Ｐの
みからなる場合の反射光ビームの受光強度信号を示し、
説明の便宜上、後者Ｆ（χ）を測定対象面対応信号とし
て規定するメ・、両者はいずれもほぼ正規分布をなす。

ステップＳ２では７オトマスク表面１ａで反射した反射
光ビームＢ２を光電変換器７で受光しで、その受光強度
分布に従う受光強度信号Ｅ（χ）を演算回路１０のバッ
フ７メモリ内へ取り込む。

ステップＳ３では受光強度信号Ｅ（χ）の落ち込み位置
Ａ５を検索して内部メモリに記憶し、同様にステップＳ
、では立上がり位置Ｂ、を検索する。

この検索は例えば、受光強度信号Ｅ（χ）の変化率（ｄ
Ｅ（χ）／ｄχ）の正・負及び絶対値が所定値より大き
いか否かを判別することによって実行される。

上記検索によって、マスク・パターンによる反射光強層
の落ち込み範囲及びその個数Ｎが定まる。

ステップＳ５では上記検索結果に基づいて、受光強度信
号Ｅ（χ）の落ち込み部分を測定対象面対応信号Ｆ（χ
）のレベルに補正する。例えば第３図にあってはＡ１−
Ｂ１の範囲にかけて落ち込んだ信号レベルＥ（χ）を前
記補正係数Ｋを介して破線で示す信号レベルＦ（χ）ま
で例外上げるこ′とを意味する。これは次式で表わすこ
とができる。

ステップＳ６では、補正した上記測定対象面対応信号Ｆ
（χ）に基づいて受光ビームＢ２の中心位置Ｍを算出す
る。中心位置Ｍは次式で与えられ、この位置Ｍは測定対
象面１ａに対応する位置になっている。

ステ・ざプＳ７では上記演算結果Ｍに基づいて測定対象
面の位置信号Ｘを出力する。即ち、先の置信号Ｍは、あ
らかじめ−っ以上の既知の基準位置に対して得られた出
力信号に基づいて較正回路１１を介して較正され、対象
物の位置信号Ｘとしと出力される。

次に、受光ビームの中心位置Ｍを算出する別実施例を第
５図に基づいて説明する。

第５図は演算回路１０による演算処理の別実施例を例示
するフローチャートである。なお、同図中ステップ８１
〜Ｓ、及びステップＳ７の処理内容は先に説明した内容
と同一であるのでその説明を省く。

ステップＳ、ｌでは、ステ・ンプＳ、及びステ・ンプＳ
４の検索結果に基づいて受光強度信号Ｅ（χ）の四部信
号部分Ｇ、を前記第４式に基づいて測定対象面対応信号
Ｆ（χ）のレベルまで補正するとともに、下記（６）式
及び（７）式により、それぞれ受光ビームの光強度重心
位置Ｍ。及び四部信号部分Ｇ；の重心のＸ座標位置Ｍ、
を算出する。

なお、上記（７）式は計算の便宜上（７ａ）式のように
変形することもできる。

この場合には、受光強度信号Ｅ（χ）の四部信号部分Ｇ
１をあらかじめ測定対象面対応信号Ｆ（χ）のレベルま
で補正する必要はなく、信号波形のノイズ等による乱れ
の影響による誤差も小さい。　゛ステラフ’　Ｓ　６’
では上記光強度重心位置ＭＪび凹部の重心位ＩＪＭｉに
基づト（８）式により受光ビームの中心位置Ｍを算出す
る。

Ｍ＝（Ｍ、Ｇｏ十ΣＭ、　Ｇ、　）／（にｏ十ΣＣｉ　
）　　・−＜８＞上記実施例は、いずれも反射光強度か
高い方の正規分布信号Ｆ（χ）を測定対象面対応信号と
して規定した場合について説明したがこれに限らず、反
射光強度の低い方の正規分布信号ｆ（χ）を測定対象物
対応信号として規定した場合でも、同様に受光ビームの
中心位置Ｍを正確に算出することができる。

なお、上記実施例では、プロキシミティ露光装置用位置
検出装置として説明したが、これに限るものではなく、
例えば、投影露光機、パターン測定装置、オートフォー
カス装置、一般の位置検出器等にも用いることができる
。

（発明の効果） 以上の説明で明らかなように本発明の方法によれば、対
象物の測定対象面が異種の反射率を持つ反射面を含む場
合でも、その受光強度分布に従う受光強度信号を補正し
て受光ビームの中心位置、つまり測定対象面対応位置を
正確に検出することがでるので、検出位置の精度を一層
向上させることが外る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本方法発明による実施例装置の概要図、第２図
及びｐｉｆ１３図はそれぞれ受光強度分布に従う−ｔｓ
−’ 受光強度信号の模式図、第４図及び第５１はそれぞれ別
実施例に係る演算処理の内容を例示するフローチャート
、第６図は従来例による位置検出装置の概要図、第７図
は対象物である７オトマスク上のスポット状照明部の拡
大図、第８図は第２図相当図である。 １・・・対象物（７オトマスク）、１ａ・・・測定対象
面、２・・・投光器、　５・・・受光器、　７・・・光
電変換素子（光電変換器）、　１０・・・演算回路、　
Ｂ１・・・入射光ビーム、Ｂ２・・・反射光ビームＬ　
　Ｅ（χ）・・・受光強度信号、′　Ｆ（χ）・・・測
定対象面対応信号、Ｇ、・・・凹又は凸部信号部分：　
Ｋ・・・補正係数、Ｍ・・・測定対象面対応位置（受光
ビーム中心位置）、Ｍ。・・・受光ビームの光強度中心
位置、　Ｍ−・・・凹又は凸部重心位置。 特許出願人　　大日本スクリーン製造株式会社第５図 ５ＴＡＲＴ ’　５２ Ｓ３　　　　麿≧フ； ’　　１０１ ！ニー！艦（１會ヒ′。 第６図 ■Δ 第７図　　　　　　第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象物に光ビームを投光し、その反射光ビームを少
   なくとも一次元配列の光電変換素子で受光し、その受光
   信号に基づいて対象物の位置を検出する光学式位置検出
   方法において、当該対象物の測定対象面上における異る
   反射率を持つ反射領域相互間の反射率の比を補正係数と
   して規定し、異る反射率を持つ反射領域のうちの一つの
   反射率を持つ反射領域のみからの反射光ビームの光強度
   分布に従う光強度信号を測定対象面対応信号として規定
   し、この測定対象面対応信号に基づいて算定する受光ビ
   ームの中心位置を測定対象面対応位置として規定し、受
   光信号を受光素子上の各位置の光強度信号として出力す
   る光電変換素子を用いることにより、対象物測定対象面
   からの反射光ビームを受光してその光強度分布に従う受
   光強度信号を取り込み、その受光強度信号に基づき上記
   補正係数を介して上記反射面対応位置を算定することに
   より、対象物の位置を検出するようにしたことを特徴と
   する光学式位置検出方法 ２、補正係数を介して測定対象面対応位置を算定するに
   際し、上記取り込んだ受光強度信号を一旦補正係数を介
   して測定対象面対応信号に補正し、その補正した測定対
   象面対応信号に基づいて受光ビームの中心位置を算定す
   るようにした特許請求の範囲第１項に記載の光学式位置
   検出方法 ３、補正係数を介して測定対象面対応位置を算定するに
   際し、受光強度信号に基づき受光ビームの光強度重心位
   置を算出するとともに、上記補正した測定対象面対応信
   号と受光強度信号の凹又は凸部信号部分より凹又は凸部
   重心位置を算出し、光強度重心位置及び凹又は凸部重心
   位置より受光ビームの中心位置を算定するようにした特
   許請求の範囲第２項に記載の光学式位置検出方法