JPH01178809A - 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） この発明は対象物に位置を検出する光学式位置検出方法
に関し、例えば、ＬＣＤなと基板製造工程で用いられる
プロキシミ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、Ｌ　ＣＤ　（液晶表示装置）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ても、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
の表面にフォトレノストを塗布腰そのフォトレノストに
例えば上記のようなプロキシ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、プロキシミティ露光装置では、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
５図に示すような構成の位置検出装置を用いて、フォト
マスクと基板の対向面間距離を測定していた。

それは、７オトマスクや基板等の対策物１０１の表面１
０１ａに光ビームＢ１を投光し、その反射光ビームＢ２
ａを一次元又は２次元の半導体位ｍ検出器（たとえばＰ
ＳＤ素子）で受光し、その受光信号ＩＡ−Ｉ日に基づい
て被検体の表面位置を検出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電極八から受光ビームの位置まで
の距離をＸ、この距Ｂｘ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。

ＩＡ　＝１０（Ｌ−Ｘ）ル　、　　　Ｉｓ　　＝Ｉｏ（
Ｘ／Ｌ）　　　・−・（１）そして、演算回路１１１を
介して各電流値ＩＡＩＩＲの比Ｐ×を ＰＸ　＝（Ｌ／Ｘ）−１・・・・・・（２）として対象
物の表面の位置Ｘに対応する信号として出力させ、その
信号に基づいて対象物の表面の位置（位置検出器に設け
た基準面と対象物の測定点（入射光の中心）との開の距
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′ＮＮ
初物位置を検出することができる。

なお、上記従来例では半導体装置検出器１０７が１以上
の反射面をもつ対象物１０１の表面以外の反射面例えば
裏面１０１ｂからの反射光ビームＢ２ｂを受光すると、
一つの反射光ビームを受光するだけの場合には、その光
強度分布はほぼその入射光の分布により一定であるが、
二つ以上の反射光ビームを受光する場合には、それら全
体の光強度分布が一つのピークを持つ光強度分布でなく
なるため光強度重心の位置が変動して表面の位置に対応
する信号を出力させることができないため、半導体装置
検出器１０７の前面に受光窓のあるマスク板１５を設け
、対象物１０１の表面１０１ａからの所望の反射光８２
ａのみを当該マス板１５の受光窓１５ａを通して受光し
、対象物１０１の裏面１０１ｂからの反射光Ｂ　２　ｂ
は受光しないように構成されている。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来例のものは、例えば裏面反射の影響を排除する
ために半導体装置検出器１０７の前面にマスク板１５を
設けていることから、受光窓１５ａの大きさによって反
射光ビームＢ２ａの検出位置の範囲が制限される。つま
り、被検体１０１の表面１（ｌｌａの位置（高さ）が一
定の範囲内になければ測定できない。

また、被検体１（）１の板厚が変わるたびに検出器と被
検体との相対距離を調節しなければならない。更に、被
検体１０１の板厚が一層薄くなる場合には、それに合わ
せて受光窓１５ａの小さいマスク板と付は替えしなけれ
ばならない。このため上記従来例のものは、測定範囲が
狭い上に操作性が劣っていた。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、複数
の反射面を有するに１來物であっても、各反射面に対応
する位置を検出し得るようにすることを技術課題とし、
もって、測定範囲の拡大および繰作性の向上を図ること
をその目的とする。

（課題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、以下のように構
成される。

即ち、対象物に光ビームを入射して、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、受光強度信号を出力する光電変換素
子を用いることにより、対象物が１以上の反射面を持つ
場合に１以上の反射面からの反射光ビームを受光し、そ
の反射光ビームの光強度分布に従う受光強度信号を取り
出し、その受光強度信号を所要の閾値で２値化し、その
２値化信号に基づいて反射面の対応位置を算定するよう
にしたことを特徴とする方法である。

（作　用） 本発明では、先ず、受光強度信号を出力する光電変換素
子で対象物からの反射光ビームを受光して、その反射光
ビームの光強度分布に従う受光強度信号を取り込む。こ
の場合対象物が複数の反射面を有するものであれば、ピ
ーク位置の異なる複数の反射光ビームを光電変換素子で
同時に受光することになる。従って受光強度信号は、反
射光ビ−ムの光強度分布に対応する複数のピーク値が存
在する信号になっている。

次いで、上記受光強度信号を所要の閾値で２値化する。

この２値化された信号は、反射光ビームの数に対応する
複数のハイレベル部分、つまり、対象物の反射面の位置
に対応するノ１イレベル部分を有している。ただし、測
定対象でない反射面からの反射光ビームをカットすべく
適当なレベルの閾値ＴＨがあらかじめ設定されることも
あり、反射光ビームの強弱および閾値のレベルによって
は反射光ビームの数とハイレベルの部分の数とが一致し
ない場合もある。

次いで、上記２値化された信号に基づいて上記ハイレベ
ル部分の位置を検出することにより、各反射面に対応す
る位置を算出する。なお上記算出結果に基づいて適宜必
要な反射面の位置信号のみをＣＣＤ素子から出力される
順番に応じて取捨選択することにより、所望の反射面の
位置を検出できる。

（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、本発明に係る光学式位置検出装置の概要図、
第４図は、上記装置による信号処理の内容を示すフロー
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、対象物１であるガラス基板等の
表面１ａに入射光ビーム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より出
力される受光信号Ｅ（χ）を増幅する増幅器８と、ＡＤ
変換器９と、その信号を２値化する２値化回路１０と、
２値化された信号に基づいて当該対象物１の反射面に対
応する位置を演算し、その位置信号を出力する演算回路
１１と、あらかじめ既知の基準位置に対して得られた出
力信号に基づいて、上記位置信号を較正する較正回路（
例えばルックアップテーブル）１２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
ＬＤ３と、そのレーザ光ビームを所要のビーム直径に絞
り込む投光用レンズ４・４を備え、対象物１へ入射光ビ
ームＢ、を所定の角度で投光するように構成されている
。

一方、受光器５は、対象物１の表面１ａ及び裏面１ｂで
反射されたそれぞれの反射光ビームＢ２ａ、Ｂ２ｂ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素子である充電変換器７を備え、上記反射
光ビームＢ２ａ　、　Ｂｚｂを同時に受光して、例えば
第２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。従っ
て受光強度信号Ｅ（χ）は、反射光ビームＢ２ａ　、　
Ｂ２ｂの光強度分布に対応する２つのピーク値が存在す
る信号レベル分布になっている。

２値化回路１０は、コンパレータによって構成され、少
なくとも２種類の反射光ビームＢ２ａ、Ｂ、ｂによる受
光信号部分Ｅａ−Ｅｂを識別し得る信号レベルＴ１．ｌ
を閾値として設定し、その閾値ＴＨに基づいて上記受光
強度信号Ｅ（χ）を２値化し、第３図に示すような２値
化化号Ｆ（χ）を出力する。

なお、上記閾値は、あちかしめ反射光ビームＢ２ａｓＢ
２ｂの強度を測定してその強度に対応してそのレベルＴ
Ｈを定めておく。

演法回路１１は、例えばマイクロコンピュータによって
構成され、上記２値化化号Ｆ（χ）に基づいて対象物１
の表面１ａ及び裏面１ｂに対応する位置Ｍ１・Ｍ２を演
算し、その結果を出力するようになっている。

以下、第１図〜第４図に基づいて上記信号処理の内容を
説明する。

先ずステップＳ１では、操作部よりあらかじめ前述した
閾値ＴＨを設定入力しておく。

ステップＳ２では、対象物１の表面１ａ及び裏面１ｂで
反射した反射光ビームＢ２ａ　、　Ｂ２ｂを同時に光電
変換器７で受光して、その受光強度分布に従う受光強度
信号Ｅ（χ）を時系列で取り出す（第２図）。

ステップＳ３では、増幅器８及びＡ／Ｄ変換器９を介し
て増幅及びデジタル化された受光強度信号Ｅ（χ）を２
値化回路１０より、上記閾値Ｔ、によって２値化し、２
値化化号Ｆ（χ）を出力する（第３図）。

ステップＳ、では、演算回路１１内に取り込んだ２値化
信号Ｆ（χ）の立上がり位置Ａ１を検索して順次内部メ
モリに記憶し、同様にステップＳ。

では、立下がり位置Ｂ、を検索する。この検索は例えば
２値化信号Ｆ（χ）の変化率（ｄＦ（χ）／ｄχ〕の正
・負を判断することにより実行される。

上記検索により対象物１の反射面を演算するだめのデー
タが得られることになる。

ステップＳ６では、」二記検索結果に基づいて、次式に
より対象物１の各反射面１ａ・１１）に対応する位置Ｍ
、・Ｍ２を演算する。

Ｍ；　＝（八、　　十Ｂｉ　　）／２　　　　　　・・
・・・・（３）（ただし　ｉ＝１．２） ステップＳ７では、上記演算結果のうち上述のようにし
て必要な反射面に対応する位置、ここでは表面の対応位
置Ｍ１を選択し、その位置信号Ｍ１に、較正回路１２を
介して所要の較正処理を施し、対象物１の位置信号Ｘと
して出力する。

なお、較正処理としては、例えば位置検出装置の初期設
定位置、被検体の屈折率等に基づく位置データＭ、の補
正を含む。

（発明の効果） 以」二の説明で明らかなように、本発明では対象物が複
数の反射面を有する場合でも、各反射面に対応する位置
を検出することができ、しかも所望の反射面に対応する
信号のみを選択できるので、その反射面の位置を正確に
知ることができる。また、対象物の厚みが変わるたびに
検出器と対象物との相対位ｊｄを調節する等の煩雑な操
作が一切不要になる。これにより、操作性が大幅に向上
し、生産性の向」二に大いに寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光学式位置検出装置の概要図、第
２図及び第３図はそれぞれ受光強度信号及びその２値化
信号を模式的に示す説明図、第４図は本発明による信号
処理の内容を示すフローチャート、第５図は従来の位置
検出装置の概要図である。 １・・・対象物、　　１ａ・・・表面（反射面）、１ｂ
・・・裏面（反射面）、　７・・・光電変換素子（充電
変換器）、　　１０・・・２値化回路、　　１１・・・
演算回路、Ｂ１・・・入射光ビーム、Ｂ２ａ−Ｂ２ｂ・
・・反射光ビーム、Ｅ（χ）・・・受光強度信号、　Ｔ
、・・・閾値、Ｆ（χ）・・・２値化信号、　Ｍ、・・
・反射面対応位置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、対象物に光ビームを入射して、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する光学式位置検出
   方法において、受光強度信号を出力する光電変換素子を
   用 いることにより、対象物が１以上の反射面を持つ場合に
   １以上の反射面からの反射光ビームを受光し、その反射
   光ビームの光強度分布に従う受光強度信号を取り出し、
   その受光強度信号を所要の閾値で２値化し、その２値化
   信号に基づいて反射面の対応位置を算定するようにした
   ことを特徴とする光学式位置検出方法