JPH01184412A

JPH01184412A - 光学式位置検出方法

Info

Publication number: JPH01184412A
Application number: JP63009944A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Koyagi; 康幸小八木
Original assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1988-01-19
Filing date: 1988-01-19
Publication date: 1989-07-24
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: JPH0781856B2

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）この発明は対象物の位置を検出する光学式位置検出方法
に関し、例えばＬＣＤなとの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、ＬＣＤ（液晶表示装置）やＬＳＩ（大規模集積回
路）やプリント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７オトレ
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、上記のようなプロキシミティ露光装置では、
基板と７オ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ｐｔＳ６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、たとえば対象物である７オトマスク１０１の表
面に入射光ビームＢ、を投光し、この反射ビームＢ２を
一次元配列又は２次元配列の半導体装置検出器１０７で
受光し、その受光信号ｌＡｌＩ３に基づいて７オトマス
ク１０１の表面位置を算定するように構成されている。

即ち、半導体装置検出器１０７は電極Ａ、Ｂ間の距離を
し、抵抗をＲ１電１ｉｉＡから反射光ビームの受光位置
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ｌＡｌ１、の
比Ｐ×をＰｘ　＝（Ｌ／Ｘ）　−１・・・・・・（２）として測
定対象面の位１ｘ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面と測定対象面上の測定点（
入射光の中心）との間の距離）を検出するように構成さ
れている。従って、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。

（解決しようとする課題）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薄膜に
よる微細なマスク・パターンを形成したものであり、こ
のパターンはガラス板とは反射率が異なる異種の反射率
を持つ被膜（例えばクロム、銀塩）で形成されている。

つまり、７オＦマスクの測定対象となる反射面は、例え
ばＰＩＳ７図に拡大して示すようにガラス板が露出した
部分Ｇと、マスク・パターン部分Ｐとから成り、反射率
の異なる２種の反射領域Ｇ、Ｐが混在した状態になって
いる。

従って、この測定対象面で反射した光ビームＢ２を一次
元配列のＣＣＤ素子とか７オトダイオードなどで受光し
たならば、ガラス板が露出した部分Ｇでは反射光強度が
落ち込んだ分布、例えば第８図斜線部で示すよろな受光
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
光ビームの直径りを５０μ輪、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
精度をさらに向上させることを一目的とする。

（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
光位置に対応する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
対象面が反射率の異なる２種の反射領域を含み、各反射
領域の反射率に対応する２種の閾値を各反射領域に対応
する２、値化用閾値と規定し、上記反射光ビームの受光
中心位置を対象物の反射面対応位置として規定し、受光
信号を光電変換素子の各位置の光強度信号として出力す
る充電変換素子を用いることにより、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出し、
その受光強度信号を上記異種の反射領域に対応づけて別
々の２値化用閾値で２値化し、その２値化信号に基づい
て反射面対応位置を算定する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２種の反射率を
持った反射領域を含んでいる場合において、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
の受光強度分布に従う受光強度信号に基づいて対象物の
測定対象面の位置を算定するに際し、受光強度信号を異
る反射率の領域に対応づけて、別々の２値化用閾値で２
値化する。そしてこの２値化信号に基づいて反射光ビー
ムの中心位置を演算する。このようにして求めた反射光
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図は受光信号の処理の内容を例示する７０−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Ｂ１を入射する投光器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／Ｄ変換器９と、その
受光強度信号Ｅ（χ）を反射面ｌａ上の反射率の異なる
領域ごとに区分けし、各区分けした受光信号毎にあらか
じめ設定した閾値を対応づける受光信号区分は回路１０
と、２値化回路１１と、２値化信号Ｈ（χ）に基づいて
反射光ビームＢ２の受光中心位置Ｍを演算する位置演算
回路１２と、位置信号Ｍを較正する較正回路（からかし
め既知の基準位置に対して得られた受光中心位置信号に
基づいて上記位置を較正して求めるもので、たとえばル
ックアップテーブルなどから成る）１３とを備えて成る
。

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、　・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、結像面に多数のＣＣＤ素子を一次
配列した光電変換器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、
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。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
ｖＪ７図に示すものと同様に、ガラス板が露出した部分
Ｇとマスク・パターン部分Ｐとが混在しているため、充
電変換器７より出力される受光強度信号Ｅ（χ）はガラ
ス板露出部分Ｇでの反射光強度が落ち込み、第２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。

受光信号区分は回路１０．２値化回路１１、位置演算回
路１２及び較正回路１３・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Ｍを
演算し、位置較正した信号Ｘを出力するように構成され
ている。

以下、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Ｓ、では振作部よりあらかじめ２種の閾
値ＴＨ１３，Ｔ１．ＩＰを設定入力しておく、この閾値
Ｔ　Ｈ，３ｖＴ　Ｈｐはそれぞれ前記７オトマスク１の
反射面ｌａ上における反射率の異なる領域Ｇ、Ｐの各反
射率ＲＧｅＲＰをあらかじめ測定して求めておき、それ
らの反射率Ｒ＋３ｅＲｐに対応する２値化用閾値として
規定する。即ち、次式によって規定する。

Ｒ３＝／Ｒｐ＝　ｆ　（χ）／Ｆ（χ）＝ＴＨ３３／Ｔ
ＯＰ　　　・・・（１）ここで、Ｆ（χ）は７オトマス
ク表面１ａがパターン部分Ｐのみである場合の反射光ビ
ームの受光強度信号のレベルを示し、また、ｆ（χ）は
７オトマスク表面１ａがパターン部分Ｐを含まない場合
、つまりガラス板露出部分Ｇのみである場合の反射光の
受光強度信号のレベルを示す。

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で受光して、その受光強
度に従う受光強度信号Ｅ（χ）を増幅器９を介して受光
信号区分は回１１＠１０のバッファメモリ内へ取り込む
。

ステップＳ、では受光強度信号Ｅ（χ）の段差下降位置
Ａ、及び段差上昇位置Ｂ１を検索する。

このＡ、、Ｂ、の検索は例えば受光強度信号Ｅ（χ）の
変化率［ｄＥ（χ）／ｄχ］の正・負及び絶対値を所定
値と比較することによって判別する。

ステップＳ４では、その受光強度信号Ｅ（χ）をガラス
板による反射領域Ｇに対応する凹部信号部分Ｇ（χ）と
パターンによる反射領域Ｐに対応する凸部信号部分Ｐ（
、χ）とに区分けし、次のようにしてそれぞれＣＣＤ素
子の有効区域χに応じて２値化用閾値Ｔ　ｏ＋ｉ　ｔ”
ｒ　ＨＰを対応づける。なお、破線で示すステップＳ、
は、上記検索したＡ、、Ｂ。

の個数、＝１．２・・・Ｎについて繰り返し処理をする
ことを意味する。

先ずステップ８４．１では段差上昇位置八５と段差上昇
位置Ｂ；の配置順序をＣＣＤ素子の地番の大小を比較す
ることにより判別し、Ａ、＜Ｂ、であればステップＳ１
．２へ進み、そうでなければステップＳ４．３へ進む・ステップ８４．２では、区域χがＡ、≦χ＜Ｂ。

の範囲にあれば、反射領域Ｇに対応する四部信号部分Ｇ
（χ）であることを判別し、ステップ８４．４にて閾値
Ｔ、をＴＨＬ３に対応づけ、上記範囲外であれば、反射
領域Ｐに対応する凸部信号部分Ｐ（χ）であることを判
別し、ステップ８４．５にて閾値Ｔ１．ＩをＴｌ４Ｐに
対応づける。

同様にステップＳ１．、では区域χがＡ；≦χくＢ、十
ｌの範囲であれば、ステップＳ１．４へ進み、その範囲
外であればステップＳ４．、へ進み、それぞれ２値化用
閾値Ｔ　１４　＋３１　Ｔ　ＨＰを対応づける。

上記ステップＳ、によって受光強度信号Ｅ（χ）の凹部
信号部分Ｇ（χ）及び凸部信号部分Ｐ（χ）に対応する
閾値が定まる。

ステップＳ、では、上記対応づけた２値化用閾値ＴＭｉ
ｗＴＭｐにより受光強度信号Ｅ（χ）を２値化する。即
ち、凹部信号部分Ｇ（χ）については閾値Ｔ　ＨＧで、
凸部信号部分Ｐ（χ）については閾値ＴＨＰでそれぞれ
２値化し、第３図に示すような２値化信号Ｈ（χ）を得
る。

ステップＳＧでは、位置演算回路１２に取り込んだ２値
化信号Ｈ（χ）の立上がり位置Ｃ及び立下がり位置りを
検索する。この検索は例えば２値化信号Ｈ（χ）の変化
率（ｄＨ（χ）／ｄ（χ）〕の正・負を判断することに
より実行される。この検索により７オトマスク１の反射
面１ａに対応する位置Ｍを演算するためのデータが得ら
れることになる。

ステップＳ７では、上記検索結果に基づいて、次式によ
り反射面１ａに対応する位置Ｍを演算する。

Ｍ＝（Ｃ＋Ｄ）／２　　　・・・（２）ステップＳ８で
は、上記位置信号Ｍに較正回路１３を介して所要の較正
処理をし、７オトマスク１の位置信号Ｘとして出力する
。

なお較正処理としては、例元は位置検υ°装置の初期設
定位置等に基づく補正処理等を含む。

次に本発明の別の演算処理方法を第５図に基づいて説明
する。

ただし、＠５図においてステップＳ、〜Ｓ、までと、ス
テップＳ８は基本的に第４図と同一であり、それについ
ての説明は省略する。即ち、第４図のステップＳ、、Ｓ
、に代えてステップＳ２．、を用いる。

このステップＳ９．１では、ステップＳ、で２値化した
信号Ｈ（χ）に対して、いわゆる図心を計算するための
次式により中心位置Ｍを求める。

ただし、χ３〜χ２は受光素子の有効な検出範囲として
定まる範囲であって、あらかじめ例えばステップＳｌに
て設定される。

ステップＳ？、ｌは、受光素子の出力信号Ｅ（χ）が当
該各素子の特性やノイズ等の影響を受けて不連続になる
こともあり、そのときは、２値化信号Ｈ（χ）も不連続
となり、前記第３図のようにＣ点及びＤ点が画一に定ま
るとは限らない場合を考慮したもので、かかる場合でも
、（３）式を用いることにより、確実に中心位置Ｍを定
めうる。

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
、基板平但度測定器、投影露光機、パターン測定装置、
オート７オーカス装置、一般の位置検出装置等にも用い
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、本発明の方法では、対象
物の測定対象面が反射率の異なる２８Ｉの反射領域を含
む場合でも、その受光強度分布に従う受光強度信号を、
上記反射率の異なる領域に対応づけた別々の閾値で２値
化し、その２値化信号に基づいて反射面対応位置を算定
するようにしたので、算定した位置が受光強度分布に関
係なくなり、前記従来の方法に比べて検出位置の精度を
一層向上させることができる。

【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図は本発明によ
る信号処理の別の実施例を示すフローチャート、第６図
は従来の位置検出装置の概要図、第７図は対象物である
フォトマスク表面のスポット状照明領域の拡大図、１５
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、　６・
・・充電変換素子（光電変換器）、　　１０・・・受光
信号区分は回路、　　１１・・・２値化回路、　　１２
・・・位置演算回路、Ｂ１・・・入射光ビーム、Ｂ２・・・反射光ビーム、Ｅ（χ）・・・受光強度信号、Ｇ・・・ガラス板の反射領域、Ｐ・・・パターンの反射領域、Ｔ　Ｈ＋３　、Ｔ１４Ｐ・・・２値化用悶値、Ｍ″・・
・反射面対応位置、Ｒ，・・・ガラス板の反射率、ＲＰ・・・パターン部分の反射率。特許出願人　　大日本スクリーン製造株式会社第５図第６図り第７図第８図

Claims

【特許請求の範囲】１、対象物に光ビームを入射させ、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
光位置に対応する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が反射率の異なる２種の反射領域を含み、各反射領域の反射率に対応する
２種の閾値を各反射領域に対応する２値化用閾値と規定
し、上記反射光ビームの受光中心位置を対象物の反射面
対応位置として規定し、受光信号を光電変換素子の各位
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、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出し、その受光強度信号を上記異
種の反射領域に対応づけて別々の２値化用閾値で２値化
し、その２値化信号に基づいて反射面対応位置を算定す
ることを特徴とする光学式位置検出方法