JPH01264219A - プロキシミテイ露光装置 - 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〕 本発明はマスクと基板の間に微小間＠をあけた状態でマ
スクパータを基板に転写するプロキシミテイ露光装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来のプロキシミテイおるいはコンタクト方式の露光装
置は、基板（あるいはウェハ）を載せるチャックを球面
座で受け、−度マスクに基板を押し付けてマスク面に基
板をなられして双方の相対する面を平行にしたのち、基
板を一定量下降させてプロキシミテイギャップを取＃）
Ｉ！光する方式である。しかしマスクおよび基板は一般
に厚さむらがらり、またその表面はミクロ的に見るとそ
りやりねシがあるから、したがって両者の間隙を一定に
しようとしても場所により間隙の異なった状態となり、
さらに間隙を狭くして行くと部分的に接触する状帖にな
る。

上記した状態を解消する１つの手段として考えられたの
が基板表面の平坦化である。その第１例として、特開昭
５７−８７１２９号に記載のようにウェハ表面の高さを
測定する測定器がウェハ上面に前進して測定し、その測
定結果によりチャック表面に配設されたノズルから空気
を吹き出してウェハ表面の平坦化を図る方式がある。し
かし本例はマスクの平坦度については論じられておらず
、ウェハ表面の平坦化のみに着目したものである。また
第２例として、特開昭５７−２０４５４７号に記載のよ
うにマスク表面およびウェハ表面をそれぞれ個別の装置
で測定し、マスク表面にならうようにウェハ表面を変形
されるものかあシ、本例はマスクとウェハの双方沈着目
してマスクを基準にギヤツノを均一化する方式である。

さらに第３例として、特開昭６０−１００００５号に記
載のように干渉縞を用いてマスクとウェハのギャップを
オンラインで計測して制御する方式が１、最も高い精度
での間隙設定が期待できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、第１例ではウェハ（基板）のみの平坦
化を行なうもので、マスクの平坦度が配慮されておらず
、双方の相対する面を全面にわたシ均−化して極微小な
間隙ｔ−段設定るのが難かしく、高精度のパターン転写
にはなお不十分な点がある。また第２例では上記の問題
点を解決すべく双方の平坦度を測定し、マスク表面に対
して基板表面をならすようＫしているので、双方の間隙
の均一度が向上して比較的高精度の間隙設定が可能とな
る。しかしながら第１にマスクと基板を別個の測定器で
測定しているため多少の誤差要因が含まれ、第２に実際
に間隙設定した後の具体的な間隙がどのようＫなってい
るかが把めず、第３に測定器あるいは基板が移動しなが
ら測定するため装置構成としてやや大型化しかつスルー
プットが低くなる傾向がある。さらに第３例では上記の
２例よりも高い精度での間隙設定が可能であるが、しか
し高精度で複雑な干渉縞発生器ｔ−設ける心安があるた
め、第１に装置構成が大型化し、第２に装置コストが高
くなる傾向になるなどの問題があった。

本発明の目的は、マスクの微細パターンを均一に基板に
転写するために、マスクと基板に微小間隙をおけた状態
で双方の平行度（間隙のばらつき）を測定して、基板表
面をマスク表面と平行かつ均一間隙になるように変形さ
せることが簡素な構成で低コストに可能となるプロキシ
ミテイ露光装置を提供するＫある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、マスクと基板に波長幅の狭い光を照射する
照明手段と、基板を固定してその表面の弾性変形が可能
な基板チャックと、上記照明手段により照射した光の基
板とマスクからの反射光を取り込む撮像手段と、その撮
像結果を画像処理して基板チャックの表面を変形させる
指令を出す演算・制御手段とを有するプロキシミテイ露
光装置であって、また上記照明手段はレジストを感光さ
せる露光波長をも有する露光照明装置の光路の途中にレ
ジストを感光させない波長のみを透過するフィルタを挿
脱可能な構成とすることのできるプロキシミテイ露光装
置により達成される。

〔作用〕

上記プロキシミテイ露光装置では、まず基板とマスクを
一定間隙まで接近させたのち、照明手段として例えば露
光照明装置に単波長透過用のフィルタを挿入することに
よシある波長幅△λの狭い波長λのみをマスクと基板の
全域に照射すると、ここでマスクと基板が平行でなけれ
ばマスクと基板の間隙ｄくλ２Ａλの関係を満足する場
合にマスクを透してマスクのパターン面と基板表面で反
射した光が干渉し合って干渉縞を発生し、この発生した
干渉縞を照明手段たとえば露光照明装置の光路の途中か
ら分岐した撮像手段により取り込み演算・制御手段で画
像処理してマスクと基板間の平行度を求めるが、ここで
干渉縞がλ／２毎に表われて干渉縞の本数から双方の平
行度が分かるが干渉縞１画像のみでは接近している個所
と離れている個所の区分けができないため干渉縞の位相
を変えながら干渉縞の変動方向を見ることで上記判別を
可能セし、このようにしてマスクと基板の平行度を演算
した結果を基に基板チャックに内蔵し九移動装置ｆｔ［
動して基板表面をマスクパターン面に平行になるように
変形させることにより、マスクと基板の平行度を双方を
相対させながら測定して制御するため高精度の平行度が
えられ、また照明手段として露光照明装置を用いること
により別個の干渉縞形成器を不要にできる。

〔実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図から第８図によ−り説明
する。

第１図は本発明によるプロ中シミティ露光装置の一実施
例を示す露光ステージ四ンの側面図である。第１図のプ
ロ中シミテイ露光装置（ＩＩ光ステーション）は、基板
１１に吸着する基板チャック２と、基板１にパターンを
転写する原版でおるマスク３と、マスク３と基板１に紫
外光を照射する露光照明装置（照明手段）４と、露光照
明装置４から反射光を分岐して干渉縞を映像化（２値化
）するＴＶ右カメラ撮像手段）５とモニタ６と、ＴＶ左
カメラの２値化した干渉縞からマスク３と基板１の平行
度（間隙のばらつき）を演算して基板チャック２を制御
する演算・制御装置（演算・制御手段）とから構成され
る。

上記基板チャック２の内部には基板チャック２表面を弾
性変形させるためにピエゾ素子（移動装置）８を複数本
配設し、かつ基板チャック２の下部には基板チャツク２
全体を上下移動させるために少なくとも３点で支持する
ピエゾ素子（移動装置）？ｔ−用いた上下機構（３点支
持移動機構）１０が設けられ、ピエゾ素子８．９はそれ
ぞれ駆動回路１１．１２と接続しておシ、上記演算・制
御装置７からの指令により駆動される。また上記露光照
明装置４は光源の水銀ランプ１３と、光源の大きさをあ
る程度大きくしてパターン転写特性をよくするための７
ライアイレンズ１４と、マスク３および基板ＩＫ照明光
を平行に照射するためのコリメータレンズ１５とから構
成され、これに照明光の照射をオンオフする開閉シャッ
タ１６と、照明光の波長のうちある設定した波長を透過
する干渉フィルタ１７ｔ−備えた測定シャッタ１８が設
置される。

第２図は第１図の露光照明装置４に通常用いられる光源
の水銀ラング１５の波長（ｎｍ）に対する相対強度（％
）を示す特性図である６通常用いられている基板１のレ
ジストは約４５０ｎｍ以下の波長に感光する。従ってマ
スク３と基板１の平行度を測定するために干渉縞を発生
させる波長としては第２図に示すｅ線の波長５４６ｎｒ
ｎまたはｄ線の波長５４６ｎｍを用いる。第３図は第１
図のマスク３と基板１の間隙と干渉縞が表われるピッチ
を示す概念図である。第３図に示すように干渉縞ＡＩ。

Ａ２．Ａ５は波長／２毎に表われるから、第２図のｅ線
の波長５４６ｎｍ　ｔ−用いた場合には約α２７μｍの
平行度の違い毎に表われることになる。なおマスク３と
基板１の平行度が設定前に比較的精度が出ていない場合
には干渉縞の密度が高くなって画像処理が難しくなるの
で、これに対してはｅ線とｄ線の２つの波長を用いると
波長同士の干渉も生じて約五８μｍの比較的粗い干渉縞
を得ることができる。ｔたこれを実現するためには干渉
フィルタ１７にｅ線およびｄｌｓｔ透過するものあるい
はｅ線板上の波長を透過するものを用いればよい。こう
した単波長を用いるか２波長を用いるかはマスク５と基
板１の当初の平行度と目標とする平行度をどこまでとす
るかによシ使い分けることが考えられるが、一般的には
制御開始時点では２波長を用いて粗平行出しをした後に
単波長を用いて高精度の平行出しをするのがよい。

第４図は第１図の基板１とマスク３の平行出しをして露
光するまでの動作を示すフローチャートである。まずス
テップ４ａで基板１を基板チャックｌｈＫローディング
する。つぎにステップ４ｂでマスク３を下降させて基板
１とマスク３０間隙が数１０ないし数１００μｍ程度に
なるように設定する。このとき基板チャック２とマスク
３を保持するホルダ（図示せず）はあらかじめ機械的に
平行度を出しておき、上記値程度の間隙に設定しても双
方が片当りしないようにする。なおここで干渉縞を発生
する間隙に設定する必要がらシ、干渉縞を発生するため
にはマスク５と基板１の間＠をｄ、波長をλ、波長幅Δ
λとして次式の関係がある。

ｄくλ２／Δλ　　　　　　　　　　　（１）従って第
２図のｅ線を用いる場合には波長λが約α５５μｍであ
って、波長幅Δλが１００５μｍとすると間＠ｄが約６
０μｍで干渉縞が発生する。さらに広い間隙で干渉縞を
発生させるためには透過する波長幅が狭い干渉フィルタ
１７を用いればよく、例えば波長幅Δλの０．００５μ
ｍを透過する干渉フィルタ１７を用いれは間ｌｉｄが約
１００μｍで干渉縞が発生する。つぎにステップ４０で
露光照明装置４内の干渉フィルタ１７を取り付けた測定
シャッタ１８を光路に挿入したのち、ステップ４ｄで開
閉シャッタ１６を開いて上記単波長あるいは２波長をマ
スク３および基板１に照射する。このマスク３のパター
ン面と基板１の表面から反射した反射光が干渉縞（第５
図）ｆｔ生じる。っぎのステップ４ｅでこの干渉縞を測
定シャッタ１８の前から光路を分岐してＴＶ左カメラに
取り込む、ここで上記の干渉縞（第３図）からは間１１
ｄが狭い方向か広い方向が判別できない。そこで第５図
のようＫして間隙の大小を判別可能くする。

第５図は第１図のマスク３と基板１の間隙の大小を干渉
縞の位相を変えて判別検定する方法を示す概念図である
。なおここでは説明上からマスク３は全くの平面であっ
て基板１に凹凸があるものとする。上記ステップ４ｅで
取り込んだ干渉縞は第５図の実線で示す干渉縞１．Ａ２
．Ａ３として表われ、この高さの差は上記２波長のｅ線
とｄｉを用いると五８μのである。ここで基板１の表面
の凹凸を判別するためには位相を変化させればよい。

そのためつぎのステップ４ｆで例えば干渉縞取込み回数
３回をチエツクし、ステップ４ｇで基板チャック２を移
動して基板１とマスク３の間ｉｔ変える。このようにし
て本実施例では基板チャック２を上下機構１０のピエゾ
素子９を微動させて行くと、取り込んだ３回の干渉縞の
実線の干渉縞ＡＩ、Ａ２．Ａ５と破線の干渉縞Ｂ１．Ｂ
２と１点鎖線の干渉縞ＣＩ　、Ｃ２から、図示のように
干渉縞がＡ１→Ｂ１→Ｃ１と広がって行く所が凸でおる
ことがわかる。このようにしてりぎのステップ４ｈでマ
スク３と基板１の全面にわたって平行度（間隙のばらつ
き）を演算・制御手段７で演算する。つぎにステップ４
ｉでこの演算結果を基に基板チャック２に内蔵したピエ
ゾ素子８ｆ：駆動回路１１で駆動させてマスク３の表面
に対して基板１の表面をなられせるように平行出しをす
る。第６図は第１図のマスク表面にならうように基板表
面を変形させて双方の間Ｓｔ一定にした平行出しの結果
の状態を示す側面図である０本実施例では第６図に示す
ようにマスク３がうねっていても、そのマスク３を基準
にして基板１０表面をなられすことが可能となって高精
度の平行出しができる６以上の動作でマスク５と基板１
の表面の平行出しが完了したが、この時点での双方の間
隙は始めの設定値の例えば６０〜１００μｍ程度である
。従って本実施例でパターンの解像力を上げるためには
マスク３と基板１表面をさらに近づけなければならない
。この課題を解決する方策の一つとして、本出願人がさ
きに出願した特開昭６２−６３４２６号に記載の露光装
置における２個の薄片状物体の具体的にはマスクとウェ
ハの非接触の間隙設定技術を応用できる。

そこで第７図のアライメント検出系を用いて第８図（ａ
）　、　（ｂ）　、　（ｏ）のようＫして次のステップ
４ｊで基板チャック２を上昇してプロキシミティギャッ
プの設定を行ない、つぎのステップ４にでマスク３と基
板１の相対合せ（アライメント）を行なう。

第７図は第１図にアライメント検出系を挿入した状相の
プロキシミティ露光装置を示す露光ステーションの斜視
図である。第７図（第１図）のマスク５と露光照明系（
露光照明装置）４の間にマスク３と基板１の位置合せを
行なうアライメント検出系２０が挿脱可能に構成される
。このアライメント検出系２０は対物レンズ２１と、検
出器２２と、検出照明系２３とから構成される。アライ
メント検出系２０はマスク３のターゲットマーク３り３
と基板１の微小間隙（プロキシミテイギャップ）を設定
する方法を示す原理図である。上記ステップ４１で双方
の面の平行出しは終了しているため、つぎのステップ４
ｊでアライメント検出系２０のどちらか１軸を用いて微
小間隙の設定を行なう。まず第８図（ａ）・舎書に側面
図で示すようにアライメント検出系２０の対物レンズ２
１を移動出器２２の画素に対する出力の特性図で示すよ
うに検出器２２の出力が最大となった点をみつければよ
い、ついで第８図（ｂ）のように設定したい微小間隙の
量だけ対物レンズ２１を下降させる。つぎに第８図（ｃ
）のようＫこの対物レンズ２１の合焦点位置に基板１の
表面（ターゲットマーク１−１）ｆ：合わせるべく基板
チャック２を上下機構１０のピエゾ素子９で上昇させる
。以上の動作でマスク３と基板１の高精度の微小間隙（
プロキシミテイギャップ）の設定が可能となる。そこで
次にステップ４にで上記アライメント検出系２０でマス
ク５と基板１の相対合せ（アライメント）を行なつたの
ち、つぎのステップ４１で測定シャッタ１８を開き基板
１のレジストが感光する第２図の４５０ｎｍ以下の紫外
光をマスク３および基板に照射して露光を行ない、ステ
ップ４ｍで開閉シャッタ１６を閉じて露光を完了する。

以上のように本実施例によれば、上記構成および制御動
作からマスク３と基板１の平行出しを双方を相対させて
測定および制御することで実行可能となり、また干渉縞
を用いることによυマスク３と基板１の全面にわたる高
精度の平行出しができ、かつ測定系として露光照明装置
４に干渉フィルタ１７とＴＶ左カメラの撮像手段金膜け
るだけで別個の干渉縞形成器を設ける必要がないため装
置構成も簡素化できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、基板とマスクを互いに整合して露光す
るプロキシミテイ露光装置において、マスクと基板に波
長幅の狭い光を照射する照明手段と、基板を固定してそ
の表面の弾性変形が可能な基板チャックと、上記照明手
段により照明した光の基板およびマスクからの反射光を
取り込む撮像手段と、その像を画像処理してマスクと基
板の平行度を演算するとともに該演算結果を基に基板チ
ャック表面を変形させる演算・制御手段とを備えたプロ
キシミテイ露光装置が提供される。また上記照明手段は
レジストを感光する波長をもつ露光照明装置であって、
その光路の途中にレジストを感光させない波長のみを通
過するフィルタを挿脱可能な構成としている。

上記構成のため、第１にマスクと基板の平行度を双方を
相対させながら測定および制御することが可能となり、
第２に光の干渉を利用することにより高精度の測定が可
能となシ、第３に基板チャック表面の弾性変形手段とし
てピエゾ素子を用いることによシ基板表面の微小変更が
可能であることからマスクと基板の高精度な平行出しと
間隙設定が可能となる。こうして高精度の平行出しが可
能になったことによシ、マスクと基板を極微小な間隙ま
で接近させることが可能になるから、マスクのパターン
を解像力および均一度よく転写しうる効果がアシ、さら
にマスクと基板を接触させないことが可能になったこと
により、マスクの寿命を長くしうる効果があシ、また基
板に塗布し之レジストの損傷もなくて高い歩留りの製品
がえられる効果がある。このように従来のプロキシミテ
イ方式の露光装置では実現が難かしかった高精度で高歩
留りの製品がえられて本方式の露光装置の適用範囲の拡
大ができ、かつ平行度の測定系として従来の露光照明装
置の一部を改造するだけでよく、別の測定系を用いない
ため装置全体の簡素化が可能となって装置コストの低減
もできる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプロキ７ミテイ露光装置の一実施
例を示す露光ステージ璽ンの側面図、第２図は第１図の
露光照明装置の光源の水鋏ランプの波長に対する相対強
度を示す特性図、第３図は第１図のマスクと基板の間隙
と干渉縞が表われるピッチを示す概念図、第４図は第１
図の基板とマスクの平行出しをして露光するまでの動作
を示すフローチャート、第５図は第１図のマスクと基板
の間隙の大小を干渉縞の位相を変えて検定する方法を示
す概念図、第６図は第１図のマスク表面にならうように
基板表面を変形させて平行出しした状態を示す側面図、
第７図は第１図にアライメント検出系を挿入した状態を
示す露光ステーションの斜視図、第８図→〒（転）〒榊
は第７図のマスクと基板の微小間隙を設定する方法を示
す原理図である。 １・・・基板、２・・・基板チャック、５・・・マスク
、４・・・露光照明装置ｔ（照明手段）、５・・・ｌ／
カメラ（撮像手段）、７・・・演算・制御装置（演算制
御手段）、８，９・・・ピエゾ素子（移動装置）、１０
・・・上下機構（５点支持移動機構）、１３・・・水銀
ランプ（光源）、１７・・・干渉フィルタ。 第２図 第３図 第４図 第５図 １・・づ［板 ｊ・−マス７ 第７図 第３図 杉ｌ器画東 料濾Ｓ画業 雑卸昏画業

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板とマスクを互いに整合して露光するプロキシミ
   テイ露光装置において、マスクと基板に波長幅の狭い光
   を照射する照明手段と、基板を固定してその表面の弾性
   変形が可能な基板チャックと、上記照明手段により照射
   した光の基板とマスクからの反射光を取り込む撮像手段
   と、その撮像結果を基に基板チャック表面を変形させる
   演算・制御手段とを有することを特徴とするプロキシミ
   テイ露光装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載のプロキシミテイ露光装
   置において、上記基板チャックは内部に複数個の移動装
   置を備えて基板チャック表面の弾性変形が可能に構成さ
   れ、かつ基板チャックの下部を少なくとも３点で支持さ
   れると共に各支持点が移動装置に支承されて独立または
   同時に移動可能に構成されることを特徴とするプロキシ
   ミテイ露光装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載のプロキシミテイ露光装
   置において、上記照明手段はレジストを感光させる露光
   波長をも有するものであって、その光路の途中にレジス
   トを感光させない波長のみを透過するフィルタを挿脱可
   能に構成されることを特徴とするプロキシミテイ露光装
   置。