JPH01285802A - Ｘ線マスクと被露光基板との間隙測定装置及び間隙測定方法 - 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） 本発明はＸ線マスクと被露光基板との間隙測定装置及び
間隙測定方法に関する。

（従来の技術） Ｘ線を用いて半導体集積回路等のパタンをＳｉウェハ等
の被露光基板上に塗布した感光性樹脂に転写するには、
Ｘ線を良好に透過するＳｉＮ、　ＢＮ、　ＳｉＣ等の薄
膜上に金、タングステン、タンタル、モリブデン等の重
金属を主成分とするＸ線吸収体で、パタンの形状を形成
したＸ線マスクを用いる。このようにして、Ｘ線マスク
を感光剤を塗布したＳ１ウエハ等の被露光基板上に近接
させて設置し、Ｘ線マスクを通してＸ線を照射すること
により、Ｘ線マスク上のパタンか感光剤に転写される。

この際、Ｘ線マスクと被露光基板との間隙は概ね数ｎ〜
１００ｎ程度の微細間隙である。パタンの転写精度はＸ
Ｍ！吸収体の裏側へのＸ線の回折量に左右されるため、
前記間隙は狭い程良いが、Ｘ線マスクと被露光基板カマ
゛接触すると、脆弱なＸ線マスクが破損するため、適当
な間隙にＸ線マスクと被露光基板とを正確に速く設定で
きるか否かがｎ光装置の性能を大きく左右する。

従来、Ｘ線マスクと被露光基板との間隙を設定するには
、Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｖａｃｕｕｍ　５ｃｉｅｎｃ
ｅ　ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢ３（６）、　Ｎｏｖ／Ｄｅ
ｃ　１９８５１５８１〜１５８５ベージＡ　５ｔｅｐ−
ａｎｄ−ｒｅｐｅａｔｘ−ｒａｙ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ　
ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｏ，５ｎｐａｔｔｅｒｎ　ｒｅ
ｐｌｉｃａｔｉｏｎに開示されているように、二重焦点
対物レンズによってＸ線マスクと被露光基板各々に付け
たマークを同時に拡大観察し、Ｘ線マスクと被露光基板
とが前記二重焦点対物レンズの二つの焦点にそれぞれ合
致するように、Ｘ線マスクと被露光基板′とを設定する
方法をとっていた。

また、特願昭５９〜２５４２４２号に開示されているよ
うに、回折格子によるギャップ制御法およびそれを用い
た位置合わせ制御法では、Ｘ線マスクや被露光基板に回
折格子を付けておき、Ｘ線マスクと被露光基板との間隙
に応じて回折光の強度や位相が変化することを利用して
間隙を測定し、Ｘ線マスクと被露光基板との間隙を設定
する方法もとられている。“ （発明が解決しようとする課題） しかし、上記の二重焦点対物レンズを用いる方法では、
対物レンズに固有の二つの焦点の間の距離は不変であり
、Ｘ線マスクと被露光基板との間隙は二つの焦点間の距
離に相当する所定の間隙にしか設定できない。また、Ｘ
線マスクおよび被露光基板が対物レンズの各焦点からず
れた位置にある場合、Ｘ線マスクおよび被露光基板はそ
れぞれどのような場所にあり、その相対間隙がどの位か
は、知ることができない。

一方、Ｘ線マスクに回折格子を入れておいてＸ線マスク
と被露光基板との間隙を測定する方法は、回折光の強度
信号や位相信号がＸ線マスクと被露光基板との間隙に応
じて周期的に変化するため、何らかの別の手段によって
Ｘ線マスクと被露光基板との間隙を測定し、回折光の強
度信号や位相信号の一周期に相当する間隙範囲内に予め
設定しておく必要がある。

また、回折光の強度信号や位相信号は前記の一周期内で
正弦波状に変化するため、検出しやすい間隙ど検出し２
にくい間隙が存在する。用いる回折格子のピッチを変え
れば、任意に検出しやすい間隙を選ぶことはできるが、
回折光の出る方向も変わるため、回折光の受光器の位置
を可変にしておかねばならない等、装置構成上困難な！
！題を生しる。

このような従来の技術では、Ｘ線マスクと被露光基板と
の任意の間隙を即座に自由に測定し、モニタすることは
不可能であった。

Ｘ線露光によってパタンを転写する場合、転写精度とＸ
線マスクの破損確立との兼合いから、必要なパタンの微
細度が得られる範囲で、Ｘ線マスクおよび被露光基板の
凹凸や反りに応じて、Ｘ線マスクと被露光基板とを両者
が接触しない間隙だけ十分能しておくことが望ましい。

しかしながら、上記のように、従来の装置では、Ｘ線マ
スクと被露光基板との間隙を即座かつ任意に常時測定す
ることが不可能なので、間隙を任意の間隙に自由に設定
することは非常に困難であった。

さらに、以上水した従来の装置では、Ｘ線マスクと被露
光基板の両方または片方に、観察用または回折光取得の
ための間隙設定用マークを予め設けておく必要があり、
間隙設定用マークが入らない場合はＸ線マスクと被露光
基板との間隙設定ができなかった。このため、間隙設定
用マークを露光に先立って予め作っておく工数が余分に
発生していた。

また、間隙測定のための検出を光学的な手段に１Ｖ、’
′１ｉ−ｉなっていイ）ｔ：　’ｄ、被露光基板に塗布
する前記１〆１１．慴樹脂や被露■−堪イ）・シト心こ
存在する場合のあイ）透明薄膜の嗅Ｆ！の相違ζこ間隙
の検出が影響を受は易く、露光により敞紹・ぐり二、・
を形成しまたりするのるこＶ適な膜厚を自由に選択てき
ない欠点もあった。

（課題を解決する／ニーぬの手Ｄ） ト発明は、上記（７）問題を解ｆｋするため、Ｘ線マス
ク（と被露光苓Ｉルー１りｉ５接させて設置する下段と
、Ｘ線−１゛スクのＸ線透過性）Ｗ膜上のＸ線吸収体と
の間の静電容量の大きさを検出してＸ線マス７′・との
間のか離を測定する第１ｒ７＞セン４子−（以）、第１
の静電容量式ギャノで゛ｔ：ンサＬ呼ふ。）５と、前記
被露光基板の表面位万々の間の静電容量の大きさを検出
（−１て前記被露光基板との間の距離を測定する第２の
セン升（ｉ＞ｔ　）、第２の静電容量式ギャソプセ：′
ＪＪ−１七呼ぶ。）、とを見儒したことを特（牧とする
間隙測定方法及び前記第１．第２の静電容楢弐ギｉ・・
ゴー←〕・′叶４こよｉ）測定したギ１記距離から、前
記Ｘ線−パスークと前記被露光基板１Ｌの間の間隙を測
定するようにしたことを特徴とする間隙測定方法を要旨
とする。

（作用） 本発明は前記構成により、第１および第２の静電容量式
ギヤップセンサは、前記Ｘ線マスクおよび被露光基板に
何等のマークを設けることなく、かつ、被露光基板上に
塗布する感光性樹脂や被露光基板上に存在する透明薄膜
の膜厚に何等影響されることなく、Ｘ線マスクと被露光
基板との間の間隙の絶対的な値を、Ｘ線露光によりバタ
ン形成を行なう際に必要な精度で、即座に測定可能とす
る。

（実施例） 本発明の実施例について説明する。なお、実施例は一つ
の例示であって、本発明の精神を逸脱しない範囲で、種
々の変更あるいは改良を行いうろことは言うまでもない
。

第１図は、本発明の実施例の構成図であり、１はＸ線マ
スク、２はＸ線透過性ｉ！膜、１′（はＸ線吸収体、４
は第１の静電容量式ギヤップセンサ、５は第２の静電容
量式ギヤ、ブセンサ、６は被露光基板、７はＸ線透過性
薄膜の存在する窓部、８はＸ線透過性薄膜上にＸ線吸収
体が存在する窓部、１〕は露光するためのＸ線吸収体バ
タン、１０は露光−４６だめのＸ線吸収体バタンか載っ
たＸ線透過性薄膜の存在する窓部である。

Ｘ線マスク１の非導電性のＸ線透過性薄膜２上のＸ線吸
収体３が存在し７ない部分に、導電性の被測定物とセン
サ・＼・７・ドとの間の静電容量の変化を検出して、被
測定物のセンサ・＼ノドに対する相対間隙を測定する第
１の静電容量式ギャンプセンザ１１を設置し、Ｘ線マス
ク１のＸ線透過性薄膜２上（Ｘ線透過性薄膜２の表面又
は裏面）のＸ線吸収体３が存在する部分にも第１の静電
容量式ギヤンプセンサ４とは別の第２の静電容量式ギヤ
７・ブセン４）５を設置する８ごれ等ギヤノプセンザは
Ｘ線マスク側に支持具を用いて取りイ」けられている。

静電容量式ギヤ・、・ブセン４［としては、具体的には
、米国［、ＩＯＮ　　１ｌＲＥＣＩＳＩＯＮ社製、Ｎｏ
ｎ−Ｃ。

ｎｔａｃｔ、　Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　Ｄｉｓｐｌａ（
、ｅｍｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｄｕ＋、ｅｒ　ＰＸタイプ、
フズトニクス社製、静電容量式変位センサ、プローブＴ
ＭＰ型、米国ＡＤＥ社、ＭＩＣＩで（−）ＳＥＮＳＥ等
が使用できる。

上記の各静電容量式ギャップセンサは、測定対象物の表
面に数１００Å以上の導電膜が付着していれば、例えば
石英のような絶縁体でも測定可能である。もちろん、導
電製物体が対象物であっても良いことは言うまでもない
。また、シリコン。

ゲルマニウム、ガリウム砒素等の−Ｓに半導体と称され
る対象物も導電体と見なセ、測定可能である。

Ｘ線吸収体３は、金、タングステン、タンタル。

モリブデン等の重金属が主成分で導電体であり、また、
被露光基板６もシリコン、ゲルマニウム。

ガリウム砒素等の半導体であるため、上記のような状態
に第１および第２の静電容量式ギャップセンサ４および
５を設置して、Ｘ線マスクと被露光基板とを近接させた
場合、第１の静電容量式ギヤップセンサ４は、非導電性
のＸ線透過性薄膜２を通し２て導電性の被露光基板〔３
の表面の位置を検出し、第２の静電容量式ギヤノブセン
サ５は非導電性のＸ線透過性薄膜２の表面または裏面に
存在するＸ線吸収体３の位置を検出する。

第１．第２の静電容量式ギャップセンサ４，５とも、対
象物との間隙検出に何等のマークを必要としない。

非導電性のＸ線透過性薄膜２はＸ線透過率を確保するた
め、一般に１〜３μ層程度の非常に薄い膜であり、第１
の静電容量式ギャップセンサ４の検出値はほとんどその
影響を受けない。該静電容量式ギヤンプセンサは、セン
サ先端と被測定物とを１００μｍ〜１１程度以上離して
測定するようにできているので、静電容量式ギヤンブセ
ンサの先端と被測定物との間の空気、ヘリウム、真空空
間等の媒体の厚さで静電容量が決まるためである。非導
電性のＸ線透過性薄膜２が例えば１０ｎ重程度以−Ｌと
厚い時には、非導電性のＸ線透過性薄膜２の厚さと誘電
率を考慮して、第１の静電容量式ギャップセンサ４の測
定値を補正すれば良い。

被露光基板６の表面には、Ｘ線に感度を有する感光性樹
脂が塗布され、感光剤は一般に非導電性である。また、
５ｉＯｚ、　５ｉＪｎ　、　　りんシリケ〜トガラス等
の非導電膜が存在する場合もある。しかし、これらの薄
膜の存在は前記の非導電性のＸ線透過性薄膜２と同様で
あり、はとんど影響はない。

また、従来の装置のように被露光基板〔ｊ上に塗布する
感光性樹脂や被露光基板０の表面の透明薄膜の膜厚に間
隙測定が影響を受けることもない。

なお、被露光基Ｆｉ、６が、導電性の顕著゛に悪い半導
体の場合は、第１の静電容量式ギャップセン４）４の測
定値が、対象を良導電体とする場合と若干変わる。この
ような場合は被露光基板６およびその表面に存在９′る
薄膜の材質に応して第１の静電容量式ギャップセンサ４
を較正しておけば良い。

一方、Ｘ線マスク１と被露光基板６とが接近して、Ｘ線
吸収体３の後側に被露光基板６があっても、第２の静電
容量式ギャップセン４Ｊ５の検出値は影響を受けない。

また、Ｘ線透過性薄膜２の裏側、すなわちＸ線透過性薄
膜２の第２の静電容量式ギャンプセンサ５と反対側にＸ
線吸収体が存在する場合も、第１の静電容量式ギャンプ
センザ４の場合と同様、Ｘ線透過性情Ｍ２の影響はほと
んどなく、最悪でも測定値を若干補正すれば良い。

以」二説明したように、第１の静電容量式ギャップセン
サ４は、非導電性のＸ線透過性薄膜２を通して導電性の
被露光基板６の表面の位置を検出し、第２の静電容量式
ギヤンプセンサ５は非導電性のＸ線透過性薄膜２の表面
または裏面に存在するＸ線吸収体３の位置を検出するの
で、第１の静電容量式ギャップセンサ４と第２の静電容
量式ギャップセンサ５との間隙測定値を比較してその差
をとれば、Ｘ線マスク１と被露光基板６との近接間隙を
正確に測定することができる。

米国ＬＩＯＮ　　ＰＲＥＣｆＳＩＯＮ社製、Ｎｏｎ−Ｃ
ｏｎｔａｃｔ、　　Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　　Ｄｉｓｐ
ｌａｃｅｍｅｎｔ　　ＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＰＸ−３０
５Ｈ５Ｍ型を用いて実験した結果、Ｘ線マスク１のＸ線
吸収体３および被露光基板６の表面の位置は、０．０２
ｎの分解能で測定可能であり、再現性や経時的安定性を
考慮しても±０．２　ミクロンの精度で、Ｘ線マスク１
と被露光基板６との近接間隙が測定可能であることがわ
かった。

Ｘ＆ＩＪｌ露光に、トる・イタン形成時に要求されるＸ
線マスク１と被露光基板６との近接間隙の測定精度は０
．５〜２ｐ程度であるので、本発明により十分の測定が
可能Ｃある　前記センサの測定範囲は、±１３０ｎであ
るが、測定範囲がより狭い適当なセンサを選択すれば、
さらに高精度な測定も可能である。

第１の静電容量式ギャップセンサ４および第２の静電容
量式ギャップセンサ５をおのおの３個づつ付けてＸ線マ
スクと被露光基板との近接間隙を３点で測定し、Ｘ線マ
スク１側か被露光基板６側の少なくとも一方に間隙およ
び傾斜角を調整する機構（図示していない。）を付けれ
ば、平行度も含めてＸ線マスク１と被露光基板６との近
接間隙を測定することができる。

この場合、第１図では、第１および第２の静電容量式ギ
ャップセンサ４，５の位置に対応して非導電性のＸ線透
過性薄膜２の存在する窓部７またはＸ線透過性薄膜２上
にＸ線吸収体３が存在する窓部８を、露光するためのＸ
線吸収体バタン９が載ったＸ線透過性菌１１！ａ２の存
在する窓部１０のまわりに設けたが、第１および第２の
静電容量式ギャンブセンサ４．５の存在する領域全体を
窓部としても良い。

第２閲および第３ズに、静電容量式ギヤップセンザの配
置例を示す。第２図および第３図は、Ｘ線−７スク１と
被露光基板６とが近接状態にあってＸ線マスク側から第
１および第２の静電容量式ギャップセンサ４．５を配置
した状態を、第１および第２の静電容量式キャンプセン
サ４．５．被露光基板６．Ｘ線マスク１を重ねて見て描
いである。

図中、１１が薄膜窓部、１２はＸ線マスクの外縁である
。

第２図は、露光するためのｘｌ吸収体パタン９のまわり
に第１の静電容量式ギヤップセンザ４と第２の静電容に
式ギヤンブセンサ５とを同心円状に交互に配置したもの
であり、第３図は、露光するためのＸ線吸収体バタン９
のまわりに第１の静電容量式ギヤノブセンサ４と第２の
静電容量式ギャップセンサ５とを放射状に配置したもの
である。

第３図の場合、第１の静電容量式ギャップセンサ４と第
２の静電容量代ギャップセンサ５とはどちらが内側にき
てもよいことは言うまでもない。

第１図のように各静電容量式ギャップセンサごとに窓部
を設ける場合でも、第２図に類似させて露光するための
Ｘ線吸収体バタンのまわりに第１の静電容量式ギャップ
センサ４と第２の静電容量式ギャップセンサ５とを同心
円状に交互に配置したり、第３図に類似させて露光する
ためのＸ線吸収体バタンのまわりに第１の静電容量式ギ
ャップセンサ４と第２の静電容量式ギヤツブセンサ５と
を放射状に配置したりすることができる。

かかる同心円状または放射状いずれかの配置をとって、
Ｘ線マスク１の中心に露光すべきｘｌ吸収体バタンを配
置すると、Ｘ線マスク１と被露光基板６との平行化や間
隙設定のアルゴリズムが容易になる。

もちろん、Ｘ線マスク１側または被露光基板６例の間隙
と傾斜角の調整機構が、かくして測定ずる間隙測定値に
基づいて、コンピュータ等を用いて目標値に向けて自動
制御して動かせる場合は、第１および第２の静電容量式
ギャップセンサ４゜５をかかる規則的な配置にせず任意
の配置としても、容易にＸ線マスク１と被露光基板６と
の平行化や間隙設定を行なうことができる。

なお、窓の開は方は、静電容量式ギャップセンサごとに
個々に開ける場合（第１図）と一つ大きな窓を開ける場
合（第２図、第３図）を示したが、これらのほか、静電
容量式ギャップセンサの配置に応じて任意に開けて良い
ことは明らかであろう。

静電容量式ギャップセンサの必要個数は、Ｘ線゛７スク
１と被露光基板６とが予め何らかの別の手段でほぼ平行
に設定され、Ｘ線マスク１と被露光基板６との平均的な
間隙だけを測定する場合は、第１の静電容量代ギャップ
センサ４および第２の静電容量式ギャップセンサ５とは
それぞれ１個づつで良く、Ｘ線マスク１や被露光基板６
の凹凸等を考慮して間隙の平均値をより良く測定するた
めに第１の静電容置式ギヤ・ノブセンサ４および第２の
静電容量式ギャップセンサ５とをそれぞれ４個以上づつ
用いても良い。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、Ｘ線マスクと被露光基板
双方の表面の位置を常時正確に検出できるので、その差
からＸ線マスクと被露光基板との間隙を常時モニタする
ことができる。したがって、Ｘ線マスクと被露光基板の
少なくとも一方の側に間隙調整機構を設ければ、任意の
間隙にＸ線マスクと被露光基板とを設定することができ
る。

また、３点以上でＸ線マスクと被露光基板の間隙を測定
し、Ｘ線マスクと被露光基板の少なくとも一方の側に間
隙と傾斜角の調整機構を設ければ、平行度も含めてＸ線
マスクと被露光基板の間隙を設定することができる。

間隙の設定は、静電容量式ギャップセンサの測定範囲内
で任意に可能であり、バタンの微細度や、Ｘ線マスクや
被露光基板の反り方等に応じて自由に間隙を選べるよう
にすることができる。間隙の測定精度と必要な測定範囲
に応じて静電容量式ギャノブセン４．１を選択すれば、
高精度の間隙測定も広範囲の間隙測定も可能である。

また、Ｘ線マスクと被露光基板との間隙を常時モニタで
きる初点を生かして、露光時間が長い場合等、露光中、
Ｘ線マスクと被露光基板との間隙がドリフトして行かな
いように間隙を制御することもできる。

さらに、本発明によれば、Ｘ線マスクと被露光基板の間
隙を測定するのに、Ｘ線マスクと被露光基板とも間隙測
定用に何等のマークを設けておく必要がない。このため
、従来必要だった露光前の間隙測定用マークの形成が不
要であり、露光を行なうための準備り数を大幅に削減す
ることができる。

被露光基板表面に存在する透明薄膜や塗布する感光性樹
脂の厚さに測定が影響されることがないので、その膜厚
を自由に選定することも可能となる。

本発明は、電子線、す】起型ｘｖＡｓ、プラズマＸ線源
等のＸ線源を用いるＸ線露光装置に使用できる他、シン
クロｌ−１：Ｉ　’、／放射光を用いる露光装置にも使
用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は本発明の他
の実施例の平面投影図、第３図は本発明の他の実施例の
平面投影図である。 １・・・・Ｘ線マスク ２・・・・Ｘ線透過性薄膜 ３・・・・Ｘ線吸収体 ４・・・・第１の静電容量式ギャンプセンリ５・・・・
第２の静電容量式ギャップセンサ６・・・・被露光基板 ７・・・・Ｘｔａ透過性薄膜の存在する窓部８・・・・
Ｘ線透過性薄膜十にＸ線吸収体が存在する窓部 ９・・・・露光するだめのＸ線吸収体パタン１０・・・
・露光するためのＸ線吸収体パタンが載ったＸｖＡ透過
透過膜薄膜在す“る窓部１１・・・・薄膜窓部の境弄 １２・・・・Ｘ線マスクの夕（縁

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｘ線透過性薄膜上にＸ線吸収体を配した構成を有
   するＸ線マスクと被露光基板とを近接させて設置する手
   段と、前記Ｘ線吸収体との間の静電容量の大きさを検出
   して前記Ｘ線マスクとの間の距離を測定する第１のセン
   サと、前記被露光基板の表面位置との間の静電容量の大
   きさを検出して前記被露光基板との間の距離を測定する
   第２のセンサとを具備したことを特徴とするＸ線マスク
   と被露光基板との間隙測定装置。
2. （２）Ｘ線マスクの非導電性のＸ線透過性薄膜上に導電
   性のＸ線吸収体を配した第１の領域と、導電性のＸ線吸
   収体を配さない第２の領域を形成しておき、前記Ｘ線マ
   スクと被露光基板とを近接させて配置し、第１のセンサ
   により前記Ｘ線マスクの前記第１の領域と当該第１のセ
   ンサとの間の静電容量の大きさを検出して前記Ｘ線マス
   クと当該第１のセンサとの間の距離を測定し、第２のセ
   ンサにより、前記Ｘ線マスクの前記第２の領域を通して
   前記被露光基板の表面と当該第２のセンサとの間の静電
   容量の大きさを検出して前記被露光基板の表面と当該第
   ２のセンサとの間の距離を測定し、前記第１および第２
   のセンサにより測定した距離から、前記Ｘ線マスクと前
   記被露光基板表面との間の間隙を測定するようにしたこ
   とを特徴とするＸ線マスクと被露光基板との間隙測定方
   法。