JPH0338024A

JPH0338024A - 基板露光装置におけるギャップ制御方法

Info

Publication number: JPH0338024A
Application number: JP1173489A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Yoshitake; 吉竹　弘
Original assignee: Hitachi Electronics Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1989-07-05
Filing date: 1989-07-05
Publication date: 1991-02-19
Anticipated expiration: 2013-03-04
Also published as: JP2720202B2

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、基板露光装置におけるギャップ制御方法に
関し、詐しくは厚さにムラがある被露光基板をマスク板
に対して最適な位置に設定するための制御方法に関する
ものである。

［従来の技術］半導体ＩＣの製造においてはマスク板を原盤として、こ
れに描かれた配線パターンが露光装置により基板に露光
される。露光方式には投影方式と密着方式があり、後者
においてはパターンが１：ｌに転写される。ただし、密
着ではマスクにキズなどが生ずるので、マスクと堰板の
間を狭いギャップとするプロキシミティ（近接）露光が
主に行われている。この場合、ギャップに不整があると
露光の焦点がボケるので、露光範囲の全面に渡ってこれ
を所定のプロキシミティ・ギャップに制御し、両者をＩ
Ｅ＃に平行とすることが必要である。

従来においては、ギャップ制御用の光学系を設けて縞パ
ターンを投影し、これに対するマスク板と基板の双方に
設けられた反射膜の反射光より縞パターンを受光し、そ
のコントラストを検出して光学系を合メムして平行とす
る方法が行われている。

第４図（ａ）、（ｂ）および（ｃ）により、ヒ３己のギ
ャップ制御方ｌ去を説明する。図（ａ）において、マス
ク板ｌは所定の位置に固定され、これに対する被露光基
板２は載置−ｆ７４に載置される。載置台４はＺ移動機
構５により−Ｌド方向に移動し、基板２がマスク１に対
して所定の位置に停止する。ただしこれだけでは１４者
は正確に・Ｖ行していない。そこで、３組の光学系３を
マスクｌおよび基板２の図ボのような対称的な３点に対
応して設ける。各光学系３の測定光により、縞パターン
板３ａの縞パターンが対物レンズ３ｂによりマスク板ｌ
に設けられた反射膜１ａに投影される。その反射光は対
物レンズａｂ、ｖ像レンズ３Ｃによりイメージセンサ３
ｄに縞パターンが：４投影される。図（ｂ）は縞パター
ン板３ａを不すもので、適当なＩすさの透明板の表Ｉｆ
■と裏面に一定の間隔で不透明な縞Ｎを、交ｌｌ：に作
る。間車のＴは透明部分である。これに対して平行な測
定光りを照射すると、対物レンズ３ｂがマスク板１に合
焦していないときは、表面側とｇ４血側の縞パターンの
コントラストが異なり、合焦したときは両者が均・のコ
ントラストとなるので、これを検出して対物レンズ３ｂ
または被照射体の位置を制御して合焦がなされるもので
ある。

第４図（Ｃ）によりギャップ制御の丁・順を説明する。

まず、マスク板ｌの反射Ｊｌｉ　１　ａに対して合焦す
るように各対物レンズ３ｂが調整され、ついでこれらを
所定のプロキシミティ・ギヤツブｇづつ下降する。これ
に対してＺ移動機構５により！１ｉｉｆｆ台４を所定の
位置までヒ昇する。ただし、この状態では基板表面はマ
スク板１に対して１１・、確に・１ｉ、行していない。

そこで、基板２の表面に設けられた反射Ｈ２ａに縞パタ
ーンを投影し、３組のチルト機横６によりａ置台４の作
用点を矢印ｚｌ”’＝ｚ３にノ１キすト、ドに微動し、
各イメージセンサ３ｄの縞パターンを合焦させる。これ
によりマスク板１と基板２の間は金高に渡って・Ｖ行な
所定のプロキ／ミティ・ギヤノブｇとされ、別途の露光
光？系により露光が行われるものである。

［解決しようとする課題］以ヒのギャップ制御方法においては、基板２の厚さｄが
全面に渡って均一であることが条件とされる。しかしな
がら、実際のＩ′、［さには微小であるが不均一があり
表面が曲面をなしているので、初度の高い合焦を行うた
めには４−、記の制御方法ではネト分である。これを第
５図により説明する。図において、各対物レンズ３ｂの
焦点は水平のマスク板ｌに平行しているので、チルト機
構により載ｉＱ台を移動しても１１１面の全体に対して
合焦することができない。従って、露光に際して部分的
にツム点ボケが発生する。この場合、例えば全面のＪｏ
）さに対する平均値を利用しても、平行出しをｉＥ確に
行うことは原ＦＩＬ−，困難である。これに対してイ１
効な解決方法が必要とされている。

この発明は以りの問題を解決するためになされたもので
、Ｉ’／さにムラがある透明な被検杏Ｊｌ（板のＬ側表
面を、マスクに対して最適な状態に設定するギャップ制
御方η、を提供することを目的とするものである。

［、！！題をＭ決するための手段］この発明は、水・Ｖな載置台に載置された透光ｅＬの被
露光基板に対してギヤ、１プをなしてマスク板を重ね合
わせ、該マスク板の３点に対して３組の光学系をそれぞ
れ合焦させた後、各光学系の対物レンズをギャップに相
当する距離だけ下降し、載置台を３組のチルト機構によ
り上またはドカ向に微小移動することにより、各光学系
を基板の１−、側表面に合焦させてマスク板と基板間を
平行な所定のプロキシミティ・ギャップとする露光装置
におけるギャップ制御方法である。

この発明においては厚さにムラのある基板を対象とし、
まず、厚さ測定器により上記の対称的な３点を含む適当
な複数の測定点における基板のＩｒＪ。

さを１１１ＩＩ定し、この厚さデータによりＪＩ板のＬ
側表血のなす油面に対する回帰平面式を求める。上記の
３点に対する厚さの測定値と、同＄Ｊ−１’而式による
１１さの１ｊ１算値とのＸ”分を算出する。次に、３組
の対物レンズをマスク板に合焦した後、磯差分をそれぞ
れオフセットしてプロキシミティ・ギャップにづつそれ
ぞれ下降する。また、各チルト機構の作用点における。

ｔ、記［！！！Ｉ　Ｎ−Ｆ、血式による厚さの計算値を
各チルトａ横にオフセットする。オフ計算値を該各チル
ト機構により回Ｍ　＝Ｖ、而がマスク板に対して平行と
なり、この状態で２移動機構により載置台を所定の距離
だけヒ昇してＪＡ板に対する合焦の確認を行う。

上記の複数の測定点の座標を［ｘｌ、ｙｌｌ、各座標に
おけるＪλ板の厚さの測定値をｄｌとし、（Ｘｌ、Ｖ　
ｌ、ｄ　ｉ）に対する平均値（ｘ’　＋　　Ｙ’　　ｄ
’　　）より、最小自乗法によりＸ軸およびＹ軸に対す
る傾斜係数ａ＋ｂを所定の方程式：％式％）（１）をし記回帰・「内式とするものである。

［作用］まず、この発明における回帰平面について第１図を参照
して説明する。厚さ測定器により被測定物を測定した場
合、各測定点ｐｓに対する厚さｄが変化して曲線Ｒをな
すとする。いまｒｌｌ＋線Ｒを１本の直線で近似させる
場合、最も良）ｒな近似を、１ミすものがＩＣｊＩ帰直
線Ｑである。回勾直１ｉｕＱはこれかえられたと仮定し
、これと各測定点ｐｓにおけるＪ’／Ｌさの測定データ
との差δｄｓの１１乗の総和が最小となる条件（Ａ＆小
１１乗法）により求められる。

さらに測定点ｐｓが２次元に分相している場合は、上記
の回帰直１ｉｉＱに代わって回★１１〜Ｖ而Ｑ′となる
もので、その誘導法はよく知られている。

第２図（ａ）はこの発明によるギャップ制御方法におけ
る回Ｓａ・１面を説明するもので、載置台に載１ｄされ
た被露光基板２にはｊ「ｌさｄにムラがあり、そのＬ側
表面２ｂが曲面をなす。ここでは、例として３組の光学
系が対応する点をｐｌ、ｐ２．ｐｓとし、これらを含む
ｐｏ−ｐ４を測定点とする。

８測定点の座標をそれぞれ［ｘｌ、ｙｌｌ　（ｉ　＝　
１〜４）、谷胤標における厚さの測定データをｄｌとし
、（Ｘ　１．ｙｌ、ｄ　ｌ）に対するそれぞれの゛Ｖ均
植（ｘ’　、ｙ’　＋　ｄ’　）を求めると、同＊ｊ−
ｒ’、面Ｑ′のノｊ稈式は工い１）により表される〇ｄ−ｄ″　＝ａ　　（ｘ−ｘ　　　）＋ｂ　　（Ｆ−Ｙ
’　　）・・・・・・（１）ここで、ａ＋ｂはそれぞれＸ軸およびＹ軸に対する間知
）Ｖ而の傾斜係数であり、次の各式より求められる。

ａ　＝　［５ＸＺＳＹＹ　−５ＹＺＳＸＹＩ＋［５ＸＸ
ＳＹＹ−８ＸＹ２］　　　　−−−−−−（２）ｂ　＝
　［Ｓ　ＹＺＳ　ＸＺ−Ｓ　ＸＺＳ　ＸＹ］＋［５ＸＸ
ＳＹＹ−８ＸＹ２］　　　　−−−−−−（３）ここで
各Ｓは、５ＸＸ＝Σ（ｘｉ　−ｘ’　）２ＳＸＹ＝Σ（ＸＩ　−Ｘ’　）（１−Ｙ’　　）ＳＹＹ
＝Σ（ｙｌ−ｙ’　　）２ＳＸＺ＝Σ（ｘｉ　−ｘ’　）（ｚｌ　−ｚ’　　）Ｓ
ＹＺ＝Σ（ｙ　　−ｙ′）（ｚｌ　−ｚ’　　）・・・
・・・（４）であり、Σはｉについての総和をｊトシ、各式の数（Ｉ
Ｉ’（演３７はマイクロプロセノサにより容８に実行す
ることができる。

次に、第２図（ｂ）におい゛〔，３組の光・７系に対応
する３点（ｐｔ　、　　ｐ２．　　ｐ３）における、ノ
人板の厚さの測定値と回帰甲面式の計算値のえ分δｐｌ
、δ９２．δｐ３が求められ、また載置台に対するチル
ト機構の作用点ｔｘ　　ｔ２１　　ｔ、３の序標より、
これら点における回帰＝Ｖ、面式の計η、値ｄｔｌ。

ｄｔ２．ｄｔ３が求められる。

以しにおいて、測定点を５点としたが、測定点をこれよ
り多くとることにより近似が向ヒするが、基板の厚さム
ラはそれほど大きくないので、Ｅ記の５点でト分である
。

さて、ギャップ制御においては、まずマスク板に対して
３組の光学系が縞パターン法により合焦される。ついで
、各対物レンズに対してＥ記の差分δｐ１・・・をそれ
ぞれオフセットしてプロキシミティ・ギヤツブ鼠だけそ
れぞれ下降する。一方、各チルト機構に対して上記の回
帰車面の厚さｄｔｌ・・・をオフセーフ卜すると、第２
図（Ｃ）のように載置台４が回帰甲面Ｑ′の傾斜と逆方
同に傾斜してマスク板ｌと回帰平面Ｑ′とが平行となる
。この状態でＺ移動機構により４ａｉｉｉ１７台４の全
体を所定の。

相離だけＬＨすると、マスク板１に対する回ｔｈＩ）平
面Ｑ′のプロキシミティ・ギヤツブｇが全面で一定とな
り、基板の曲面２ａがマスク板１に対してＡ＆適な状態
となされる。この状態において、】、（板の反射膜２ａ
に対して各光学系により合焦が確認されるが、各対物レ
ンズはト記によりオフセットされているので、通常では
このままで合焦している筈である。もし合焦が不良であ
ればＥ記の１順を１１「度行う。以上により平行出しが
終ｒし、この状態に対して別途露光光？系による露光が
行われる。

なお以上における光学系の合焦に対する対物レンズの移
動制御は、図不しない制御機構によりｌ’１動化されて
いる。また、マスク板と基板の反射膜を省略し、それぞ
れの素地に対して直接的に合焦する方法がこの発明の発
明者゛により提案されて特許出願されているが、これに
対してもヒ記の制御方法は適用できるものである。

［実施例］第３図はこの発明による基板露光装置におけるギャップ
制御方法の実施例に対するｆｉｌｌａＦ、順を小すフロ
ーチャートである。まず〃さｉｎ定器により、ＪＪ板の
５点における厚さが測定され■、測定データより回帰平
面式が算出される■。これより光′？系の対すする３点
における測定値とｌｉ−＋Ｊ帰平面の厚さの差分δｐ１
〜δｐ３対物レンズのオフセットｆ、ａｔ）と、各チル
ト機構の作用点における回帰・Ｖ而の厚さｄｔ　ｓ　−
ｄｔ　ａ　　（チルト機構のオフセット臘）が計算され
る■、■。次に、マスク板に対する各光学系の合焦が行
われ０１ついで各対物レンズに対して差分δｐ１〜δｐ
３がオフセットされてプロキシミティ・ギヤツブｇづつ
下降する■。

■。　・方、各チルト機構に対してオフセット１Ｊｄｔ
ｌ−ｃｔｔ３を与えてａ置台をＬド方向に微小移動し、
マスク板に対して回帰車面が・ＰＪ’ｊとされる■。こ
の状態でＺ移動機構により載置台をＬＨするとマスク板
に対して回帰・Ｙ而がプロキシミティ・ギヤノブｇまで
接近し、基板の表面がマスク板に対して最適の状態とな
る■。これに対してＪ、を板表血の合焦を縞パターンに
より確認し［相］、結里を判定■して真紅であれば終ｒ
する［相］。異常があればチルト機構により再調整［相
］してルーチンは［相］に戻って再確認される。

［発明の効果］以上の説明により明らかなように、この発明によるギャ
ップ制御方法においては、被露光基板の枚数の測定点に
対する淳さの測定データより、基板の上側表面のなす＋
ｌｂ而に対して最適に近似する回帰車面を算出し、チル
ト機構に回帰車面の計算値をオフセットして回虫−・Ｖ
而をマスク板に対して・１行としたＬで、Ｚ移動機構に
よりＭｆｆｆ台を１ユ界し、マスク板に対して回帰車面
をプロキシミティ・ギヤ・ソプまで接近して）Ａ板に面
を最適の状態とする。さらにこれを光学系の合焦により
確認するもので、マスク板と基板の反射膜の（４′廁に
拘らず適用され、ＰＩさにムラのある被露光基板に対す
るブローキシミティ・ギャップの：＋Ｓ御方法として優
れた１段を堤供するものである。

４、関西の面Ｉｌｌな説明第１図は、同も１ｈＩ″［ｌ３ｉｌとｌＩ’ｉｌも−・
１１而の一般的な説明図、第２図（ａ）、（ｂ）および
（ｃ）は、この発明にょるＪ、！；板本露光装置おける
ギャップ制御方法に対するｌ！！Ｊ　ｋａ　車ｉＡＩ式
の誘導とその作用の説明図、第３図はこの発明によるＪ
λ板板木′Ａｒｔ、におけるギヤ、プ制御方法の実施例
に対するフローチャート図、力４図（ａ）、（ｂ）およ
び（ｃ）は）＾板木光装置の構成図と縞パターンわよび
従来のギャップ制御方法の説明図、第５図はＪｌさムラ
がある被露光基板に対する問題点の説明図である。

ｌ・・・マスク板、　　　　　２・・・被露光ノ人板、
１ａ、２ａ・・・反射膜、　　２ｂ・・・基板のＬ側表
面、３・・・光学系、　　　　　３ａ・・・縞パターン
板、３ｂ・・・対物レンズ、　　　３ｃ・・・結像レン
ズ、３ｄ’・・イメージセンサ、４・・・載置台、５・
・・Ｚ移動機構、　　　６・・・チルト機構、ｇ・・・
ギャップ、　　　　　Ｎ・・・不透明部、Ｔ・・・透明
部、　　　　　Ｑ・：・四帰直線、Ｑ′・・・同月・Ｖ
而、 ■〜［相］・・・フローチャートのステノブ番号。

第図第２図（ａ）第４図（ａ）第４図（ｂ）（Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水平な載置台に載置された透光性の被露光基板に
対してギャップをなしてマスク板を重ね合わせ、該マス
ク板の３点に対して３組の光学系をそれぞれ合焦させた
後、各該光学系の対物レンズを上記ギャップに相当する
距離だけそれぞれ下降し、上記載置台をチルト機構によ
り上または下方向に微小移動することにより、Ｌ記３組
の光学系を上記基板の上側表面にそれぞれ合焦させて上
記マスク板と基板間を平行な所定のプロキシミティ・ギ
ャップとする基板露光装置において、厚さにムラのある上記基板を対象とし、厚さ測定器によ
り、上記基板上の上記光学系に対応する３点を含む適当
な複数の測定点における該基板の厚さを測定し、該測定
による厚さデータにより該基板の上側表面のなす曲面に
対する回帰平面式を求め、上記３組の光学系に対応する
３点に対する厚さの測定値と、該回帰平面式による厚さ
の計算値との差分を算出し、上記３組の対物レンズを上
記マスク板に合焦した後、各対物レンズに該差分をそれ
ぞれオフセットして上記プロキシミティ・ギャップ量づ
つそれぞれ下降し、上記各チルト機構の作用点における
上記回帰平面式による厚さの計算値を該各チルト機構に
オフセットし、該オフセットされたチルト機構により上
記回帰平面が上記マスク板に対して平行とされ、該平行
の状態でＺ移動機構により上記載置台を所定の距離だけ
上昇して上記基板に対する合焦の確認を行い、上記複数
の測定点の座標を［ｘｉ、ｙｉ］、該座標における上記
基板の厚さの測定値をｄｉとし、該（ｘｉ、ｙｉ、ｄｉ
）に対する平均値（ｘ′、ｙ′、ｄ′）より、最小自乗
法によりＸ軸およびＹ軸に対する傾斜係数ａ、ｂを求め
、次の方程式：ｄ−ｄ′＝ａ（ｘ−ｘ′）＋ｂ（ｙ−ｙ′）・・・・・
・（１）を上記回帰平面式とする、基板露光装置におけるギャッ
プ制御方法。