JPH0562809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の利用分野） 本発明は露光装置とくに２個の薄片状物体の間
隙量を非接触で高精度に設定を可能とする露光装
置に関するものである。

（発明の背景） ２個の薄片状物体たとえばマスクとウエハとを
平行に整合して露光する場合、マスクとウエハと
の位置整合を高精度の行なう必要がある。従来の
露光装置におけるマスクとウエハとの間隙量を設
定する方法としてはたとえば特開昭54−83380号
公報に記載されている如く、外周部をマスクベー
スおよびマスク押えによつて固定されたマスクに
対して上下動して間隙量を設定されるウエハを設
け、このウエハを搭載するウエハ台と、上下動す
る上下軸との対接部分を球面状に形成し、予じめ
ウエハをマスクに対接させて両者が平行になるよ
うに位置決めしたのち、上記ウエハ台と、上下軸
との間の球面部分を真空状態にしてウエハとマス
クを密着固定する方法が知られている。然るに上
記の方法においては、マスクと、ウエハとを直接
接触させるため、マスクに傷がついたり、異物が
付着したりして歩留りの低下を招く恐れがある。
そこで上記の問題を解決する方法として従来はマ
スクと、ウエハとの間のパターン部分以外の位置
にスペースを挿入してマスクとウエハとが平行に
なるように位置合せするものが実施されている。
然るにこの方法ではマスクと、ウエハとの間にス
ペースを介在させるため、マスクとウエハとの間
隙量を1/1000mmオーダの高精度に設定することは
期待できない。また一方マスクト、ウエハとを非
接触状態で間隙量を設定する方法としてはたとえ
ば、特開昭56−98829号公報に記載されている如
く、相互に平行配置されたマスクと、ウエハとの
何れか一方を振動させてその振動振幅を非接触で
測定し、この振動振幅がマスクと、ウエハとの間
隙量の大きさに応じて変化するのを利用してマス
クと、ウエハとの間隙量を設定するものが知られ
ている。然るにこの方法では、マスクを圧縮流体
である空気を使用して振動させた場合、機械的誤
差、温度変化などの環境の変化が問題となる可能
性がある。

（発明の目的） 本発明は前記の従来技術の問題点を解決し、マ
スクとウエハとの間隔を非接触で測定し、該間隔
を所定の量に設定することを可能にし、これによ
つて微細なパターンの露光を可能とする露光装置
を提供することにある。

（発明の概要） 本発明は前記の目的を達成するため、マスク上
の回路パターンをウエハ上に露光する露光装置に
おいて、第１のターゲツトパターンを表面に形成
したマスクと、第２のターゲツトパターンを表面
に形成したウエハとを用い、前記マスクを保持す
るマスク保持手段と、前記ウエハを保持するウエ
ハ保持手段と、前記第１のターゲツトパターンと
前記第２のターゲツトパターンとのそれぞれのコ
ントラストを光学的に検出する検出手段と、該検
出手段の出力に基づいて前記マスクと前記ウエハ
との間隔を算出する算出手段と、該算出手段の出
力に基づいて前記ウエハ保持手段を駆動する駆動
手段とを有し、前記検出手段は前記第１のターゲ
ツトパターンと前記第２のターゲツトパターンと
のそれぞれの焦点位置を変化させた時の前記それ
ぞれのコントラスト信号の変化に基づいて前記マ
スクと前記ウエハとの間隔を所定の値に設定する
構成とした。更に、前記検出手段は光学系とリニ
アセンサを有し、該光学系で前記リニアセンサ上
に投影される前記第１のターゲツトパターンおよ
び前記第２のターゲツトパターンの前記それぞれ
のコントラストを検出する構成とした。また、前
記光学系は対物レンズと該対物レンズを駆動する
レンズ駆動部とを有し、該レンズ駆動部を該対物
レンズを前記光学系の光軸方向に移動させること
により、前記第１のターゲツトパターンおよび前
記第２のターゲツトパターンのそれぞれの焦点位
置を、前記リニアセンサの検出面の前後にずらす
構成とした。また、前記算出部は、前記第１又は
前記第２のターゲツトパターンの前記光学系での
焦点位置を前記リニアセンサ上に合わせたときの
前記対物レンズの位置と、予め求めておいた前記
第１および前記第２のターゲツトパターンと前記
対物レンズとの間隔の前記リニアセンサの出力と
の関係とを比較することにより前記マスクと前記
ウエハとの間隔の所定の値からのずれ量を算出
し、該算出したずれ量に基づいた信号を出力する
構成とした。

（発明の実施例） 以下本発明の実施例を示す図面について説明す
る。第１図は本発明の一実施例を示す露光装置に
おけるマスクとウエハとの間隙量設定装置の要部
構成斜視図、第２図ａはそのウエハチヤツクの移
動装置を示す正面図、ｂはそのＡ−Ａ矢視平面
図、第３図はマスクとウエハの位置検出方法用説
明図、第４図ａおよび第６図ａは対物レンズの焦
点とマスクまたはウエハの位置とがズレている場
合のリニアイメージセンサ（以下C.C.Dという）
上のターゲツトパターンのコントラストを示し、
第４図ｂおよび第６図ｂはそのときのC.C.D出力
曲線図、第５図ａは対物レンズの焦点とマスクま
たはウエハの位置とが一致している場合のC.C.D
上のターゲツトパターンのコントラストを示し、
ｂはそのときのC.C.Dの出力曲線図、第７図はマ
スクとウエハの間隙量を算出するフローチヤー
ト、第８図は対物レンズの焦点とマスクまたはウ
エハとの位置関係を示す説明図にして、ａは対物
レンズの初期位置、ｂは対物レンズの焦点がマス
クターゲツトマークに一致した位置、ｃは対物レ
ンズの焦点がウエハターゲツトマークに一致した
位置を示し、第９図ａは第８図ｂに示す対物レン
ズの位置におけるC.C.Dの出力曲線図、ｂはその
ときのC.C.D上のマスクターゲツトマークのコン
トラストを示す図、第１０図ａは第８図ｃに示す
対物レンズの位置におけるC.C.Dの出力曲線図、
ｂはそのときのC.C.D上のウエハターゲツトマー
クのコントラストを示す図である。第１図に示す
如く、従来使用されている球面状部分の代りにＺ
ステージ７上に３個の圧電素子（以下ピエゾ８と
いう）を固定し、その３個のピエゾ８ａ，８ｂ，
８ｃの上端部にウエハチヤツク４を載置してい
る。また上記ウエハチヤツク４上に固定されたウ
エハ３の上面に対向する如くマスクベース２に固
定されたマスク１を配置し、このマスク１の上方
上記３個のピエゾ８ａ，８ｂ，８ｃに対向する如
く位置決めされた３個の対物レンズ９ａ，９ｂ，
９ｃと、１個の対物レンズ９ａの結像光路の途中
に配置されたハーフミラー１１ａと、照明系（図
示せず）から上記ハーフミラー１１ａに反射した
光を導いて落射照明するライトガイド１２と、上
記３個の対物レンズ９ａ，９ｂ，９ｃの結像位置
に配置された３個のC.C.D１０ａ，１０ｂ，１０
ｃと、２個の対物レンズ９ａ，９ｃの結像光路の
途中に配置された２個のハーフミラー１１ｂ，１
１ｃからの結像を入力する２個のC.C.D１０ｄ，
１０ｅとからなる３ユニツトの光学系を設けてい
る。なお、上記C.C.D１０ａ，１０ｄおよび１０
ｃ，１０ｅはマスク１とウエハとのアライメント
用ターゲツトマーク１３用であり、C.C.D１０ｄ
はマスク１と、ウエハ３の面検出用である。また
上記C.C.D１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１
０ｅの出力はC.C.D駆動回路１４と、インターフ
エース回路１５を介して計算機１６で計算され
る。さらに上記インターフエース回路１５は３個
のピエゾ８ａ，８ｂ，８ｃを駆動するための制御
回路１７ａに接続し、上記計算機１６の計算結果
を上記３個のピエゾ８ａ，８ｂ，８ｃにフイード
バツクするように形成されている。なお図示の１
７はＺステージ制御回路にして、上記インターフ
エース回路１５からの指令によつてＺステージ７
を互いに直角な２方向に移動させる如くしてい
る。つぎにウエハチヤツク移動装置は第２図ａ，
ｂに示す如く、チヤツクベース１８上に３個のピ
エゾ８ａ，８ｂ，８ｃを固定し、これの上端球面
部と、ウエハチヤツクとの間に鋼球受け１９およ
び電気マイクロメータ２０の先端触針２０ａを介
挿している。上記鋼球受け１９は上記ピエゾ８
ａ，８ｂ，８ｃの上端球面部に対接する部分を円
錐、Ｖ溝、およびフラツト状に形成されている。
上記電気マイクロメータ２０は上記ピエゾ８ａ，
８ｂ，８ｃの上下方向移動量を鋼球受け１９およ
び触針２０ａを介して検出するとともにチヤツク
ベース１８を３点で上下方向に移動してこれに対
向するマスク１との間隙量を調整する如くしてい
る。また上記チヤツクベース１８上に垂直方向に
固定されたボスト２１ａの上端部と、上記ウエハ
チヤツク４との間を板バネ２１ｂにて弾性的に連
結支持している。上記の構成に基いて、マスク１
と、ウエハ３との位置検出方法について第３図に
より説明する。先づ対物レンズ９の焦点０がマス
ク１またはウエハ３に位置するとき、その対物レ
ンズ９の結像がC.C.D１０に位置するようにC.C.
D１０の位置を設定する。また照明系からの光が
ライトガイド１２を介して対物レンズ９に入つて
落射照明するようにしている。この状態で対物レ
ンズ９の焦点がマスク１またはウエハ３に位置す
るときには、第５図ａに示す如く、C.C.D１０上
のターゲツトパターンのコントラスト量および同
図ｂに示す如く、C.C.D１０の出力が最大にな
る。これに対して対物レンズ９の焦点がマスク１
またはウエハ３に対してズレているときには、第
４図ａおよび第６図ａに示す如くC.C.D１０上の
ターゲツトパターンのコントラスト量および同図
ｂに示す如く、C.C.D１０上の出力が減少する。
つぎに上記C.C.D１０上のターゲツトマークのコ
ントラスト量を演算する方法について第７図乃至
第１０図について説明する。第８図ａに示す如
く、対物レンズ９の初期位置ではその焦点がマス
ク１の上方位置にある。この位置から対物レンズ
９が下降すると、これに伴なつて第９図ａに示す
如くマスクターゲツト２２の２本線の位置に対応
するC.C.D１０の出力が増加する。ここでC.C.D
１０の出力の変曲線の画素を求め、この画素を中
心にしてその両側のコントラスト量を演算するC.
C.D１０上の範囲を設定し、マスクターゲツト２
２のコントラスト量C_Mをつぎの式(1)で求める。

C_M＝_o 〓ⁱ⁼¹ （Ｖ（ｉ）−（）） ……(1) ただし、（）＝ΣV（ｉ）／ｎ ただし、ｉは画素数、Ｖ（ｉ）は画素の数量ｉ
のC.C.D出力、ｎは任意の画素数である。

然るのち、対物レンズ９の焦点がマスクターゲ
ツト２２の位置に達して第９図ａに示す如く、C.
C.Dの出力が最大になり、かつ第９図ｂに示す如
くマスクターゲツト２２のコントラスト量C_Mが
最大になつたときの対物レンズ９の上下方向位置
P_Mを記憶しておく、つぎにさらに対物レンズ９
が下降すると、C.C.D１０上でのウエハターゲツ
ト２３の出力で増加する。ここでC.C.D１０の出
力を変曲点の画素を求め、この画素を中心にして
その両側のコントラスト量を演算するC.C.D１０
上の範囲を設定し、ウエハターゲツト２３のコン
トラスト量C_Wをつぎの式(2)で求める。

C_W＝_o 〓ⁱ⁼¹ （Ｖ（ｉ）−（）） ……(2) ただし、（）＝ΣV（ｉ）／ｎ 然るのち、対物レンズ９の焦点がウエハターゲ
ツト２３の位置に達して第１０図ａに示す如く、
C.C.D１０の出力が最大になり、かつ同図ｂに示
す如く、ウエハターゲツト２３のコントラスト量
C_Wが最大になつたときの対物レンズ９の上下方
向位置P_Wを求め、この対物レンズ９が上下方向
位置P_Wと、先きに記憶してある対物レンズ９の
上下方向位置P_Mとの差を求めると、対物レンズ
９の上下方向移動量すなわちマスク１と、ウエハ
３との間隙量が求められる。この場合、本実施例
においては、前記の如く３ユニツトの検出光学系
が設置され、その内の２ユニツトの検出光学系に
て第１図に示す２個のアライメント用ターゲツト
１３を検出し、残りの１ユニツトの検出光学系に
てスクライブライン（図示せず）を検出し、これ
ら３ユニツトの検出光学系にてマスク１と、ウエ
ハ３とを３点で両者の間隙量を検出演算してい
る。このようにしてマスク１とウエハ３との間隙
量が検出されると、その結果に基いてインターフ
エース回路１５から制御回路１７を介して３個の
ピエゾ８ａ，８ｂ，８ｃに独立して指令を与え、
マスク１とウエハ３との３点における間隙量が互
いに等しくなるようにウエハチヤツク４を上下動
させてマスク１とウエハ３との間隙量を調整す
る。

次に、本発明の原理の説明としてアライメント
用ターゲツト１３を使用しないで、マスク１とウ
エハ３との間隙量を設定する場合について第１１
図乃至第１３図により説明する。本発明の原理の
説明においては、検出光学系として対物レンズ
９、C.C.D１０および照明系を使用することは前
記第３図と同一であるが、ハーフミラー１１から
の反射光の焦点に縞パターン２４を設け、マスク
１のパターン面と同一位置に反射面２５を設けて
いる点が相異する。而して本実施例においては、
対物レンズ９が第１１図ａに示す位置すなわち、
対物レンズ９の焦点がマスク１の反射面２５と一
致する位置より上方に位置して下降すると、それ
に伴なつてC.C.D１０上のマスク１の反射面２５
に対応する出力が増加する。ここでC.C.D１０上
におけるマスク１およびウエハ３の検出範囲を設
定し、前記式(1)および(2)と同様に縞パターン２５
のコントラスト量を算出する。然るのち、第１１
図ａに示す如く、対物レンズ９の焦点がマスク１
の反射面２６に達し、第１２図ａに示す如く対物
レンズ９の焦点がウエハ１のターゲツト２３に達
してC.C.D１０上の縞パターンのコントラスト量
が第１１図ｂおよび第１２図ｂに示すようになり
かつC.C.D１０の出力が第１１図ｃおよび第１２
図ｃに示すような曲線となつたときの対物レンズ
９の夫々の上下方向位置からマスク１とウエハ３
との間隙量を求める。この場合、上記反射面２５
は第１３図に示す如くマスク１上に３個所設け、
かつ上記縞パターン２４は上記反射面２５と、マ
スク１の透過面の両方に略半分づつ投影されるよ
うに配置されている。また上記縞パターン２４を
投影する方法はアライメント用ターゲツトマーク
１３を使用す方法に比較してコントラストの変化
量が２倍になり、かつ縞パターン２４を多数本検
出するようにすれば、さらに検出精度が向上す
る。なお上記した本発明の原理の説明においては
ウエハチヤツク４を３個のピエゾ８ａ，８ｂ，８
ｃにて駆動する場合について述べたが、これに限
定されるものでなく、たとえば、ウエハチヤツク
４の支持を１個は固定、２個はピエゾ８にて駆動
するように構成しても上記と同一効果を期待する
ことができる。

（発明の効果） 以上述べたる如く、本発明は、マスクおよびウ
エハの各位置を非接触で、高精度の検出ができ
る。またウエハを固定するウエハチヤツクが少な
くとも３点で、しかも各点が独立して支持すると
ともに上下動させるので、高精度でマスクとウエ
ハとの間隙量を位置決めすることができる。した
がつて密着式マスクアライナに本発明を実施する
と、最初のマスクとウエハとの密着時点で露光を
行なうことができるし、プロキシミテイ露光の場
合には、マスクとウエハとを１度も接触させない
で、露光が可能になり、これによつてマスクに与
えるダメージが少なくなつて歩留りを向上するこ
とができる。さらにマスクとウエハとの平行度を
高精度にすることができるので、マスクとウエハ
とを密着するさいにズレを発生することがなく高
精度の位置合せを行なうことができ、これによつ
て高微細なパターンの露光を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す露光装置に使
用される間隙設定装置の構成斜視図、第２図ａは
そのウエハチヤツク移動装置を示す正面図、ｂは
そのＡ−Ａ矢視平面図、第３図はマスクとウエハ
の位置検出方法用説明図、第４図ａおよび第６図
ａは対物レンズの焦点とマスクまたはウエハの位
置がズレているときのC.C.D上のターゲツトパタ
ーンのコントラストを示す図、第４図ｂおよび第
６図ｂはそのときのC.C.Dの出力曲線図、第５図
ａは対物レンズの焦点とマスクまたはウエハの位
置が一致しているときのC.C.D上のターゲツトパ
ターンのコントラストを示す図、ｂはそのC.C.D
の出力曲線図、第７図はマスクとウエハとの間隙
量を算出するフローチヤート、第８図は対物レン
ズの焦点とマスクおよびウエハの位置関係を示す
説明図にしてａは初期位置、ｂは対物レンズの焦
点がマスクと一致した場合、ｃは対物レンズの焦
点がウエハと一致した場合を示し、第９図ａは第
８図ｂの場合のC.C.Dの出力曲線図、ｂはそのマ
スクのコントラストを示す図、第１０図ａは前記
第８図ｃの場合のC.C.Dの出力曲線図、ｂはその
ウエハのコントラストを示す図、第１１図ａおよ
び第１２図ａは本発明の原理を示す間隙設定装置
の要部説明図にして第１１図ｂおよび第１２図ｂ
は夫々の場合のC.C.D上の縞パターンのコントラ
ストを示し、第１１図ｃおよび第１２図ｃは夫々
の場合のC.C.Dの出力曲線図、第１３図ａは縞パ
ターンの１例を示す斜視図、ｂはその縞パターン
の投影位置を示す斜視図である。 １……マスク、２……マスクベース、３……ウ
エハ、４……ウエハチヤツク、７……Ｚステー
ジ、８……ピエゾ、９……対物レンズ、１０……
C.C.D、１１……ハーフミラー、１２……ライト
ガイド、１３……アライメント用ターゲツトマー
ク、１４……C.C.D駆動回路、１５……インター
フエース回路、１６……計算機、１７……制御回
路、１８……チヤツクベース、１９……鋼球受
け、２０……電気マイクロメータ、２１……板バ
ネ、２２……マスクターゲツト、２３……ウエハ
ターゲツト、２４……縞パターン、２５……反射
面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マスク上の回路パターンをウエハ上に露光す
   る露光装置であつて、前記マスクは第１のターゲ
   ツトパターンが表面に形成され、前記ウエハは第
   ２のターゲツトパターンが表面に形成されてお
   り、前記マスクを保持するマスク保持手段と、前
   記ウエハを保持するウエハ保持手段と、前記第１
   のターゲツトパターンと前記第２のターゲツトパ
   ターンとのそれぞれのコントラストを光学的に検
   出する検出手段と、該検出手段の出力に基づいて
   前記マスクと前記ウエハとの間隔を算出する算出
   手段と、該算出手段の出力に基づいて前記ウエハ
   保持手段を駆動する駆動手段とを有し、前記検出
   手段は前記第１のターゲツトパターンと前記第２
   のターゲツトパターンとのそれぞれの焦点位置を
   変化させた時の前記それぞれのコントラスト信号
   の変化に基づいて前記マスクと前記ウエハとの間
   隔を所定の値に設定することを特徴とする露光装
   置。 ２ 前記検出手段は光学系とリニアセンサを有
   し、該光学系で前記リニアセンサ上に投影される
   前記第１のターゲツトパターンおよび前記第２の
   ターゲツトパターンの前記それぞれのコントラス
   トを検出することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の露光装置。 ３ 前記光学系は対物レンズと該対物レンズを駆
   動するレンズ駆動部とを有し、該レンズ駆動部で
   該対物レンズを前記光学系の光軸方向に移動させ
   ることにより、前記第１のターゲツトパターンお
   よび前記第２のターゲツトパターンのそれぞれの
   焦点位置を、前記リニアセンサの検出面の前後に
   ずらすことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の露光装置。 ４ 前記算出部は、前記第１又は前記第２のター
   ゲツトパターンの前記光学系での焦点位置を前記
   リニアセンサ上に合わせたときの前記対物レンズ
   の位置と、予め求めておいた前記第１および前記
   第２のターゲツトパターンと前記対物レンズとの
   間隔と前記リニアセンサの出力との関係とを比較
   することにより前記マスクと前記ウエハとの間隔
   の所定の値からずれた量を算出し、該算出したず
   れ量に基づいた信号を出力することを特徴とする
   特許請求の範囲第３項記載の露光装置。