JPH0562810B2 - - Google Patents

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JPH0562810B2
JPH0562810B2 JP60189516A JP18951685A JPH0562810B2 JP H0562810 B2 JPH0562810 B2 JP H0562810B2 JP 60189516 A JP60189516 A JP 60189516A JP 18951685 A JP18951685 A JP 18951685A JP H0562810 B2 JPH0562810 B2 JP H0562810B2
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JP
Japan
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thin plate
light
gap
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mask
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JP60189516A
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JPS6251219A (ja
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Tsutomu Tanaka
Minoru Yoshida
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F9/00Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically
    • G03F9/70Registration or positioning of originals, masks, frames, photographic sheets or textured or patterned surfaces, e.g. automatically for microlithography
    • G03F9/7003Alignment type or strategy, e.g. leveling, global alignment
    • G03F9/7023Aligning or positioning in direction perpendicular to substrate surface
    • G03F9/703Gap setting, e.g. in proximity printer
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はマスクとウエハの間隙を高精度で出す
間隙設定装置に係り、特に密着式マスクアライナ
のマスクとウエハの間隙設定に好適なものであ
る。
〔発明の背景〕
密着式マスクアライナに於けるマスクとウエハ
の間隙を出す方法として、例えば特開昭54−
83380号公報に記されている通り、球面座を使用
する方法が一般的である。この方法は、球面座に
対して下方から微小圧を加え、球と座の部分を自
在にし、あらかじめマスクにウエハを当てて、平
行出しを行い、その後、球と座の部分を真空状態
にして密着固定する方法を取つていた。この方法
ではマスクとウエハを接触させるため、マスクに
傷、異物が付着しやすく歩留りの低下を招く恐れ
があつた。この問題点を解消させる方法として、
マスクとウエハの間にスペーサを入れ、ウエハの
パターン配置個所以外の部分をスペーサに当て、
マスクとウエハの平行出しを行うという方法を取
つている。しかしながら、この方法ではマスクと
ウエハはスペーサという介在物が存在しているた
め、1/1000mmオーダーの高精度の間隙設定は期待
できない。
一方、マスクとウエハを非接触で間隙を設定す
る方法としては、特開昭56−98829号に記されて
いる方法があるが、本方法は振動子によりマスク
を振動させるとマスクとウエハ間で空気がダンパ
となり、ウエハから反射されマスクを再び振動さ
せる。この空気の波動の干渉から間隙を検出する
方法である。この方法ではマスクを振動させる、
空気という(圧縮)流体を使用するということか
ら、機械的誤差、温度変化等の環境の変化が問題
となる可能性がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記従来技術の欠点をなく
し、相対する薄板の間隙を非接触で検出し、間隙
を一定あるいは任意の値に設定できる間隙設定装
置を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は、相対する一対の薄板のうち第1の薄
板は少なくとも2箇所に光を透過する部分と反射
する部分とを併設し、第1の薄板を保持する第1
の保持手段と、一対の薄板のうち他の第2の薄板
を保持する第2の保持手段と、光学系と検出パタ
ーンとを備えて第1の薄板と第2の薄板とに該検
出パターンを透過した光を照射して該照射した光
の反射光を検出する照射検出手段と、該照射検出
手段の出力に基づいて第1の薄板と第2の薄板と
の間隔を算出する算出手段と、該算出手段の出力
に基づいて第2の保持手段を駆動する駆動手段と
を有し、前記算出手段は前記照射検出手段で検出
した前記光学系の焦点位置を変化させた時の前記
光を反射する部分からの反射光の変化と、前記光
を透過する部分を透過した前記第2の薄板からの
反射光の変化とに基づいて前記駆動手段を駆動し
て前記第1の薄板と前記第2の薄板との間隔を所
定の値に設定することにより、対向する一対の薄
板の間隙を所定の量に設定することが可能にな
る。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を図により説明する。
第2図に従来の間隙設定装置の一実施例を示す。
本装置は密着式マスクアライナの一ユニツトであ
り、マスク1はマスクベース2に真空吸着で固定
されている。ウエハ3はウエハチヤツク4に真空
吸着で固定されている。ウエハチヤツク4は球面
部5と受け6との間に回転自在で向きを変えるこ
とが可能である。マスク1とウエハ3の間隙を一
様にするには、Zステージ7を下降させマスク1
とウエハ3の間隔を空け、ここで、受け6から球
面部5に対して微小空気圧をかけ球面部5から上
部を薄い空気層で浮かした状態とする。次にZス
テージ7を上昇させマスク1にウエハ3を押し付
けると球面部5と受け6が摺動しウエハ3の面が
マスク1の面にならう様になる。ここで球面部5
に加えている微小空気圧を止め、真空引きをする
と球面部5と受け6が固定されることになり、マ
スク1とウエハ3の平行出しが完了したことにな
る。実際の装置においてはZステージ7を下降さ
せ、マスク1とウエハ3のアライメントを行い再
びZステージ7を上昇させて露光というステツプ
を踏む。
第1図に本発明による一実施例を示す。本発明
では、球面座の変わりにZステージ7の上に3個
の圧電素子(以下ピエゾ8と称す)を配置し、そ
の上にウエハチヤツク4を載置する。一方、マス
ク1の上方、ピエゾ8を配置した上方位置に対物
レンズ9を使用した検出光学系を3ユニツト設け
る。対物レンズ9の物体側(焦点位置側)にマス
ク1とウエハ3が来る様にし、結像側にリニアイ
メージセンサ(以下C.C.D10と称す)を配置
し、また結像光路の途中にハーフミラー11を挿
入し照明系(図は略す)からの光をライトガイド
12で導き、落射照明が出来る様な構成としてい
る。
C.C.D10はマスク1とウエハ3のアライメン
ト用のターゲツトマーク13検出用に左右にそれ
ぞれ2個ずつ、もう1個所はマスク1、ウエハ3
面検出用であるので、C.C.D10は5個設置し
た。
C.C.D10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で演算
する。また、インターフエース回路15からピエ
ゾ8駆動用の制御回路17に接続し、間隙計算結
果をピエゾ8にフイードバツク可能な構成とし
た。
第3図a,bにウエハチヤツク4の移動機構を
示す。チヤツクベース18にピエゾ8を3個設定
し、ピエゾ8先端の鋼球受け19は円錐、Vミ
ゾ、フラツトの形状とし、ピエゾ8の移動量は鋼
球受け19部を電気マイクロメータ20で測定す
る構成としている。またウエハチヤツク4とチヤ
ツクベースとは板バネ21により可動自在に固定
している。
第4図に本発明のマスク1に反射面22を設
け、反射面22と透過面23の双方に縞パターン
24を投影した図を示す。マスク1に対して反射
面22を3個所設け、そこに対物レンズ9を用い
た検出光学系を移動したものであり、縞パターン
24を対物レンズ9を通してマスク1の反射面2
2とマスク1の透過面23を透過し、ウエハ3上
に投影したものである。
第5図及び第6図は縞パターン24を用いた位
置検出方法の概念を示す。検出光学系は対物レン
ズ9と結像レンズ25、そしてハーフミラー11
で2つに分岐した結像位置にはそれぞれC.C.D1
0とガラス26の両面に交互に配設した縞パター
ン24を配置した。ここで、例えばウエハ3が対
物レンズ9の焦点位置にあつた場合、結像位置に
ある縞パターン24をウエハ3上に投影すると、
ウエハ3から反射した縞パターン24は、C.C.D
10上に投影されるが、ガラス26の両側の縞パ
ターン24のコントラストは第5図b,cに示す
様に等しくなる。従つてC.C.D10の出力も第5
図dに示す様に規則正しく明暗を示す。ここで、
例えば第6図に示す様にウエハ3が対物レンズ9
の焦点位置に対して下側にある時は、縞パターン
24は交互に明暗を繰り返す。即ち結像位置に近
い縞パターン24の方がコントラストが高くな
る。一方、第7図に示す様にウエハ3が対物レン
ズ9の焦点位置に対して上側にある時は、第6図
と反対の縞パターン24のコントラストが高くな
る。
第8図に、コントラストの演算方法及び式を示
す。第8図a,bに示す様に、隣り合うC.C.D1
0の画素27の出力がコントラストであり、ガラ
ス26の両面に縞パターン24を配設しているた
め、4画素のうち2画素ずつのコントラストを比
較することにより、焦点位置を求めることができ
る。すなわち、第8図bに示したC.C.D.画素とC.
C.D.出力との関係において、2組の隣接する画素
間の出力の差、(V4i+1−V4i+2)と(V4i+3
V4i+4)との差を比較することにより求めること
ができる。上記2組の隣接する画素間の出力の差
を、対物レンズ9を移動したときの移動量とコン
トラスト量とで比較すると、第8図Cに示すよう
な関係になる。即ちコントラスト量が0になつた
時が合焦点であり、焦点からずれることにより、
コントラスト量は+あるいは−の値となり、ガラ
ス26のどちらかの縞パターンに焦点が合つた時
に、コントラスト量は+側あるいは−側で最大と
なり、さらにどちらかに移動すると完全に縞パタ
ーン24がボケて検出不可能となりコントラスト
量が0になる。
次にマスク1とウエハ3の間隙を検出し、一定
あるいは任意の値にする手段を説明する。
第9図に検出の概念図を示す。マスク1には反
射面22と透過面23を設けている。ここで、例
えば対物レンズ9の焦点位置がマスク1の上方に
ある時、C.C.D10の出力は第9図bに示す様に
マスク1側は出力差は大きいがアンバランスに、
一方マスク1を通してウエハ3側からの反射光
は、出力差、レべルともに小さく、焦点位置から
遠いことを示している。その時のコントラスト量
bは第9図cおよびdに示すようになり、マスク
1の方に対物レンズの焦点位置が遠いことがわか
る。
次に第10図aに示す様に対物レンズ9を下降
させて、マスク1の反射面に焦点位置が来た時C.
C.D10の出力は第10図bに示す様に、マスク
1側の出力差は等しくなる。一方ウエハ3側の出
力差は、第9図より多少大きくなる。同様の方法
により、3軸の対物レンズ9の焦点位置とマスク
1の反射面22が一致する様に対物レンズ9を移
動させ合わせる。
マスク1と対物レンズ9の相対位置関係が出た
ならば、ピエゾ8に電圧を加えてマスク1とウエ
ハ3を接近させる。第11図aに示す様にウエハ
3を上昇させると、第11図bに示す様にウエハ
3に対応するC.C.D10出力差はアンバランスに
なるが大きくなる。さらにこのまゝウエハ3を上
昇させると、C.C.D10の出力差はなくなり、マ
スク1側の出力差と同様なバランスとなる。この
前に、あらかじめコントラスト量と焦点位置の関
係を演算し、記憶しておけば、例えばあるコント
ラスト量に対して焦点位置からウエハ3がどのぐ
らい離れているか分る。従つて、マスク1とウエ
ハ3の間隙を所定の値に設定したい時は、コント
ラスト量を常時演算しながらピエゾ8を駆動し、
コントラスト量が所定の値になつたらピエゾ8を
停止させる。
この様に、コントラスト量と焦点ズレの関係を
あらかじめ求めておけば、マスク1とウエハ3の
間隙を任意の値に設定可能であり、さらにコント
ラスト量をピエゾ8の制御回路17にフイードバ
ツクすれば、例えば露光装置において、プロキシ
シテイにも、密着式の双方に適用が可能である。
即ち、密着式においてもマスク1トウエハ2を密
着させる直前迄、常時平行出しを行うことが可能
であり、高精度の平行出しが可能となる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、相対する薄板の間隙を非接触
かつ高精度で検出できる。また一方の薄板を間隙
検出結果を基に移動させ一定あるいは任意の間隙
にすることが可能であるので、例えば半導体製品
のマスクとウエハの間隙検出、平行出しが必要な
密着式アライナ、X線アライナに対して適用が考
えられる。
密着式アライナにおいては、従来の様にマスク
とウエハを直接接触させて平行出しする方法に対
して、本方式の様に非接触でマスクとウエハの平
行出しが行えるのでマスクに与えるダメージが少
なく歩留りが向上するという効果がある。またマ
スクとウエハが接触する直前迄平行出しができる
ため、高精度の平行出しができマスクにウエハが
密着する際にズレを生じない。また全面にわたつ
て完全に密着するので、合わせ精度の向上、高解
像度の焼付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第2図は従来の密着式アライナの密着機構を示
す段面図、第1図は本発明の一実施例の間隙設定
装置を示す構成図、第3図はウエハチヤツクの移
動機構を示す段面図と側面図、第4図は縞パター
ン投影個所を斜す斜視図、第5図、第6図、第7
図は縞パターン投影法を示す概念図、第8図は縞
パターン投影法による縞パターンのコントラスト
量を算出する式及びコントラスト量と焦点位置の
関係を示すグラフ、第9図、第10図、第11図
はマスクとウエハの間隙を検出、設定する概念図
である。 1……マスク、3……ウエハ、8……ピエゾ、
9……対物レンズ、16……計算機、17……制
御回路、22……反射面、23……透過面、24
……縞パターン、25……結像レンズ、27……
画素。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 相対する一対の薄板の間隙を設定する装置で
    あつて、前記一対の薄板のうち第1の薄板は少な
    くとも2箇所に光を透過する部分と反射する部分
    とを併設し、前記第1の薄板を保持する第1の保
    持手段と、前記一対の薄板のうち他の第2の薄板
    を保持する第2の保持手段と、光学系と検出パタ
    ーンとを備えて前記第1の薄板と前記第2の薄板
    とに該検出パターンを透過した光を照射して該照
    射した光の反射光を検出する照射検出手段と、該
    照射検出手段の出力に基づいて前記第1の薄板と
    前記第2の薄板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第2の保持手段
    を駆動する駆動手段とを有し、前記算出手段は前
    記照射検出手段で検出した前記光学系の焦点位置
    を変化させた時の前記光を反射する部分からの反
    射光の変化と、前記光を透過する部分を透過した
    前記第2の薄板からの反射光の変化とに基づいて
    前記駆動手段を駆動して前記第1の薄板と前記第
    2の薄板との間隔を所定の値に設定することを特
    徴とする間隙設定装置。 2 前記検出パターンは、縞状のパターンから成
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    間隙設定装置。 3 前記縞状のパターンは、薄い透明板の両側に
    交互に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
    2項記載の間隙設定装置。 4 前記光学系はリニアセンサを備え、前記検出
    用パターンと前記リニアセンサとは、それぞれ前
    記光学系の前記検出用パターン結像面の共役位置
    の近傍に配置したことを特徴とする特許請求の範
    囲第2項記載の間隙設定装置。 5 前記対物レンズは対物レンズを駆動するレン
    ズ駆動部を備え、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、前記共役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項記載の間隙設定装置。 6 前記算出部は、前記光を反射する部分で反射
    し前記リニアセンサ上に投影された前記縞状のパ
    ターンの明暗コントラストに基づく前記リニアセ
    ンサの第1の出力と、前記光を透過する部分を透
    過して前記第2の薄板で反射して前記リニアセン
    サ上に投影された前記縞状のパターンの明暗コン
    トラストに基づく前記リニアセンサの第2の出力
    と、予め求めておいた前記光を反射する部分又は
    前記第2の薄板の前記パターン結像面からのずれ
    量と前記リニアセンサの出力との関係とを比較す
    ることにより前記第1の薄板と前記第2の薄板と
    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ことを特徴
    とする特許請求の範囲第3項記載の間隙設定装
    置。
JP60189516A 1985-08-30 1985-08-30 間隙設定装置 Granted JPS6251219A (ja)

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JPS6251219A JPS6251219A (ja) 1987-03-05
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US8749760B2 (en) 2009-03-03 2014-06-10 International Business Machines Corporation Asymmetric complementary dipole illuminator
CN102455600B (zh) * 2010-10-18 2014-07-23 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 检测晶片表面形貌的方法

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