JPH06120107A

JPH06120107A - 共焦点検出器による距離測定方法及びプロキシミティ露光装置におけるマスクとワークの距離測定方法。

Info

Publication number: JPH06120107A
Application number: JP28359692A
Authority: JP
Inventors: Yoneta Tanaka; 米太田中
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1992-09-30
Filing date: 1992-09-30
Publication date: 1994-04-28

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】測定する物体の距離を他の物体に何ら接触させ
ることなく簡単に測定できる方法を提供する。また、プ
ロキシミティ露光装置ではマスクとウエハーのギャップ
を測定する。【構成】共焦点検出器１０からの出射光を物体Ｘ及び物
体Ｙに照射させながら、共焦点検出器１０を矢印の方向
に移動させ、物体とピントがあった時に反射光をピンホ
ール１３を介して光検出器１６に受光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、２つの物体間の距離
を測定する方法と、その応用としてのプロキシミティ露
光装置におけるマスクとワークの距離測定方法に関す
る。

【０００２】

【従来技術】従来、物体と物体の距離を測定する方法
は、いろいろあるが半導体製造工程においては、数ミク
ロンのレベルで測定する必要がある。この一例として、
プロキシミティ露光装置におけるマスクとウエハーの距
離測定方法がある。

【０００３】図４は、プロキシミティ露光装置の一実施
例を示す図である。光源４０からの放射光は楕円集光鏡
４１によってインテグレータレンズ４２に入射される。
インテグレータレンズ４２からの出力光は、コリメータ
レンズ４３を経て、ＩＣパターン等を有するマスクＭを
通過してワークＷを照射する。ワークとしては、ウエハ
ーや液晶が使われる。このような露光装置を説明したも
のに、例えば、特公昭５９─２８９８２号がある。

【０００４】マスクとワークのギャップは、密着させた
ときの問題が起こらない範囲で最小限に設定される。設
定値より大きくなると、解像度が悪くなるため、露光前
に、ギャップを調整する必要がある。

【０００５】図５は、従来の調整工程をしており、
（ａ）図から（ｆ）図によって順に処理される。マスク
Ｍは、マスクホルダープレート５０に保持される。ウエ
ハーＷは、ウエハーチャック５１の上に載っている。そ
して、ウエハーチェック５１は、ユニット５２及びユニ
ット５３の上に載っている。（ａ）図についての説明ウエハーＷが、ウエハーチャック５１の上に配置された
直後を示す。このとき、マスクＭとウエハーＷの距離
は、露光時におけるギャップに比べてかなり大きし、ま
た、平行でもない。（ｂ）図についての説明キャリブレーター５４が、マスクＭとウエハーＷに、こ
の両者の間に挿入してくる。（ｃ）図についての説明ユニット５２が、ユニット５３から離れてウエハーＷの
方向に移動する。キャリブレーター５４の周縁が、マス
クホルダープレート５０とウエハーＷに周縁に接触し
て、移動は停止する。このとき、ウエハーチャック５１
は球面台座を持つため、ウエハーＷと平行度を出すこと
ができる。（ｄ）図についての説明ウエハーＷをキャリブレーター５４から一定間隔だけ離
すために、ユニット５２を（ｃ）図で移動した方向と反
対方向に移動する。キャリブレーター５４は、図示略の
真空吸着機構によって、マスクホルダープレート５０に
真空吸着する。この移動の後、キャリブレーター５４か
らウエハーＷの中央部に窒素ガスを吹き出し、吐出圧力
と吐出流量で、ウエハーＷの表面とキャリブレーター５
４の距離を検知する。このようなエアマイクロの原理
で、平行度を出すために当てる。（ｅ）図についての説明キャリブレーター５４が若干さがる。（ｆ）図についての説明キャリブレーター５４が排出され、ユニット５４が、ウ
エハーＷの厚さを考慮して再び上昇する。このように、
ウエハーの表面とマスクの下面の平行度と隙間の厚さを
検出して、マスクに対してウエハーを移動させることに
よって、マスクとウエハーのギャップを正確に設定でき
る。

【０００６】しかし、この方法は、ユニットや、ウエハ
ー、あるいはキョリブレータ等が複雑に移動するため、
結局、ギャップを測定するまで時間がかかる。また、図
２（Ｃ）に示すように、ウエハーはその周縁で、キャリ
ブレータに接触する。ウエハー周縁は、レジストが不規
則に盛り上がっており、必ずしも平行度を出しているわ
けではない。また、接触によって、レジストの剥がれか
らゴミが発生する。このように、プロキシミティ露光装
置のマスクとウエハーのギャップの測定方法は問題があ
った。また、プロキシミティ露光装置以外でも、例え
ば、ウエハー上のレジストの膜厚を測定することがあ
る。この場合、レジスト面とウエハー表面を２つの物体
と考えれば、この間の距離を測定することになる。しか
し、ウエハー及びレジストが何らかの物体に接触して、
あるいは測定するために種々の機構が複雑に動くことに
なる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明が解
決しようとする課題は、物体の距離測定方法であって、測定する物体を、他の物体に接触させない。測定対象の物体、あるいは、測定に必要な機構が移動
する工程数をできるだけ減らす。特に、プロキシミティ露光装置のマスクとウエハーの距
離測定方法に関しては、ワーク及びマスクを、他の物体と接触させない。ワークやマスク、あるいは、その他の物体が移動する
工程をできるだけ減らす。以上の課題を解決することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】課題を解決するために、
共焦点検出器からの出射光を第１の物体及び第２の物体
に照射させながら、共焦点検出器と第１の物体及び第２
の物体の距離を変化させ、第１の物体及び第２の物体の
各々における反射光を、共焦点検出器が有する光検出器
で検知して、距離の変化と光量の関係から、第１の物体
と第２の物体の距離間を測定することを特徴とする。ま
た、この原理を応用して、マスクとワークを微小量離し
て配置し、光源からの放射光によってマスクの回路パタ
ーンをワークに焼き付けるプロキシミティ露光装置にお
けるマスクとワークの距離測定方法において、まず、光
検出器を有する共焦点検出器を、マスク及び／又はワー
クに対して所定の位置まで移動させ、次に、この共焦点
検出器と前記マスク、及び、共焦点検出器と前記ワーク
の距離を変化させながら、かつ、同時に共焦点検出器か
らの出射光を前記マスク及び前記ワークに照射させ、そ
の各々の反射光量を光検出器で検出し、そして、距離の
変化と光量の関係から、前記マスクと前記ワークの距離
を測定するすることを特徴とする。

【０００９】

【作用】この発明の方法によれば、共焦点検出器からの
出射光を第１の物体と第１の物体を透過して第２の物体
に照射させることによって、第１の物体からの反射光、
第２の物体からの反射光を第１の物体を介して、再び共
焦点検出器に入射させ、内部に有する光検出器によって
反射光量を検知することができる。一方、共焦点検出器
は、物体との距離を変化させながら移動するので、それ
ぞれの反射面と特定距離だけ離れているときのみ、反射
光量は高くなる。共焦点検出器の移動量と、反射光量変
化の関係から、物体間の距離を測定できる。また、この
方法をプロキシミティ露光装置に使った場合は、共焦点
検出器からの出射光をマスク、及びマスクを透過してワ
ークに照射させることによって、マスクから反射光、ワ
ークの表面での反射光をマスクを介して、再び共焦点検
出器に入射させ、内部に有する光検出器によって、反射
光量を検知できる。一方、共焦点検出器は、マスクやワ
ークとの距離を変化させながら移動するので、それぞれ
の反射面と特定距離だけ離れているときのみ、光量は高
くなる。そして、反射光量の変化と、共焦点検出器の移
動量の関係から、マスクとワークの間の距離を測定でき
る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を具体的に説明す
る。図１は、この発明にかかる物体の距離測定方法の原
理を説明する図である。この場合、物体Ｘと物体Ｙの間
の距離を図る。

【００１１】（ａ）は、初期状態を示す。ＬＥＤ等の光
源の放射光は、レンズ１１を介して共焦点検出器１０内
に入射光する。入射光は、ハーフミラー１２で反射さ
れ、ピンホール１３を通過して、対物レンズ１４に達す
る。ピンホール１３は、平板に孔を設けたもので、通過
した光は対象の１点を照明する。孔は、例えば、１０μ
ｍである。対物レンズ１４を通過する光は共焦点検出器
１０の出射光となる。共焦点検出器１０の出射光は、ま
ず、物体Ｘで一部反射して、残りは透過する。反射した
光は、再び、対物レンズ１４を経て、ピンホール１３を
通り抜ける。そして、ハーフミラー１２を通過して、結
像レンズ１５を介して光量検出器１６で受光される。物
体Ｘを透過した光は、物体Ｙにおいて、同様に反射す
る。共焦点検出器１０は、物体を照明しながら、矢印の
方向に移動する。

【００１２】（ｂ）は、共焦点検出器１０の移動によっ
て、対物レンズ１４の結像位置が物体Ｘの表面になった
状態を示す。この場合、物体Ｘからの反射光は、ピンホ
ール１３を有効に通り抜ける。逆に、物体Ｙの表面で
は、結像していないため、物体Ｙからの反射光はピント
がぼけてしまい、ピンホール１３を有効に通過できな
い。光検出器１６から信号は、図示略のシステムコント
ローラに送られる。ここで、共焦点検出器１０の移動量
を記憶する。

【００１３】（ｃ）は、共焦点検出器１０の移動によっ
て、対物レンズ１４の結像位置が物体Ｙの表面になった
状態を示す。この場合、物体Ｙからの反射光はピンホー
ルを有効に通過するが、物体Ｘからの反射光は有効に通
過できない。そして、同様にシステムコントローラで移
動量を記憶する。この図では共焦点検出器の内部は省略
している。

【００１４】光検出器１６で受光される反射光の強度
は、ピントが合ったときに急速に上昇して、ピントが外
れるにつれて急速に低下する。反射光量の著しく高い時
の移動量から物体Ｘと物体Ｙの距離Ｌ１を知ることがで
きる。このように共焦点検出器を移動させながら、反射
光量の著しく高い時の移動量を記憶することにより、物
体間の距離を測定することができる。尚、物体Ｙにおい
て、光の一部を透過させれば、３つ以上の物体を対象に
その距離を測定することができる。さらには、物体Ｘに
おいて、その表面での反射光量と裏面での反射光量を受
光できれば物体Ｘの厚さを測定することができる。

【００１５】次に、プロキシミティ露光装置のマスクと
ワークの距離測定に、この方法を用いた場合を示す。ワ
ークとしてのウエハーＷが、図示略の搬送アームによっ
てウエハーチャックＷ１にセットされる。共焦点検出器
１０が、マスクＭとウエハＷの周辺部分を観察できる位
置に設けている。図では、便宜上１つだけ示している
が、それ以外に例えば２つ設けている。この場合、物体
ＸがマスクＭに該当して、物体ＹがウエハＷに該当す
る。マスクＭには、ウエハＷに転写する回路パターンが
描かれ、この部分は、光を透過する部分と透過しない部
分が形成されている。共焦点検出器１０が、マスクＭに
対して対向する場所は、回路パターンが形成されていな
い部分であって、かつ、光を良好に透過するところであ
る。共焦点検出器１０及びウエハＷは、共に、モータ２
１、２２によって、その位置が上下に移動する。各々の
モータは、モータ駆動回路２３、２４によってそれぞれ
駆動される。光検出器２５の出力が、レベル検出器２６
に入力され、システムコントローラ２７と接続されてい
る。

【００１６】マスクＭは、石英ガラスもしくは低膨張ガ
ラスよりなる。このマスクＭは、共焦点顕微鏡２０から
の出射光のうち、表面において一部を反射して、一部を
透過する。この割合は、ガラスの種類にもよるが、例え
ば４％を反射させて、９６％透過させる。

【００１７】図２に示したプロキシミティ露光装置にお
けるマスクＭとウエハＷの距離の測定方法を説明する。
まず、ウエハＷが図示略の搬送アームによってウエハー
チャックＷ１にセットされると、その状態から共焦点検
出器２０が、予め設定された距離だけマスクＭに対して
移動する。この移動は初期設定である。次に、光源を点
灯させ共焦点検出器２０からの出射光を、マスクＭ及び
ウエハＷに照明しながら、マスクＭに近づくように、ゆ
っくりと移動する。光量検出器２５は、マスクＭ及びウ
エハＷによる反射光を検知して、レベル検出器２６に信
号を送る。

【００１８】図３は、光検出器２５の受光量と、共焦点
検出器２０の移動量の関係を示した図である。共焦点検
出器２０の移動に伴い、マスクＭ、及びウエハＷの表面
の位置が、対物レンズの結像面に一致したとき、光検出
器２５の光量は高くなる。各々の物体の反射率は、材
料、厚さ、表面処理状態によって異なる。すなわち、反
射光量が、物体によって、予めわかるので、どこから反
射した光かを認識できる。但し、順番に検出されること
がわかっている場合は、ピーク値を検出した順番で判断
することもできる。図３では、共焦点検出器２０の移動
によって、反射光量のピーク４０、４１を生じる。光量
から、例えば、マスクＭの表面での反射の状態を示した
ものが４０、ウエハー７の表面で反射したものが４１と
判断でき、ピーク４０と４１の間の距離Ｌ２は、マスク
６の表面とウエハＷの表面間の距離を表す。マスクＭの
厚さが、予めわかっていれば、マスクＭの裏面とウエハ
Ｗの表面との距離が計算される。

【００１９】あるいは、マスクＭの裏面から反射光し
て、マスクＭの裏面とウエハＷの表面の距離を知ること
ができ、さらには、マスクＭの厚さを測定することもで
きる。

【００２０】以上、実施例では、便宜上、共焦点検出器
２０が１つの場合を説明したが、実際には、３つ存在し
て、各々の共焦点検出器で同様の検出を行う。このよう
にして、ウエハＷ及びマスクＭの平行度を求めることが
できる。

【００２１】このように、マスクＭとウエハＷの距離を
両者のギャップとして測定できる。その後、ギャップを
所望の大きさに設定するため、例えば、システムコント
ローラ２７から、モータ駆動機構２４に信号を送り、モ
ータ２２を駆動させる。このようにして、マスクＭとウ
エハＷの距離（ギャップ）が正確に設定されると、共焦
点検出器２０を退ける。

【００２２】以上、実施例では、マスクＭ及びウエハＷ
を固定して、共焦点検出器２０を移動する例を説明した
が、これに限るものでなく、共焦点検出器２０を固定し
て、マスクＭ及びウエハＷをギャップを維持しながら移
動することも可能である。あるいは、マスクＭ又はウエ
ハＷのいづれか一方を固定して、もう一方を移動させな
がら反射光量を検出して、その後、固定する方、移動す
る方を逆に設定して測定できる。共焦点検出器は、共焦
点光学顕微鏡を使うことも可能である。この場合、人間
が目視で反射光量を観察できる。さらに、ピンホール
は、平板に１つの孔を設けているが、孔の数は１つに限
らず、図６に示すように、孔６０を多数設けたものでも
よい。この場合、平板を回転させるとある程度面積を持
つ領域に対して反射光を検出する。

【００２３】この共焦点検出器による距離測定方法は、
プロキシミティ露光装置におけるマスクとワークのギャ
ップの測定だけでなく、ウエハー上のレジストの膜厚測
定にも使うことができる。この場合は、レジストの表面
と、レジストを透過してウエハーの表面における共焦点
検出器からの反射光を検出することによって測定でき
る。

【００２４】

【発明の効果】この発明にかかる物体の距離測定方法で
は、プロキシミティ露光装置におけるマスクとワークの
距離測定方法によれば、ワーク及びマスクを、何かの物
体と接触させることなく測定ができるので、レジストの
剥がれをゴミが付着するという問題はない。また、測定
時は共焦点検出器が移動するだけであり、非常に簡単で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の物体の距離測定方法の原理を説明す
る図である。

【図２】この発明のプロキシミティ露光装置のウエハー
とワークのギャップの測定方法を説明するための図であ
る。

【図３】共焦点検出器の移動距離を光量の関係を示した
図である。

【図４】従来のプロキシミティ露光装置の概略図を示
す。

【図５】従来のプロキシミティ露光装置のウエハーとワ
ークのギャップの測定方法を説明するための図である。

【図６】この発明にかかるピンホールの他の実施例であ
る。

【符号の簡単な説明】

６マスク７ワーク１０共焦点検出器１２ハーフミラー１３ピンホール１４対物レンズ１５結像レンズ１６光検出器２０共焦点検出器ＭマスクＷウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】共焦点検出器からの出射光を第１の物体及
び第２の物体に照射させながら、共焦点検出器と第１の
物体及び第２の物体の距離を変化させ、第１の物体及び第２の物体の各々における反射光を、共
焦点検出器が有する光検出器で検知して、距離の変化と光量の関係から、第１の物体と第２の物体
間の距離を測定することを特徴とする共焦点検出器によ
る距離測定方法。
【請求項２】マスクとワークを微小量離して配置し、光
源からの放射光によってマスクの回路パターンをワーク
に焼き付けるプロキシミティ露光装置におけるマスクと
ワークの距離測定方法において、まず、光量検出器を有する共焦点検出器を、マスク及び
／又はワークに対して所定の位置まで移動させ、次に、この共焦点検出器と前記マスク、及び、共焦点検
出器と前記ワークの距離を変化させながら、かつ、同時
に共焦点検出器からの出射光を前記マスク及び前記ワー
クに照射させ、その各々の反射光量を光検出器で検出し
そして、距離の変化と光量の関係から、前記マスクと前
記ワークの距離を測定することを特徴とするプロキシミ
ティ露光装置におけるマスクとワークの距離測定方法。