JPH0663763B2 - 光学式位置検出方法 - Google Patents

光学式位置検出方法

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JPH0663763B2
JPH0663763B2 JP33101587A JP33101587A JPH0663763B2 JP H0663763 B2 JPH0663763 B2 JP H0663763B2 JP 33101587 A JP33101587 A JP 33101587A JP 33101587 A JP33101587 A JP 33101587A JP H0663763 B2 JPH0663763 B2 JP H0663763B2
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康幸 小八木
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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

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は離隔対象物の位置を検出する光学式位置検出
方法に関し、例えばLCDとかPWBなどの基板製造工程で用
いられるプロキシミティ露光装置用位置検出装置等に適
用しうる位置検出方法に関するものである。
《従来の技術》 近年、LCD(液晶表示装置)やPWB(プリント配線基板)
等の性能について、一層高度性が要求され、それにつれ
て基板に形成される微細なパターンについても、さらに
高い解像度が要求されるようになつた。このような微細
なパターンは基板の表面にフォトレジストを塗布し、そ
のフォトレジストに例えば上記のようなプロシキティ露
光装置を用いてマスク・パターンを焼き付け、いわゆる
エッチング処理にて形成される。
ところで、プロキシミティ露光装置では基板とフォトマ
スクとの間隙を例えば20〜50μm程度の一定間隔に設定
配置する必要があることから、従来では例えば第6図に
示すような位置検出装置を用いて、あらかじめフォトマ
スクと基板の対向面間距離を測定していた。
それは、たとえば離隔対象物であるフォトマスク101の
表面に光ビームBを投光し、その反射光ビームB
一次元又は2次元の半導体位置検出器(たとえばPSD)1
07で受光し、その受光信号IA・IBに基づいてフォトマス
ク101の表面位置を算定するように構成されている。即
ち、上記半導体位置検出器107は電極A・B間の距離を
L、抵抗をR、電極Aから受光ビームの位置までの距離
をX、この距離Xに対応する部分の抵抗値をRx、受光ビ
ームの光強度をIと規定するとき、各電極A・Bより
次式で与えられる電流値を出力する。
そして、演算回路110を介して各電流値IA・IBの比PXを PX=(L/X)−1 ……(2) として測定対象面の位置Xに対応する信号として出力さ
せ、その信号に基づいてフォトマスク101の測定対象面
の位置(位置検出器に設けた基準位置と測定対象面上の
測定点(受光ビームの中心)までの距離)を検出するよ
うに構成されている。従って、この従来例では光強度と
無関係な位置信号PXによつて対象物の位置を検出するこ
とができる。
《発明が解決しようとする問題点》 ところで、上記のようにフォトマスクと基板の対向面間
距離を測定する場合において、上記従来例の方法では一
層高い精度要求に応えることができないという問題があ
る。それは以下のような理由による。
即ち、フォトマスクはガラス板の上記対向面側に微細な
マスク・パターンを形成したものであり、このパターン
は例えばクロムや銀塩の薄膜で形成され、ガラス板とは
その表面の反射率が異なる。
つまり、フォトマスクの測定対象となる反射面は、例え
ば第7図に拡大して示すようにガラス板が露出した反射
領域Gと、マスク・パターンによる反射領域Pとから成
り、いわば異種の反射率を持つ反射領域G・Pが混在し
た状態になつている。
従つて、この反射面で反射した光ビームBを一次元配
列のCCD素子7とかフォトダイオードなどで受光したな
らば、ガラス板に対応する反射領域Gでは反射光強度が
落ち込んだ分布、例えば第8図斜線部で示すような受光
強度信号E(χ)になるはずである。
しかるに上記従来例のものは、受光ビームの光強度分布
と無関係に、電極A・Bから出力される電流値IA・IB
基づいて対象物であるフォトマスクの反射面の位置を算
定するものであるため、その検出精度は受光ビームの直
径D内で相当の誤差を含むことになる。ちなみに受光ビ
ームを50μm、マスクパターンの反射率に対するガラス
板の反射率の比を0.2と仮定して試算すると、測定対象
面の検出位置は±8μmの誤差を生ずることもありう
る。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、検出
位置精度をさらに向上させることを目的とする。
《問題点を解決するための手段》 本発明は上記目的を達成するためになされたもので、以
下のように構成される。
即ち、対象物に光ビームを投光し、その反射光ビームを
少なくとも一次元配列の光電変換素子で受光し、その受
光信号に基づいて対象物の位置を検出する光学式位置検
出方法において、当該対象物の測定対象面上における異
る反射率を持つ反射領域相互間の反射率の比を補正係数
として規定し、異る反射率を持つ反射領域のうちの一つ
の反射率を持つ反射域領のみからの反射光ビームの光強
度分布に従う光強度信号を測定対象面対応信号として規
定し、この測定対象面対応信号に基づいて算定する受光
ビームの中心位置を測定対象面対応位置として規定し、
受光信号を受光素子上の各位置の光強度信号として出力
する光電変換素子を用いることにより、対象物測定対象
面からの反射光ビームを受光してその光強度分布に従う
受光強度信号を取り込み、その受光強度信号に基づき上
記補正係数を介して上記反射面対応位置を算定すること
により、対象物の位置を検出するようにしたことを特徴
とする方法である。
《作 用》 上記のように、本発明では測定対象面が異種の反射率を
持つ反射領域によって構成されている場合において、反
射光ビームを一次元配列の光電変換素子で受光し、その
光強度分布に従う受光強度信号に基づいて受光ビームの
中心位置を算定するに際し、上記受光強度信号を補正係
数によつて一旦測定対象面対応信号に補正してそれから
受光ビームの中心位置を算定するか、あるいは、前記測
定対象面対応信号と上記受光強度信号との差信号に基づ
いて受光ビームの中心位置を補正する。上記補正によつ
て求めた受光ビームの中心位置が測定対象面対応位置で
あり、対象物の位置を受光素子の有効受光範囲内で正確
に検出することができる。
《実施例》 以下図面に基づいて本発明の実施例を説明する。
第1図は本方法発明による光学式位置検出装置の概要
図、第4図は演算回路による演算処理の内容を例示する
フローチャートである。
この位置検出装置はプロキシミティ露光装置用位置検出
装置として構成され、フォトマスク1の表面1aに光ビー
ムBを投光する投光器2と、反射光ビームBを受光
する受光器5と、受光器5から出力される受光信号E
(χ)を増幅する増幅器8と、A/D変換器9と、その
信号に基づいて受光ビームの中心位置Mを演算し位置信
号Mを出力する演算回路10と、初期設定値等に基づいて
上記位置信号Mを較正する較正回路11とを具備して成
る。
上記投光器2は光源としてレーザ光ビームを射出するLD
3と、そのレーザ光ビームを所要のビーム直径に絞り込
む投影用レンズ4・4を備え、フォトマスク1の表面1a
へ入射光ビームBをある角度で投光するように構成さ
れている。
一方受光器5は入射光ビームBで照明したフォトマス
ク表面のスポット照明領域Jを拡大して結像する受光用
レンズ6・6と、結像面に一次元配列のCCD素子である
光電変換器7とを備え、フォトマスク1上のスポット照
明領域Jからの反射光ビームBを受光して、例えば第
2図あるいは第3図に示すような受光強度分布に従う受
光強度信号E(χ)を時系列で出力するように構成され
ている。なお、フォトマスク1上のスポット照明領域J
は前記した第7図に示すものと同様に、ガラス板が露出
した反射領域Gとマスク・パターンによる反射領域Pと
が混在しているため、光電変換器7より出力される受光
強度信号E(χ)はガラス板による反射領域Gでの反射
光強度が減少し、第2図及び第3図の斜線部で示すよう
な受光強度分布に従う信号レベルになっている。
演算回路10は例えばマイクロコンピュータによって構成
され、上記受光強度信号E(χ)に基づいて、フォトマ
スク1の反射面1aに対応する位置を演算し、その位置信
号を出力するようになつている。
以下、第2図〜第4図に基づいて上記演算処理の内容を
説明する。
先ずステップSでは、操作部よりあらかじめ補正係数
Kを設定入力しておく。この補正係数Kは、前記フォト
マスク1の反射面上におけるガラス板が露出した反射領
域Gの反射率に対するマスク・パターンによる反射領域
Pの反射率の比として規定する。従つて、この補正係数
Kは次式に対応する値になつている。
K=f(χ)/F(χ) …(3) ここで、f(χ)はフォトマスク表面1aがマスク・パタ
ーン部分Pを含まない場合、つまりガラス板部分Gのみ
である場合の反射光ビームの受光強度信号を示し、また
F(χ)はフォトマスク表面1aがマスク・パターン部分
Pのみからなる場合の反射光ビームの受光強度信号を示
し、説明の便宜上、後者F(χ)を測定対象面対応信号
として規定するが、両者はいずれもほぼ正規分布をな
す。
ステップSではフォトマスク表面1aで反射した反射光
ビームBを光電変換器7で受光して、その受光強度分
布に従う受光強度信号E(χ)を演算回路10のバッファ
メモリ内へ取り込む。
ステップSでは受光強度信号E(χ)の落ち込み位置
Aiを検索して内部メモリに記憶し、同様にステップS
では立上がり位置Biを検索する。この検索は例えば、受
光強度信号E(χ)の変化率(dE(χ)/dχ)の正・
負及び絶対値が所定値より大きいか否かを判別すること
によって実行される。
上記検索によって、マスク・パターンによる反射光強度
の落ち込み範囲及びその個数Nが定まる。
ステップSでは上記検索結果に基づいて、受光強度信
号E(χ)の落ち込み部分を測定対象面対応信号F
(χ)のレベルに補正する。例えば第3図にあってはAi
〜Biの範囲にかけて落ち込んだ信号レベルE(χ)を前
記補正係数Kを介して破線で示す信号レベルF(χ)ま
で引き上げることを意味する。これは次式で表わすこと
ができる。
ステップSでは、補正した上記測定対象面対応信号F
(χ)に基づいて受光ビームBの中心位置Mを算出す
る。中心位置Mは次式で与えられ、この位置Mは測定対
象面1aに対応する位置になっている。
ステップSでは上記演算結果Mに基づいて測定対象面
の位置信号Xを出力する。即ち、先の置信号Mは、あら
かじめ一つ以上の既知の基準位置に対して得られた出力
信号に基づいて較正回路11を介して較正され、対象物の
位置信号Xとしと出力される。
次に、受光ビームの中心位置Mを算出する別実施例を第
5図に基づいて説明する。
第5図は演算回路10による演算処理の別実施例を例示す
るフローチャートである。なお、同図中ステップS
及びステップSの処理内容は先に説明した内容と
同一であるのでその説明を省く。
ステップS′では、ステップS及びステップS
検索結果に基づいて受光強度信号E(χ)の凹部信号部
分Giを前記第4式に基づいて測定対象面対応信号F
(χ)のレベルまで補正するとともに、下記(6)式及
び(7)式により、それぞれ受光ビームの光強度重心位
置M及び凹部信号部分Giの重心のX座標位置Miを算出
する。
なお、上記(7)式は計算の便宜上(7a)式のように変
形することもできる。
この場合には、受光強度信号E(χ)の凹部信号部分Gi
をあらかじめ測定対象面対応信号F(χ)のレベルまで
補正する必要はなく、信号波形のノイズ等による乱れの
影響による誤差も小さい。
ステップS′では上記光強度重心位置M及び凹部の
重心位置Miに基づき(8)式により受光ビームの中心位
置Mを算出する。
M=(M+ΣMiGi)/(G+ΣGi) …(8) 上記実施例は、いずれも反射光強度が高い方の正規分布
信号F(χ)を測定対象面対応信号として規定した場合
について説明したがこれに限らず、反射光強度の低い方
の正規分布信号f(χ)を測定対象物対応信号として規
定した場合でも、同様に受光ビームの中心位置Mを正確
に算出することができる。
なお、上記実施例では、プロキシミティ露光装置用位置
検出装置として説明したが、これに限るものではなく、
例えば、投影露光機、パターン測定装置、オートフォー
カス装置、一般の位置検出器等にも用いることができ
る。
《発明の効果》 以上の説明で明らかなように本発明の方法によれば、対
象物の測定対象面が異種の反射率を持つ反射面を含む場
合でも、その受光強度分布に従う受光強度信号を補正し
て受光ビームの中心位置、つまり測定対象面対応位置を
正確に検出することがでるので、検出位置の精度を一層
向上させることがきる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本方法発明による実施例装置の概要図、第2図
及び第3図はそれぞれ受光強度分布に従う受光強度信号
の模式図、第4図及び第5図はそれぞれ別実施例に係る
演算処理の内容を例示するフローチャート、第6図は従
来例による位置検出装置の概要図、第7図は対象物であ
るフォトマスク上のスポット状照明部の拡大図、第8図
は第2図相当図である。 1……対象物(フォトマスク)、1a……測定対象面、2
……投光器、5……受光器、7……光電変換素子(光電
変換器)、10……演算回路、B……入射光ビーム、B
……反射光ビーム、E(χ)……受光強度信号、F
(χ)……測定対象面対応信号、Gi……凹又は凸部信号
部分、K……補正係数、M……測定対象面対応位置(受
光ビーム中心位置)、M……受光ビームの光強度中心
位置、Mi……凹又は凸部重心位置。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】対象物に光ビームを投光し、その反射光ビ
    ームを少なくとも一次元配列の光電変換素子で受光し、
    その受光信号に基づいて対象物の位置を検出する光学式
    位置検出方法において、 当該対象物の測定対象面上における異る反射率を持つ反
    射領域相互間の反射率の比を補正係数として規定し、異
    る反射率を持つ反射領域のうちの一つの反射率を持つ反
    射領域のみからの反射光ビームの光強度分布に従う光強
    度信号を測定対象面対応信号として規定し、この測定対
    象面対応信号に基づいて算定する受光ビームの中心位置
    を測定対象面対応位置として規定し、受光信号を受光素
    子上の各位置の光強度信号として出力する光電変換素子
    を用いることにより、対象物測定対象面からの反射光ビ
    ームを受光してその光強度分布に従う受光強度信号を取
    り込み、その受光強度信号に基づき上記補正係数を介し
    て上記反射面対応位置を算定することにより、対象物の
    位置を検出するようにしたことを特徴とする光学式位置
    検出方法
  2. 【請求項2】補正係数を介して測定対象面対応位置を算
    定するに際し、上記取り込んだ受光強度信号を一旦補正
    係数を介して測定対象面対応信号に補正し、その補正し
    た測定対象面対応信号に基づいて受光ビームの中心位置
    を算定するようにした特許請求の範囲第1項に記載の光
    学式位置検出方法
  3. 【請求項3】補正係数を介して測定対象面対応位置を算
    定するに際し、受光強度信号に基づき受光ビームの光強
    度重心位置を算出するとともに、上記補正した測定対象
    面対応信号と受光強度信号の凹又は凸部信号部分より凹
    又は凸部重心位置を算出し、光強度重心位置及び凹又は
    凸部重心位置より受光ビームの中心位置を算定するよう
    にした特許請求の範囲第2項に記載の光学式位置検出方
JP33101587A 1987-12-25 1987-12-25 光学式位置検出方法 Expired - Lifetime JPH0663763B2 (ja)

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