JPS6370105A

JPS6370105A - マスク・ウエハ間隙設定方法

Info

Publication number: JPS6370105A
Application number: JP61212567A
Authority: JP
Inventors: Yoriyuki Ishibashi; 石橋　頼幸; Norio Uchida; 内田　憲男; Masayuki Masuyama; 正幸増山
Original assignee: Toshiba Corp; Tokyo Optical Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Tokyo Optical Co Ltd
Priority date: 1986-09-11
Filing date: 1986-09-11
Publication date: 1988-03-30

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】［発明の目的コ〈産業上の利用分野）本発明は、マスクとウェハとの間隙を所望の設定長に合
わせる方法に係わり、特にフレネルゾーンプレートを用
いたマスク・ウェハ間隙設定方法に関する。

（従来の技術）従来、半導体製造装置の一つとして、マスク上のパター
ンをウェハ上に転写する投影露光装置が用いられている
。この種の装置では、マスクとウェハとの間隙（ギャッ
プ）を所望の設定長に合わせる必要があるが、このギャ
ップ設定方法として、フレネルゾーンプレートと回折格
子を用いた方法が知られている。以下、この方法につい
て、第７図及び第８図を参照して簡単に説明する。

第７図に示す如くマスク７１とウェハ７２とが対向配置
されており、マスク・ウェハの設定ギャップをｆｏ　と
する。マスク７１上に焦点距離ｒＯのフレネルゾーンプ
レート７３を設け、ウェハ７２上にこれと対をなす１次
元回折格子７４を設ける。これらをマスク上面より平行
照明すると、マスク７１に設けられたフレネルゾーンプ
レート７３がレンズとして作用するので、マスク７１か
ら距ｍｆｏの位置に線状のスポット光が結像される。

このとき、ウェハ７２に設けた回折格子７３からの反則
光、例えば１次の反射光を検出すれば、検出光強度は第
８図に示す如くなる。即ち、ウェハ７２がｆａの位置に
あればウェハ面からの反射光強度は最大となり、ｆｏ以
外の位置では反射光強度はそれよりも小さくなる。従っ
て、反射光強度がピーク値となるようにマスク７１或い
はウェハ７２を移動すれば、マスク・ウェハのギャップ
が所望の設定長ｆｏ　に合わされることになる。

しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。即ち、マスク・ウェハの設定ギャップは焦点
用Ｍｆｏの位置となるので、ギャップ設定のための信号
処理としてはピーク検出である。従って、マスク・ウェ
ハのギャップがｆ。

の近傍にある場合、実際のギャップがｆＯよりも大きい
か小さいかを検出信号から知ることはできない。また、
ピーク検出であることから、実際のギャップがｆｏ８通
過しないとピーク値を知ることはできず、ギャップ合わ
せに時間が！卦かる等の問題があった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の方法では、ピーク検出によりマスク・
ウェハのギャップを合わせる必要があり、その制御が非
常に困難であると共に時間が掛かった。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、その目的
とするところは、ピーク検出ではなく０点検出等の手段
により、マスクとウェハとの間隙を所望の設定長に合わ
せることができ、間隙設定の容易化をはかり得るマスク
・ウェハ間隙設定方法を提供することにある。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明の骨子は、焦点距離の異なる２つのフレネルゾー
ンプレート及びこれらと対をなす回折格子を用いること
により、０点検出等の手段によりギ１シップ合わせを可
能としたことにある。

即ち本発明は、相互に対向配置されたマスクとウェハと
の間隙を可変設定し、この間隙を所望の設定長ｆ、に合
わせるマスク・ウェハ間隙設定方法において、前記マス
クに前記８１定良ｆｏよりも短い焦点路１１ｆｔｆｔを
有する第１のフレネルゾーンプレート及び前記設定長ｆ
、よりも長い焦点距離ｆ２を有する第２の７レネルゾー
ンプレートを設けると共に、前記ウェハに上記各フレネ
ルゾーンプレー１・と対をなす第１及び第２の１次元回
折格子を設け、上記フレネルゾーンプレートを介して上
記回折格子をそれぞれ照明し、該回折格子からの反射光
をそれぞれ検出し、これらの検出信号の差分に基き前記
マスク及びウェハの少なくとも一方を移動してこれらの
間隙を可変設定するようにした方法である。

（作用）上記方法であれば、マスクとウェハとの間隙の設定長ｆ
ａ近傍のｆ、−ｆ２においては、各検出信号の差分は一
方向に増加若しくは減少するものとなる。従って、差分
出力と実際の間隙との関係を予め求めておくことにより
、差分出力が所定値（一般には零）となるように制御す
ることで、マスク・ウェハの間隙を設定長ｆ口に合わせ
ることが可能となる。

（実施例）以下、本発明の詳細を図示の実施例によって説明する。

第１図は本発明の第１の実施例方法に使用したマスク・
ウェハの間隙設定装置を示す概略構成図である。図中１
０はマスク、２０はウェハであり、これらは対向配置さ
れている。マスク１０には、焦点路１１ｆ１　、ｆ２　
、ｆ（１の第１乃至第３のフレネルゾーンプレート１１
．１２．１３が形成されている。マスク１０はマスクホ
ルダー３１に取付けられており、ホルダー３１は圧電素
子３２を介して固定端に固定されている。そして、圧電
素子３２は圧電素子駆動系３３により駆動され、これに
よりマスク１０は上下方向に移動するものとなっている
。

ウェハ２０には、上記フレネルゾーンプレート１１、〜
．１３に対応して第１乃至Ｍ３の１次元回折格子２１，
２２．２３が形成されている。ウェハ２０は試料ステー
ジ３４に載置されており、このステージ３４はステージ
駆動系３５により駆動されるものとなっている。

一方、レーザ光源４１からのレーザ光は、反射ミラー４
２により反射され各フレネルゾーンプレー　１−１１、
〜．１３に照射される。フレネルゾーンプレート１１．
〜．１３により集束された光は、回折格子２１．〜．２
３にそれぞれ照射され、この光照射により回折格子２１
．〜．２３では光が所定方向に反射される。回折格子２
１．〜．２３で反射した光は、フレネルゾーンプレート
１１゜〜、１３及び反射ミラー４３ａ、４３ｂ、４３Ｃ
を介して第１乃至第３のフォトセンサ４４ａ。

４４ｂ、４４ｃにて検出される。フォトセンサ４４ａ、
〜、４４Ｃの各検出信号は信号処理回路４５に供給され
る。

信号処理回路４５では、上記入力した各検出信号に基い
てマスク１０とウェハ２０とのギャップが求められ、更
にマスク１０とウェハ２０とのイ目対位置が求められる
。そして、マスク１０を移動すべき目及びウェハ２０を
移動すべき吊に相当する制御信号が、前記圧電素子駆動
回路３３及びステージ駆動回路３５にそれぞれ供給され
るものとなっている。

ここで、第１乃至第３のフレネルゾーンプレート１１．
〜．１３は、第２図に示す如く光透過部と光Ｍ断部とを
その焦点距離に対応する所定の関係に配置した１次元フ
レネルゾーンプレートである。第１乃至第３の回折格子
２１．〜．２３は。

第３図（ａ）〜（Ｃ）に示す如く、フレネルゾーンプレ
ート１１．〜．１３の配列方向と直交する方向に光透過
部と光遮断部とを配置した１次元のものである。そして
、第１の回折格子２１のピッチＰｓ　、第２の回折格子
２２のピンチＰ２及び第３の回折格子２３のピッチＰ３
の関係は、ＰＧ　−ぐＰ２＜ＰＬとなっている。

次に、上記装置を用いたマスク・ウェハの間隙設定方法
について説明する。

まず、レーザ光＋！！４１により第１及び第２のフレネ
ルゾーンプレート１１．１２を同時に照明する。そして
、第１及び第２の回折格子２１．２２で反射した１次の
反射光をそれぞれ第１及び第２のセンサ４４ａ、４４ｂ
で検出する。ここで、第１及び第２の回折格子２１．２
２のピッチＰ１゜Ｐ２が異なっているので、異なる位置
に配置したセンサ４４ａ、４４ｔ）でこれらの反射光を
独立に検出することができる。センサ４４ａ、４４ｂの
各検出信号を信号処理回路４５により信号処理して、マ
スク１０とウェハ２０との間隙（ギャップ）を求める。

即ち、センサ４４ａ、４４ｂの各検出信号を差動アンプ
を通すことにより各検出信号の差分を求める。ここで、
差分信号は、第４図に示す如くなる。つまり、ギャップ
がｆ、のとき出力Ｏで、ｆ、近傍ではギッヤプがｆ、よ
り小さいと出力が正（又は負）となり、ギッヤプがｆ、
より大きいと出力が負（又は正）となる。従って、ギャ
ップをｆＩｌｌに設定するには、差動アンプ出力が零と
なるように圧電素子３２を駆動すればよい。

一方；ギャップがｆ、に設定されたら、次にレーザ光源
４１により第３のフレネルゾーンプレート１３を照明す
る。そして、このときの第３のフォトセンサ４４Ｃの検
出信号を元にマスク・ウェハの相対位置ずれ量を求め、
このずれ最に応じてステージ３４を移動することにより
マスク・ウェハの相対位置を合わせる。これにより、マ
スク１０とウェハ２０とはそのギャップが所望の設定長
ｆ、に合すせられ、さらにこれらの相対位置も合わせら
れることになる。

このように本実施例方法によれば、設定ギャップｆｏよ
りも短い焦点路１１ｆｔ及びｆｏよりも長い焦点距離ｆ
２を有するフレネルゾーンプレート１１．１２を用いる
ことにより、０点検出によりマスク１０とウェハ２０と
のギャップ設定を行うことができる。そしてこの場合、
ギャップ設定長ｔ’ｏに対し、差分信号の正負から遠近
を判断することができるので、ギャップ設定が容易とな
り、さらに高精度のギャップ設定を行うことができる。

第５図は本発明の第２の実施例方法を説明するための模
式図である。なお、第１図と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先に説明した実施例と責なる点は、第１及
び第２のフレネルゾーンプレートを交互に照明すると共
に、第１及び第２の回折格子からの反射光を同じフォト
センサで検出することにある。

即ち、レーザ光［４１からのレーザ光を、光偏向器５１
により発振器５２の発振周波数と同期して偏向し、第１
及び第２のフレネルゾーンプレート１１．１２を交互に
照明する。ここで、第１及び第２の回折格子のピッチＰ
１．Ｐ２は等しくしておく。この場合、回折格子２１．
２２からの反射光、例えば１次の反射光は略同一方向に
進むので、同一のフォトセンサ４４によりこれらの反射
光を検出することができる。センサ４４の検出出力を同
期検波回路５３に入力し、発振器５２の発振周波数に同
期して検波する。この同門検波により、上記各検出信号
の差分が求められ、前記第２図と同様の出力特性が得ら
れる。

従って、同期検波出力に基いてマスク・ウェハの間隙設
定を０点検出により行うことができ、先の実施例と同様
の効果が得られる。

第６図は本発明の第３の実施例方法を説明するための模
式図である。なお、第１図及び第５図と同一部分には同
一符号を付して、その詳しい説明は省略する。

この実施例が先の第１の実流例と異なる点は、光源から
の光を変調すると共に、前記差分出力を同期検波するこ
とにある。即ち、レーザ光３！４１からのレーザ光を光
ヂョッパ５４により発振器５２の発振周波数に同期して
チョッピングし、この変調された光を第１及び第２のフ
レネルゾーンプレート１１．１２に同時に照射する。第
１及び第２の回折格子２１．２２からの反射光を先の第
１の実施例と同様に２つのフォトセンサ４４ａ。

４４ｂにて検出する。センサ４４８，４４ｂの各検出出
力を差動アンプ５５に入力することにより、これらの差
分出力を得る。そして、この差分信号を同期検波回路５
３により同期検波することにより、前記第２図に示す如
き出力特性を得ることができる。従って、先の第１の実
施例と同様の効果が得られる。

なお、本発明は上述した各実施例方法に限定されるもの
ではない。実施例では、前記差分出力或いは同期検波出
力がＯになる点と設定間隙ｆ、とが一致するようにした
が、ｆｏの点で上記出力がある有限の値を取るようにし
てもよい。この場合、０点検出ではないが、ピーク検出
とは異なり、設定間隙の前後で単調増加若しくは単調減
少となる出力がある一定値となるように制御すれはよい
ので、マスク・ウェハの間隙設定を容易に行うことが可
能である。また、ギャップ設定のために、マスクを移動
する代りにウェハを移動してもよいのは、勿論のことで
ある。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、ｌ々
変形して実茄することができる。

［発明の効果］以上詳述したように本発明によれば、焦点距離の異なる
２つのフレネルゾーンプレート及びこれらと対をなす回
折格子を設けておくことにより、２つの検出信号の差分
が零若しくはある有限の値となるように制御して、マス
ク・ウェハの間隙を設定長ｆ、に合わせることができる
。従って、マスク・ウェハの間隙設定を容易且つ短時間
に行うことができ、さらに高精度の間隙設定を行うこと
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例方法に使用したマスク・
ウェハのギャップ設定８置を示す慨略構成図、第２図は
フレネルゾーンプレートパターンを示す平面図、第３図
は回折格子パターンを示す平面図、第４図はギャップに
対する検出信号の差分出力の変化を示す特性図、第５図
は本発明の第２の実施例方法を説明するための模式図、
第６図は本発明の第３の実茄例方法を説明するための模
式図、第７図は従来のマスク・ウェハのギャップ設定方
法を説明するための模式図、第８図はギャップと回折光
強度との関係を示す特性図である。１０・・・マスク、１１．〜．１３・・・フレネルゾー
ンプレート、２０・・・ウェハ、２１．〜．２３・・・
回折格子、３１・・・マスクホルダー、３２・・・圧電
素子、３３・・・圧電素子駆動系、３４・・・ステージ
、３５・・・ステージ駆動系、４１・・・レーザ光源、
４４．４４ａ、〜、４４Ｃ・・・フォトセンサ、４５・
・・信号処理回路、５１・・・光偏向器、５２・・・発
撮器、５３・・・同期検波回路、５４・・・光チョッパ
、５５・・・作動アンプ。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第１図第２図（ａ）　　　　（ｂ）　　　　（ｃ）第３図嶌５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）相互に対向配置されたマスクとウェハとの間隙を
可変設定し、この間隙を所望の設定長ｆ＿０に合わせる
マスク・ウェハ間隙設定方法において、前記マスクに前
記設定長ｆ＿０よりも短い焦点距離ｆ＿１を有する第１
のフレネルゾーンプレート及び前記設定長ｆ＿０よりも
長い焦点距離ｆ＿２を有する第２のフレネルゾーンプレ
ートを設けると共に、前記ウェハに上記各フレネルゾー
ンプレートと対をなす第１及び第２の１次元回折格子を
設け、上記フレネルゾーンプレートを介して上記回折格
子をそれぞれ照明し、該回折格子からの反射光をそれぞ
れ検出し、これらの検出信号の差分に基き前記マスク及
びウェハの少なくとも一方を移動してこれらの間隙を可
変設定することを特徴とするマスク・ウェハ間隙設定方
法。
（２）前記マスクとウェハとの間隙を可変設定する手段
として、前記各検出信号の差分が零となるように前記マ
スク及びウェハの少なくとも一方を移動することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載のマスク・ウェハ間隙
設定方法。
（３）前記回折格子を照明する手段として、前記各フレ
ネルゾーンプレートを同時に照明し、前記反射光を検出
する手段として、前記各回折格子からの１次の反射光を
異なる光検出器でそれぞれ検出することを特徴とする特
許請求の範囲第１項記載のマスク・ウェハ間隙設定方法
。
（４）前記２つの回折格子のピッチを、異なる値にした
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のマスク・
ウェハ間隙設定方法。
（５）前記回折格子を照明する手段として、前記各フレ
ネルゾーンプレートを交互に照明し、前記反射光を検出
する手段として、前記各回折格子からの１次の反射光を
同一の光検出器で検出し、前記各検出信号の差分を求め
る手段として、上記光検出器の出力を上記光照射に同期
して検波することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のマスク・ウェハ間隙設定方法。
（６）前記２つの回折格子のピッチを、等しくしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第５項記載のマスク・ウェ
ハ間隙設定方法。
（７）前記第１及び第２のフレネルゾーンプレートの間
に焦点距離ｆ＿０を有する第３のフレネルゾーンプレー
トを設けると共に、前記第１及び第２の回折格子の間に
上記第３のフレネルゾーンプレートと対をなす第３の１
次元回折格子を設け、前記マスクとウェハとの間隙を前
記設定長ｆ＿０に合わせたのち、上記第３のフレネルゾ
ーンプレートを介して上記第３の回折格子を照明し、該
回折格子からの反射光を検出し、この検出信号に基いて
マスクとウェハとの相対位置を合わせることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のマスク・ウェハ間隙設定
方法。