JPH08327334A - ギャップ測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、２つの被測定面間のギャップ測定を
高能率かつ高精度に行うことのできるギャップ測定装置
を提供することを目的とする。 【構成】第１の光源１０から出射されたレーザ光１１を
マスク１に照射してその反射光を検出し、これと共に第
２の光源１６から出射されたレーザ光１７をプレート２
に照射してその反射光を検出し、これら反射光を各検出
器２７、２８によりその光量に応じた各電気信号ｅ１、
ｅ２に変換出力し、ギャップ算出部２９によりこれら検
出器２７、２８から出力される各電気信号ｅ１、ｅ２の
レベルに基づいてマスク１とプレート２とのギャップｇ
0 を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばプロキィミティ
露光装置におけるマスクとプレート間のギャップの測定
に好適なギャップ測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プロキィミティ露光装置は、マスクとプ
レートとを所定間隔つまり所定のギャップだけ離して配
置し、露光用光をマスクを通してプレートに照射し、マ
スクに形成されたパターンをプレートに転写するものと
なっている。

【０００３】このような露光装置では、露光処理に先立
ち、マスクとプレートと間が所定のギャップだけ離して
配置されているか否かの測定が行われる。図３はかかる
ギャップ測定装置の構成図である。

【０００４】プロキィミティ露光装置のマスク１とプレ
ート２とが配置され、かつこのうちマスク１の裏面側の
近傍には、ギャップセンサ３が配置されている。先ず、
ギャップセンサ３は、マスク１の裏面に測定配置を設定
し、この位置をスケール４上の位置Ａとする。

【０００５】次にギャップセンサ３は、スケール４に沿
って移動され、その測定範囲をプレート２の表面に設定
し、この位置をスケール４上の位置Ｂとする。ここで、
スケール４により得られるギャップセンサ３の移動量を
ｍ、各位置Ａ、Ｂにおけるギャップセンサ３の各出力を
ｄ１、ｄ２とすると、マスク１とプレート２との間のギ
ャップｇは、 ｄ１＝ｄ２＝０ ｇ＝ｍ …(1) （ｄ１，ｄ２）≠０ ｇ＝ｍ＋（ｄ１−ｄ２） …(2) により求められる。

【０００６】なお、ギャップセンサ３からの各出力ｄ
１、ｄ２は、それぞれがマスク１の裏面及びプレート２
の表面にあるとき０となるように設定されている。そし
て、測定位置が位置Ａ、Ｂにない場合は、出力ｄ１、ｄ
２の差がギャップｇと移動量ｍとの差を示すように設け
られている。つまり、この場合、測定位置をＡ、Ｂに精
密に位置決めしなくてもギャップ測定が可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなギャップ測定では、ギャップセンサ３の移動量ｍを
測定するために、スケール４又は変位検出センサ等が別
途必要となる。又、ギャップセンサ３を移動させる必要
があるため、測定したギャップ値ｇは、ギャップセンサ
３の各位置Ａ、Ｂの各誤差を含んだ値となる。

【０００８】そのうえ、マスク１の面及びプレート２の
面をそれぞれ独立に測定するので、瞬時にギャップ値ｇ
を測定することが困難である。そこで本発明は、２つの
被測定面間のギャップ測定を高能率かつ高精度に行うこ
とのできるギャップ測定装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、平行
な２つの被測定面間のギャップを測定するギャップ測定
装置において、被測定面に対応して各別に設けられた一
対の光源と、これら光源から出力された測定光を対応す
る被測定面に集光させる集光光学系と、この集光光学系
による集光により各被測定面から反射した一対の反射測
定光を分離する反射測定光分離光学系と、この反射測定
光分離光学系にて分離された反射測定光を各別に受光し
て光電変換する一対の光電変換器と、この光電変換器に
おける検出結果に基づいてギャップを算出するギャップ
算出手段と、を備えて上記目的を達成しようとするギャ
ップ測定装置である。

【００１０】請求項２によれば、集光光学系は、各光源
ごとに近接して設けられた一対の第１のレンズと、これ
ら第１のレンズを経由してきた一対の測定光を対応する
被測定面に集光させる第２のレンズとを有し、測定光の
集光位置の調整は、光源と第１のレンズとの間隔の調整
により行うようにしたギャップ測定装置である。

【００１１】請求項３によれば、集光光学系は、各第１
のレンズごとに設けられた第１のレンズを経由してきた
一対の測定光を第２のレンズの光軸に沿う方向に反射さ
せるハーフミラーを有するギャップ測定装置である。

【００１２】請求項４によれば、一対の光源からの測定
光は、それぞれｐ偏光及びｓ偏光となっているギャップ
測定装置である。請求項５によれば、測定光分離光学系
は、偏光ビームスプリッタであり、各被測定面から反射
した一対の反射測定光をｐ偏光及びｓ偏光に応じて分離
するギャップ測定装置である。

【００１３】請求項６によれば、一対の光源から出力さ
れる測定光は、レーザ光であるギャップ測定装置であ
る。請求項７によれば、一対のハーフミラーと第２のレ
ンズとの間に設けられた一枚の４分の１波長板と、一対
のハーフミラーと対応する第１のレンズとの間に各別に
設けられた一対の偏光ビームスプリッタと、この偏光ビ
ームスプリッタと第１のレンズとの間に各別に設けられ
た一対の光遮蔽体とを備え、ハーフミラーにて反射した
反射測定光の一対の光源への入射を偏光ビームスプリッ
タ及び光遮蔽体により防止する反射測定光入射素子手段
を有するギャップ測定装置である。

【００１４】請求項８によれば、一対の光遮蔽体は、対
応する各第１のレンズを透過した光源からの測定光のう
ち、光軸を中心とする半円部分のみ通過させるギャップ
測定装置である。

【００１５】

【作用】請求項１乃至請求項５のギャップ測定装置によ
れば、２つの被測定面のギャップ測定において、各被測
定面から反射した一対の反射測定光を分離する反射測定
光分離光学系を具備しているので、ギャップの測定を瞬
時にかつ高精度で求めることが可能となる。従って、こ
の装置を、例えばプロキィミティ露光におけるマスクと
プレート間のギャップ測定に適用した場合に顕著な効果
を奏する。

【００１６】請求項６乃至請求項８のギャップ測定装置
によれば、２つの被測定面のギャップ測定において、各
被測定面から反射した反射測定光の光源への入射を防止
する反射測定光入射素子手段を有しているので、入射光
と出射光との干渉に起因するレーザ光発振特性の劣化で
あるモードホップ現象の発生を回避することができ、ギ
ャップ測定の向上に寄与することができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１は請求項１〜８に対応するプロキィ
ミティ露光装置に適用したギャップ測定装置の構成図で
ある。

【００１８】第１の光源１０は、半導体レーザ装置であ
って、ｐ偏光のレーザ光（実線）１１をマスク１及びプ
レート２の面方向と同一方向に出射するものとなってい
る。この第１の光源の出射光路上には、レーザ光１１を
平行光にするコリメータレンズ１２及びスリット１３が
配置され、このスリット１３により第１の光源から出射
された円筒状光束の下半分がカットされるようになって
いる。

【００１９】又、この第１の光源１０の出射光路上に
は、偏光ビームスプリッタ１４及びハーフミラー１５が
配置されている。一方、第２の光源１６は、半導体レー
ザ装置であって、ｓ偏光のレーザ光（点線）１７をマス
ク１及びプレート２の面に対して垂直方向と同一方向に
出射するものとなっている。

【００２０】この第２の光源１６には、コリメータレン
ズ１８及びスリット１９が配置され、このスリット１９
により第２の光源１６から出射された円筒状光束の右半
分がカットされるようになっている。

【００２１】又、この第２の光源１６の出射光路上に
は、偏光ビームスプリッタ２０及びハーフミラー２１が
配置されている。これらハーフミラー１５、２１は、マ
スク１及びプレート２の各面の垂直軸２２上に配置され
ている。そして、これらハーフミラー１５、２１のマス
ク１側の垂直軸２２上には、４分の１波長板２３、対物
レンズ２４が配置されている。

【００２２】ここで、第１の光源１０とコリメータレン
ズ１２との間隔は、ｐ偏光のレーザ光１１が、対物レン
ズ２４によりマスク１の裏面近傍に集光するように予め
設定されている。

【００２３】一方、第２の光源１６とコリメータレンズ
１８との間隔は、ｓ偏光のレーザ光１７が、対物レンズ
２４によりプレート２の表面近傍に集光するように予め
設定されている。

【００２４】その結果、ｐ偏光のレーザ光１１は、コリ
メータレンズ１２を通過すると平行光に変換される。一
方、ｓ偏光のレーザ光１７は、コリメータレンズ１８を
通過すると散乱光となる。

【００２５】又、各ハーフミラー１５、２１からマスク
１とは反対側の垂直軸２２上には、変位検出光学系２
５、測定光分離光学系としての偏光ビームスプリッタ２
６が配置されている。

【００２６】このうち変位検出光学系２５は、例えば非
点収差法、ナイフエッジ法、フーコー法、臨界角法とい
ったフォーカスエラー検出法が用いられている。上記偏
光ビームスプリッタ２６の各分岐方向には、それぞれ第
１の検出器２７、第２の検出器２８が配置されている。

【００２７】なお、第１のレンズとしての各コリメータ
レンズ１２、１８、第２のレンズとしての対物レンズ２
４及び各ハーフミラー１５、２１により集光光学系が構
成されている。

【００２８】又、４分の１波長板２３、各偏光ビームス
プリッタ１４、２０及び光遮蔽体としての各スリット１
３、１９により反射測定光素子手段が構成されている。
これら第１及び第２の検出器２７、２８は、それぞれ受
光した光量に応じたレベルの電気信号に変換出力する機
能を有している。

【００２９】ギャップ算出部２９は、第１及び第２の検
出器２７、２８から出力される各電気信号ｅ１、ｅ２を
入力し、これら電気信号ｅ１、ｅ２のレベルに基づいて
マスク１とプレート２の間のギャップｇ0 を求める機能
を有している。

【００３０】具体的には、図２に示すように第１及び第
２の検出器２７、２８から出力される各電気信号ｅ１、
ｅ２は、プレート２の高さ方向Ｚ、つまりマスク１とプ
レート２３とのギャップｇ0 に比例した信号レベル変化
を示す。

【００３１】この場合、第１の検出器２７は、第１の光
源１０から出射し、マスク１の裏面Ｏからの反射光の光
量に応じた電気信号ｅ１を出力し、又、第２の検出器２
８は、第２の光源１６から出射し、プレート２の表面Ｏ
´からの反射光の光量に応じた電気信号ｅ２を出力して
いる。

【００３２】従って、ギャップ算出部２９は、これら第
１及び第２の検出器２７、２８から出力される各電気信
号ｅ１、ｅ２のレベル差に基づいてマスク１とプレート
２の間のギャップｇ0 を求める機能を有している。

【００３３】次に上記の如く構成された装置の作用につ
いて説明する。第１の光源１０から出射されたｐ偏光の
レーザ光（実線）１１は、コリメータレンズ１２を通し
て平行なレーザ光に成形され、スリット１３により円筒
状光束の下半分がカットされる。

【００３４】このスリット１３を通ったレーザ光１１
は、偏光ビームスプリッタ１４に入射する。このときレ
ーザ光１１は、ｐ偏光となっているので、偏光ビームス
プリッタ１４を透過し、ハーフミラー１５に入射して互
いに直交する２方向に分岐される。

【００３５】このうちハーフミラー１５を透過した光
は、迷光として除去され、他方のハーフミラー１５から
下方に反射したレーザ光は、マスク１側に配置されたハ
ーフミラー２１、４分の１波長板２３を透過し、対物レ
ンズ２４によりマスク１の裏面Ｏに照射・集光される。

【００３６】このマスク１の裏面からの反射光は、対物
レンズ２４、４分の１波長板２３を透過してｓ偏光とな
り、各ハーフミラー２１、１５に入射する。なお、これ
らハーフミラー２１、１５に入射した反射光は、それぞ
れ直交する２方向に分岐されるが、このうち垂直軸２２
に対して直交する方向に分岐した各反射光は、それぞれ
偏光ビームスプリッタ２０、１４に入射する。このうち
偏光ビームスプリッタ２０に入射した反射光は、下方に
反射するが、スリット１９により遮蔽され、第２の光源
１６に入射することはない。これにより、入射光と出射
光との干渉に起因するレーザ光発振特性の劣化であるモ
ードホップ現象の発生が防止される。

【００３７】一方、偏光ビームスプリッタ１４に入射し
た反射光は、上方に反射し、迷光として除去される。こ
れらハーフミラー２１、１５を透過した反射光は、変位
検出光学系２５を通り、偏光ビームスプリッタ２６によ
り直交する方向に反射して第１の検出器２７に入射す
る。

【００３８】この第１の検出器２７は、マスク１の裏面
Ｏからの反射光を受光し、この反射光の光量に応じた電
気信号ｅ１を出力する。一方、第２の光源１６から出射
されたｓ偏光のレーザ光１７は、コリメータレンズ１８
を通り、スリット１９により円筒状光束の右半分がカッ
トされる。

【００３９】このスリット１９を通ったレーザ光１７
は、偏光ビームスプリッタ２０に入射する。このときレ
ーザ光１７は、ｓ偏光となっているので、偏光ビームス
プリッタ２０で直角方向に反射され、ハーフミラー２１
に入射して互いに直交する２方向に分岐される。

【００４０】このうちハーフミラー２１を透過したレー
ザ光は、迷光として除去され、他方のハーフミラー２１
から下方に反射したレーザ光は、マスク１側に配置され
た４分の１波長板２３を透過し、対物レンズ２４により
プレート２の表面Ｏ´に照射・集光される。

【００４１】このプレート２の表面０´からの反射光
は、対物レンズ２４、４分の１波長板２３を透過してｐ
偏光となり、各ハーフミラー２１、１５に入射する。な
お、これらハーフミラー２１、１５に入射した反射光
は、上記同様に、それぞれ直交する２方向に分岐される
が、このうち垂直軸２２に対して直交する方向に分岐し
た各反射光は、それぞれ偏光ビームスプリッタ２０、１
４に入射する。

【００４２】このうち、偏光ビームスプリッタ２０に入
射した反射光は、ｐ偏光であるので、そのまま直進し、
迷光として除去される。一方、偏光ビームスプリッタ１
４に入射した反射光は、そのまま直進し、スリット１３
により遮蔽され、第１の光源１０に入射することはな
い。これにより、入射光と出射光との干渉に起因するレ
ーザ光発振特性の劣化であるモードホップ現象の発生が
防止される。

【００４３】これらハーフミラー２１、１５を透過した
反射光は、変位検出光学系２５を通り、偏光ビームスプ
リッタ２６を透過して第２の検出器２８に入射する。こ
の第２の検出器２８は、プレート２の表面Ｏ´からの反
射光を受光し、この反射光の光量に応じた電気信号ｅ２
を出力する。

【００４４】ギャップ算出部２９は、これら第１及び第
２の検出器２７、２８から出力される各電気信号ｅ１、
ｅ２を入力し、図２に示すように各電気信号ｅ１、ｅ２
のレベル差に基づいてマスク１とプレート２の間のギャ
ップｇ0 を次式に従って求める。すなわち、 ｇ0 ＝ＡＣ＋ｄ１−ｄ２ …(3) ここで、ＡＣはシフト量と呼ばれ、マスク１の裏面とプ
レート２の表面とのギャップが予め定められた所定値と
なっているときの値である。

【００４５】又、ギャップ算出部２９にては、（ｇ0 −
ＡＣ）が、出力差（ｄ１−ｄ２）を示すように較正され
ている。これにより、対物レンズによる集光点が若干ず
れていても、高精度でギャップ測定が可能となる。

【００４６】この場合、ギャップ算出部２９は、プレー
ト２からの反射光に応じた電気信号ｅ２を電気信号ｅ１
と同一レベルとなるように零シフトし、このときのシフ
ト量ＡＣからマスク１とプレート２の間のギャップｇ0
を求めてもよい。

【００４７】このように上記一実施例においては、第１
の光源１０から出射されたレーザ光１１をマスク１に照
射してその反射光を検出し、これと共に第２の光源１６
から出射されたレーザ光１７をプレート２に照射してそ
の反射光を検出し、これら反射光を各検出器２７、２８
によりその光量に応じた各電気信号ｅ１、ｅ２に変換出
力し、ギャップ算出部２９によりこれら検出器２７、２
８から出力される各電気信号ｅ１、ｅ２のレベルに基づ
いてマスク１とプレート２とのギャップｇ0 を求めるよ
うにしたので、ギャップセンサを移動させたりギャップ
センサの各位置での測定を行うことがなく、瞬時にプロ
キィミティ露光のマスク１とプレート２の間のギャップ
測定ができ、かつそのギャップ測定結果の誤差を少なく
できる。

【００４８】又、第１及び第２の光源１０、１６を互い
に直交する直線偏光として光アイソレータを形成し、か
つ第１及び第２の光源１０、１６の各出射光路上に反射
測定光入射素子手段を構成するスリット１３、１９を配
置してあるので、これら光源１０、１６への戻り光に起
因する出射光と入射光との干渉によるレーザ光発振特性
の劣化であるモードホップ現象の発生を回避できる。

【００４９】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなく次の通り変形してもよい。例えば、平行光
をマスク１に照射するとともに発散光をプレート２に照
射するに限らず、収束光をマスク１に照射するとともに
平行光をプレート２に照射してもよい。

【００５０】又、上記実施例においては、測定光として
平行光と発散光とを用いたが、マスク１とプレート２に
測定光が集光する限りにおいて、両者を区別する必要は
なく、用はコリメータレンズ１２、１８と光源１０、１
６との間隔調整により、マスク１とプレート２に測定光
が集光するようにすればよい。又、プロキィミティ露光
装置のマスク１とプレート２とのギャップ測定に限ら
ず、他の各物体間のギャップ測定にも適用できる。

【００５１】

【発明の効果】請求項１乃至請求項５のギャップ測定装
置によれば、２つの被測定面のギャップ測定において、
各被測定面から反射した一対の反射測定光を分離する反
射測定光分離光学系を具備しているので、ギャップの測
定を瞬時にかつ高精度で求めることが可能となる。

【００５２】従って、この装置を、例えばプロキィミテ
ィ露光におけるマスクとプレート間のギャップ測定に適
用した場合に顕著な効果を奏する。請求項６乃至請求項
８のギャップ測定装置によれば、２つの被測定面のギャ
ップ測定において、各被測定面から反射した反射測定光
の光源への入射を防止する反射測定光入射素子手段を有
しているので、入射光と出射光との干渉に起因するレー
ザ光発振特性の劣化であるモードホップ現象の発生を回
避することができ、ギャップ測定の向上に寄与すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わるギャップ測定装置の一実施例を
示す構成図。

【図２】ギャップ算出部のギャップ算出作用を示す図。

【図３】従来装置の構成図。

【符号の説明】

１…マスク、２…プレート、１０…第１の光源、１３，
１９…スリット、１４…偏光ビームスプリッタ、１５…
ハーフミラー、１６…第２の光源、２０…偏光ビームス
プリッタ、２１…ハーフミラー、２３…４分の１波長
板、２４…対物レンズ、２５…変位検出光学系、２６…
偏光ビームスプリッタ、２７…第１の検出器、２８…第
２の検出器、２９…ギャップ算出部。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平行な２つの被測定面間のギャップを測
   定するギャップ測定装置において、 前記被測定面に対応して各別に設けられた一対の光源
   と、 これら光源から出力された測定光を対応する前記被測定
   面に集光させる集光光学系と、 この集光光学系による集光により前記各被測定面から反
   射した一対の反射測定光を分離する反射測定光分離光学
   系と、 この反射測定光分離光学系にて分離された反射測定光を
   各別に受光して光電変換する一対の光電変換器と、 この光電変換器における検出結果に基づいて前記ギャッ
   プを算出するギャップ算出手段と、を具備したことを特
   徴とするギャップ測定装置。
2. 【請求項２】 集光光学系は、各光源ごとに近接して設
   けられた一対の第１のレンズと、 これら第１のレンズを経由してきた一対の測定光を対応
   する被測定面に集光させる第２のレンズとを有し、 前記測定光の集光位置の調整は、前記光源と前記第１の
   レンズとの間隔の調整により行う、ことを特徴とする請
   求項１記載のギャップ測定装置。
3. 【請求項３】 集光光学系は、各第１のレンズごとに設
   けられた前記第１のレンズを経由してきた一対の測定光
   を第２のレンズの光軸に沿う方向に反射させるハーフミ
   ラーを有することを特徴とする請求項２記載のギャップ
   測定装置。
4. 【請求項４】 一対の光源からの測定光は、それぞれｐ
   偏光及びｓ偏光となっていることを特徴とする請求項１
   記載のギャップ測定装置。
5. 【請求項５】 測定光分離光学系は、偏光ビームスプリ
   ッタであり、各被測定面から反射した一対の反射測定光
   をｐ偏光及びｓ偏光に応じて分離することを特徴とする
   請求項４記載のギャップ測定装置。
6. 【請求項６】 一対の光源から出力される測定光は、レ
   ーザ光であることを特徴とする請求項４記載のギャップ
   測定装置。
7. 【請求項７】 一対のハーフミラーと第２のレンズとの
   間に設けられた一枚の４分の１波長板と、 前記一対のハーフミラーと対応する第１のレンズとの間
   に各別に設けられた一対の偏光ビームスプリッタと、 この偏光ビームスプリッタと前記第１のレンズとの間に
   各別に設けられた一対の光遮蔽体とを具備し、 前記ハーフミラーにて反射した反射測定光の前記一対の
   光源への入射を前記偏光ビームスプリッタ及び前記光遮
   蔽体により防止する反射測定光入射素子手段を有する、
   ことを特徴とする請求項６記載のギャップ測定装置。
8. 【請求項８】 一対の光遮蔽体は、対応する各第１のレ
   ンズを透過した光源からの測定光のうち、光軸を中心と
   する半円部分のみ通過させることを特徴とする請求項７
   記載のギャップ測定装置。