JPH02177414A - 露光量監視装置及び露光装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、パルス光を発する光源を用いたアライナある
いはエツチング装置などの半導体装置において使用され
る露光量監視装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、パルス光を用いた露光装置などにおける露光量監
視装置は、通常、高速な光電変換素子の出力信号をレー
ザの発光に同期した発振同期信号から作った固定のタイ
ミングで積分し、その積分結果をＣＰＵによって読みと
って１パルスの露光量とし、パルス発光ごとにその１パ
ルスの露光量をＣＰＵ内部で加算することにより、露光
量を求めている。そして、この露光量とあらかじめ設定
されている指定露光量との比較を行なうなどの処理を経
て、露光量の監視を行なっている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、例えばこの種のパルス光発光源として用
いられるエキシマレーザでは、発光前の発振同期信号か
らセンサがパルス光波形を出力するまでのタイミングｔ
Ｘが経時的に変化する可能性があり、長期にわたり安定
した測定を行なうには積分区間ｔ２を長くとる必要があ
った。このため、パルス光の発光時間以外にセンサから
出力されるノイズやオフセットをも積分してしまい、露
光量の測定精度を低下させてしまう欠点があった。

特にエキシマレーザでは、ガスや放電電極の劣化などに
より徐々に発光前の発振同期信号からセンサがパルス光
波形を出力するまでのタイミングｔ×が変化し、また劣
化したガスや電極を交換した場合には大幅に上記のタイ
ミングｔＸが変わってしまう。したがって、このような
場合には再調整する必要があり、メンテナンス工数の増
大を招いてしまうという不都合があった。

本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、レーザ
の経時変化などに伴なう露光量の測定精度の低下を抑え
、安定した露光量監視を行なうことのできる露光量監視
装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段および作用］上記の目的を
達成するため、本発明に係る露光量監視装置は、パルス
発光前に出力される発振同期信号から生成される積分開
始信号と積分時間とを可変できるような積分制御信号発
生手段と、積分手段によるパルス光の積分結果に基づい
て最適な信号時間すなわち積分開始信号と積分時間とを
を設定する手段を具備することとしている。

これにより、発光タイミングの経時変化に伴ない積分開
始時間および積分時間が最適化され、安定した精度で露
光量監視を行なうことができる。

［実施例］ 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る露光量監視装置の構
成図である。同図において、エキシマレーザ光源１は例
えばＫｒＦやＸｅＣ１ｔが封入されパルス化されたレー
ザ光を発光する光源である。

エキシマレーザ光源１で発生したレーザ光は照明系２に
入射する。照明系２は、入射したレーザ光を所望のビー
ム形状に整形し、光束の配光特性を均一にして出射させ
るものである。照明系２の出射光路には集積回路パター
ンが形成されたマスクＭが配置され、投影光学系３によ
りこの集積回路パターンはウェハＷ上に投影露光される
。

一方、照明系２から出射した光束の一部は、ミラー４に
よってセンサ５の光電変換面に入射される。エキシマレ
ーザ１の出射パルス光の時間的な幅は数Ｉｏｎｓ程度と
極めて短いため、センサ５としてはＰＩＮフォトダイオ
ードやバイプラナ光電管のような応答性が数ｎｓ以下の
充電変換素子を用いるのがよい、また、照明系２の出射
ビームは配光特性が均一であるため、センサ５に入射す
る光のパワーとウェハＷに到達する光のパワーは比例関
係にある。したがって、センサ５の電気的出力信号を計
測することによってウェハＷでの光のパワーをモニタす
ることができる。

センサ５の出力信号は積分器６に入力され、レーザ光の
１パルス毎に電気的にアナログ積分される。そして、そ
の積分値はＡ／Ｄ変換器７によってディジタル値に変換
されマイクロコンピュータ８に読み込まれる。マイクロ
コンピュータ８はこの１パルス毎のディジタル化された
積分値を積算する。そして、その積算値とあらかじめ設
定されたウェハＷへの露光量と比較して、設定露光量よ
りも大きくなったら、レーザ制御部９に指令を出してエ
キシマレーザ１の発光を停止させる。これによって露光
量制御を行なうことができる。

積分制御信号発生部１０は、積分器６に積分開始および
終了を規定する積分制御信号を発生させる部分である。

第２図は、積分器６に関する処理タイミングを示すタイ
ミングチャートである。同図において、発振同期信号ａ
は実発光のタイミングの数μｓ前にエキシマレーザ１か
ら出力される同期信号である。この発振同期信号ａとし
ては、通常、レーザ発光のトリガーとなるサイラトロン
のトリガー信号を使用する。そのため、この同期タイミ
ングからレーザの実発光タイミングまでのデイレイ時間
（遅延時間）ｔつは固定ではなく、先にも述べたように
経時変化する。また、数１０ｎｓのジッター成分を含ん
でいることが知られている。

そこで本実施例では、この発振同期信号ａを基準とし、
これから デイレイ時間ｔウージッタ分＝＝ｊｔ時間の後に積分を
開始し、さらに発光時間ｔｗに対してマージンを見込ん
だｔ７時間の後に積分器出力をホールドすることとした
。このようにすることより積分器６の積分区間にレーザ
の実発光エネルギーを収めることができる。

積分実行時間ｔ、は積分値の精度を上げるためには極力
短い方が有効である。その理由は、レーザ１の発光を電
気信号に変換するセンサ５の出力信号にはノイズが混入
することがあり、またそのオフセットレベルが微小に変
動するため、これらを考慮して数１０ｎＳのパルスを積
分するために敏感になっている積分器６への影響を少な
くするためである。

積分制御信号発生部１０は、積分開始時間ｔ１と積分開
始からホールドまでの積分実行時間ｔ２とをマイクロコ
ンピュータ８の指令により可変できるような積分制御信
号、すなわち積分開始信号すとホールド信号ｄとをエキ
シマレーザｌの発振に同期して出力する。

第３図は積分開始タイミングが発光デイレイ時間に比べ
て長くなった時のタイミングを、第４図は短くなった時
のタイミングを示している。これらの図から明らかなよ
うに、発光デイレイ時間ｔｘに対し適切な積分タイミン
グｔ１を設定していないと、積分値は適切なタイミング
を与えた時に比べ小さな値となる。

次に、第６図および第８図のフローチャートを参照して
、積分タイミングｔ、および積分実行時間ｔ２の決定の
手順を説明する。なお、これらのフローチャートにおい
て用いる記号ｔ、、ｔ２゜Δｔ、ｉ、ｎ、Ｌなどはマイ
クロコンピュータ８内のレジスタあるいは不図示のメモ
リ上に確保された記憶領域を示すものとする。例えば、
ｔ、は積分タイミングの値を記憶するために確保された
レジスタなどを表わし、ｔ２は積分実行時間の値を記憶
するために確保されたレジスタなどを表わすものとする
。

第６図のステップＳ１でマイクロコンピュータ８はレジ
スタなどの初期設定を行なう。ここではｔ２を１００、
ｉを０、ｎを５０、Δｔを１０ｎｓ、Ｌ　（Ｑ）　〜Ｌ
　（ｎ）を０と設定する。Ｌは配列である。

なお、ここで初期設定を行なう際にｔ、はパルス光の発
光中＋ジッタ成分十マージン分を見込んだ値を設定して
おく、また１、は発光デイレイ時間が最も短い時を考慮
して設定されている。

次にステップＳ２で、記憶保持しているｔｌおよびｔ２
の値を積分制御信号発生部１０に指定する。そして、ス
テップＳ３でマイクロコンピュータ８は１パルス発光命
令を出力し、ステップＳ４で積分値Ａを読み込む。ステ
ップＳ５で、ｔ、をΔｔだけ増加させ、ｉをインクリメ
ントし、Ｌ（ｉ）に積分値Ａをセットする０次に、ステ
ップＳ６でｉがｎ以上となったか否か判別し、そうでな
ければステップＳ２に戻り再びステップ５２〜Ｓ６を繰
返す。ｉがｎ以上の場合はステップＳ６からステップＳ
７へと進む。ステップＳ７でＬ（０）〜Ｌ（ｎ）の最大
値を求め、それをＭとする。そして、ステップＳ８で Ｌ　（ｊ）＜　０．８Ｍ＜Ｌ　（ｊ＋１）Ｌ　（ｋ）　
＞　Ｏ，ｌＳＭ＞Ｌ　（ｋ＋　１　）となるｊ、ｋを求
め、ステップＳ９でＴ、をと算出する。そして、この値
はマイクロコンピュータに保持記憶される。

上記のシーケンスは、積分開始タイミング１゜を変化さ
せて積分値をマイクロコンピュータで読み込み、その積
分値の中で最大のものを探し、最大値の８０％と交差す
る時間ｊとｋを求め、その中間値をＴ１とするものであ
る。第５図はｉと積分値との関係を示すグラフである。

次に、第８図のフローチャートに示す手順で１、．１．
を求める。まず、ステップＳｉｔでｔ２を０、ｉを０、
ｎを５０、ΔｔをＩｎｓ、Ｌ（０）〜Ｌ（ｎ）を０と初
期設定する。次にステップＳ１２で、記憶保持している
Ｔ１およびｔ２よりｔｌを とし、ここでＰは、ステップＳ１で初期設定されるｔ２
の設定値を示す０次に、ステップＳ１３でこの１．．１
．の値を積分制御信号発生部１０に指定する。そして、
ステップＳ１４でマイクロコンピュータ８は１パルス発
光命令を出力し、ステップＳ１５で積分値Ａを読み込む
、ステップＳ１６で、ｔ２をΔｔだけ増加させ、ｌをイ
ンクリメントし、Ｌ　（ｉ）に積分値Ａをセットする。

次に、ステップＳ１７でｉがｎ以上となったか否か判別
し、そうでなければステップＳ１２に戻り再びステップ
３１２〜Ｓ１７を繰返す、ｌがｎ以上の場合はステップ
Ｓ１７からステップＳ１８へと進む。ステップＳ１８で
Ｌ（０）〜Ｌ　（ｎ）の最大値を求め、それをＭとする
。そして、ステップＳ１９で ｔ、　（ｊ）＜　０．９Ｍ＜Ｌ　（ｊ＋１）となるｊで
最小のｊを求め、ステップＳ２０で１、．１．を ｔｚ＝ｊＸΔｔ　Ｘ　１．５ と算出する。

上記のシーケンスは、積分実行時間ｔ２を変化させて積
分値をマイクロコンピュータで読み込み、その積分値の
中で最大のものを探し、最大値の９０％と交差する時間
のうち最小のものを求め、それを１．５−倍してｔ、と
したものである。

１１は式■より求める。このようにして最適なｔ、とｔ
２を求めることができる。第７図はｔ２と積分値との関
係を示すグラフである。

なお、上記実施例ではステップＳ１の初期設定でｔ２＝
１００ｎｓ、Δｔ＝１０ｎｓとし、さらにステップＳ８
で８０％、ステップＳ１９で９０％、ステップＳ２０で
１．５倍といった定数値を用いたが、これに限られるも
のではなく、適宜変更して実行することができる。

上記のように求めた積分開始タイミングｔ、および積分
実行時間ｔ、の最適値を積分制御信号発生部に設定すれ
ば、精度の高い積分が実現できることとなる。この最適
値設定を例えばウェハ１枚ごとに行なえば、エキシマレ
ーザの経時変化を吸収した露光量制御を行なうことがで
きる。

［他の実施例］ 上記実施例では積分器６としてアナログ回路を用いたが
、ディジタルサンプリングと加算回路で実施することも
できる。また、積分実行時間ｔ。

の経時変化は積分開始タイミング１．に比べ小さいため
、ｔ２を一定値とすることも可能である。

さらに、上記実施例ではレーザ光源１の側から発振同期
信号を受は取っているが、レーザを外部同期発光させる
場合は、レーザ側に与える同期信号を発振同期信号とし
て用いても同様の効果が得られる。また、積分開始タイ
ミングとホールドのタイミングを一つの信号の立上りと
立下りにした積分ウィンドウ信号で積分器６をコントロ
ールしてもよい。さらに、最適タイミングの決定手段は
実施例ではマイクロコンピュータ８が計算により行なっ
ているが、計算方法は上記実施例に限らず、アナログ回
路により実現することも可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、積分タイミング
を積分回路の出力に基づいて最適化しているので、ノイ
ズやオフセットドリフト、レーザの経時変化の影響が少
なく測定精度の低下を抑えて安定した露光量監視を行な
うことができる。さらに、光源となるレーザの種類を変
えて同期信号のタイミングが変わっても、ハードウェア
およびソフトウェアの変更なしに露光量の監視をするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る露光量監視装置の構
成図、 第２図〜第４図は、本実施例の装置の信号タイミンクを
説明するためのタイミングチャート、第５図は、Ｔ１の
決定の際のｌと積分値との関係を示すグラフ、 第６図は、本実施例におけるマイクロコンピュータの処
理の一部を説明するためのフローチャート、 第７図は、１．．１．の決定の際のｔ２と積分値との関
係を示すグラフ、 第８図は、本実施例におけるマイクロコンピュータの処
理の一部を説明するためのフローチャートである。 ：エキシマレーザ、 ：照明系、 一投影光学系、 ：ハーフミラー ：光電変換素子、 ：　ｆ員分器、 ：　Ａ／Ｄ変換器、 ：マイクロコンピュータ、 ９：レーザ制御部、 １０；積分制御信号発生部、 Ｍ：マスク、 Ｗ：ウェハ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）断続的に発せられるパルス光を露光光として露光
   を行なう半導体装置における露光量を監視する装置であ
   って、 上記パルス光の光束の一部を受光して電気信号を出力す
   る光電変換手段と、 該光電変換手段の出力を積分する手段と、 上記パルス光の発光前に出力される発振同期信号から所
   定の遅延時間の後に上記積分手段による積分処理を開始
   せしめかつ所定の積分実行時間の後に積分処理を終了せ
   しめるべく、積分制御信号を発生する手段と、 上記積分手段の出力値に基づいて、上記遅延時間および
   ／または上記積分実行時間を最適化する手段と を具備することを特徴とする露光量監視装置。