JPS6195526A - 光検出装置 - 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】 〔発明の分野］ 本発明は、分光特性可変の光検出装置に関し、例えばフ
ォトレジストを露光する焼付装置においてフォトレジス
トの分光感度特性と焼付装置の露光■測定系（光検出装
置）との分光感度特性を合致させることによってより適
正な露光ｍを与えるために用いられる光検出装置に関す
る。

［発明の背狽コ ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置を製造するための焼付装置
において、半導体ウェハ上に塗布された）Ａトレジスト
の露光量を設定する際、正しい露光ｍすなわちフォトレ
ジストの感光に実際に寄与する光のｍを測定する必要が
ある。このような正しい露光ｍを測定するためには、露
光■測定系と露光すべきフォトレジストの分光感度特性
を合致させることが好都合である。

従来、露光量測定系の分光感度特性を露光すべきフォト
レジストの分光感度特性に合せる方法として、１つのフ
ォトディテクタと単数または複数のフィルタとを組合せ
て光呈検出系の分光感度曲線を調節する方法が知られて
いる。しかしながら、このような方法によっては検出系
とフォトレジストの分光感度特性を一致させることが極
めて面倒かつ困難であり、事実上、正しい露光ωを得る
ことができないという欠点があった。

また、露光光を回折格子により分光し、分光した光束を
収斂光学系によって各波長成分ごとに別個のフォトディ
テクタに入射させることによりフォトディテクタと露光
光とを合成した分光感度曲線を得、この分光感度曲線を
補正してフォトレジストの分光感度特性に合致させる方
法も、例えば特開昭５８−８８６２４号公報等で知られ
ているが、回折格子と収斂光学系そしてフォトディテク
タの相互の配置位置により分光感度特性が変化しないよ
うにするための複雑なメカ・ニズムが必要であるという
欠点があった。また、このようなメカニズムは設定また
はｖＪ整に手間が掛り、あるいは組立に高度の熟練を要
し、さらには度々再調整をしなければならない等の欠点
があった。

第３図は、本発明者等が、上記問題点を解決するものと
して、先に、案出した光検出装置をマスクアライナに適
用した例を示す。同図のマスクアライナは、照明系を構
成する超高圧水銀灯１、楕凹面鏡２、第１ミラー３、コ
リメータ４、ＮＤフィルタ５、Ｌ３９フィルタ６、フラ
イズアイレンズ７、第２ミラー（ハーフミラ−）８およ
びコンデンサレンズ９、ならびに光検出装置を構成する
ダイクロイックミラー１１．１２．１３、光電変換素子
１４゜１５、１６および増幅回路１７を具備する。１０
は図示しない半導体ウェハに転写すべき回路パターンが
形成されているマスクである。

ダイクロイックミラー１１．１２．１３は、それぞれ例
えばアライナ用のＵ■クランプ光源の主要波長であるｉ
線（３６５ｒｖ＞　、ｈ線（４０５ｎｌｌ１）　、ＱＷ
＆（４３６ｎｍ）を分光的に反射するもので、図示のよ
うに第２ミラー８の後に直列的に配置されることにより
、第２ミラー８を透過した光束をｉ線、Ｑ線、ｈ線に分
光する。

増幅回路１７は、光電変換素子１４．１５．１６の出力
すなわち第２ミラー８を透過した１線、ｇ線およびｈ線
それぞれの光ｍに相当する各電気信号を増幅する７ンプ
１７ｉ　、　１７（Ｊ　、　１７ｈおよびアンプ１１１
゜１７Ｑ　、　１ｉ’ハの出力を合成〈加算）するアン
プ１７ｔを具備する。また、これらのアンプ１７ｉ　、
　１７ｏ　。

１７ｈ（、ｉ、それぞれ負帰還回路に可変抵抗器ＶＲｉ
。

ＶＲｇ、ＶＲｈが挿入されており、これらの可変抵抗器
によってゲインを任意かつ独立に変更することができる
ようになっている。

このマスクアライナにおいて、超高圧水銀灯１から楕凹
面鏡２、第１ミラー３、コリメータ４、ＮＯフィルタ５
、シ３９フィルタ６およびフライズアイレンズ７を通り
、第２ミラー８で反射され、さらにコンデンサレンズ９
を通った光は、マスク１０を通してウェハ面上のレジス
ト（不図示）に照射される。

一方、上記第２ミラー８を透過した光束は、この第２ミ
ラー８の後に配置されたダイクロイックミラー１４．１
５．１６によってそれぞれｉ線、Ｑ線、ｈ６に分光され
、それぞれ光電変換素子１４．１５゜１６で電気１を号
に変換される。これらの電気信号は、それぞれのアンプ
１７ｉ　、　１７ｇ　、　１７ｈにおいて別個に設定さ
れたＩＪｌｌｌで増幅されることにより■みを付された
後、アンプ２１で１つの信号に合成され、光検出信号Ｖ
ｏｕｔとして出力される。従って、例えば、第４図（ａ
＞に図示するような分光感度特性のフォトレジストを用
いる場合、アンプ１７１゜１７Ｑ　、　１７ｈの出力と
してそれぞれ第４図（ｂ）に示すような信号レベルが得
られるように、アンプ１７ｉ　、　１７ｇ　、　１７ハ
のゲインを可変抵抗器ＶＲｉ　。

ＶＲｌｌｌ　、ｖＲｈによって設定することにより、ダ
イクロイックミラー１１．１２．１３、光電変換素子１
４゜１５、１６および増幅回路１７の総合特性を第４図
（ａ）の分光特性に合致させることができる。

この光検出装置は分光特性を露光すべきフォトレジスト
に容易に合致させることができるため、この光検出Ｈ置
の出力ｖｏｕｔを露光ｍの制御信号として用いれば、光
源の発光特性が変化しても正しい露光を得ることができ
る。

しかし、第３図の光検出装置においては、受光系のグイ
クロイックミラー１１．１２．１３を直列に配置してい
るため、装置が大型化するという不都合がある。

［発明の目的１ 本発明は、従来の欠点に鑑み提案されたもので、正しい
露光口を容易に得るとともに、装置の組立て、調整を容
易にし、さらに装置の小型化を図ることを目的とする。

［発明の構成コ 本発明を具体例により説明ずれば次の通りである。すな
わち、露光光を分光する手段として回折格子の代りに複
数の干渉フィルタを使用し、その干渉フィルタに対応さ
せた複数のフォトディテクタを設け、さらに変換された
電気信号に受光系全体の分光感度特性が露光すべきフォ
トレジストの分光感度特性に合致するよう重み付けを行
なうこ）　　　とにより、正しい露光量の検出を容易し
、装置の組立て、調整を容易にしている。さらに、複数
の干渉フィルタおよび各干渉フィルタに対応する複数の
フォトディテクタをそれぞれ２次元的に配列し、その配
列体を空間的に対向させる構造とすることにより、装置
の小型化を図っている。ここで、２次元的に配列すると
は、平面上に配列することは勿論、凹面や凸面のような
球面上に配列することも含むものである。

［実施例の説明］ 以下、図面に従っ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光検出装置を示す。

この光検出ｖｉＩ置は、ｖｇ３図の装置に対し１１番以
降の符号で示されていた光学系およびフォトディテクタ
を変更したものである。第１図において、１８は８個の
扇形の干渉フィルタ１８ａ〜１８ｈを平面的に円形配列
してなるフィルタブロック、１９は円形のフォトディテ
クタをフィルタブロック１８と同様の扇形の光検知素子
（光電変換素子）１９ａ〜１９ｔｌに分割してなる多分
割のフォトディテクタである。

第２ミラー８（第３図）を透過した光束は、フィルタブ
ロック１８の各干渉フィルタ１８ａ〜１８ｈによって８
個の波長成分に分けられ、それぞれ多分割フォトディテ
クタ１９の対応する光電変換素子１９ａ〜１９ｈにより
電気信号に変換される。この多分割フォトディテクタ１
９は、同一のシリコン基板あるい１よガリウムもしくは
ヒ素基板上に形成することができ、この場合、装置全体
をさらに小型に構成することができる。

光電変換素子１９ａ〜１９ｈから出力される電気信号は
それぞれアンプ２Ｑａ〜２０ｈに入力される。この装置
においてもアンプ２０ａ〜２０ｈのゲインを、第３図の
装置におけると同様に露光すべきフォトレジストの分光
感度特性と入力される波長成分とに応じて調整すること
により、それぞれの電気信号を加算して得られる出力ｖ
ｏｕｔすなわち干渉フィルタ１８ａ〜１８ｈと光電変換
素子１９ａ〜１９ｈとアンプ２０ａ〜２０ｈとの総合感
度をフォトレジストの分光感度に合致させることができ
る。これにより、この光検出装置においては、フォトレ
ジスト感度とほぼ同じ分光感度を有する電気信号出力ｙ
ｏｕｔかに９られ、この出力ｖｏｕｔを第２図に示すよ
うな回路に供給して霧光ｍの１Ｉ１１１２ＩＩを行なう
ようにすれば、フォトレジストや干渉フィルタ１８ａ〜
１８ｈおよび光電変換素子１９ａ〜１９ｈの個々の分光
感度特性にかかわらず、さらには露光光の波長分布が変
動した場合であっても、常に正しい露光ｍを得ることが
できる。

なお、ここでは例として８個の干渉フィルタと８分割の
フォトディテクタを用いた例を示したが、一般的に干渉
フィルタをｎ個（ｎは正の整数）使用してｎ個に分割さ
れた多分割フィルタと組み合わせることも可能である。

一般に分割数を増すほどフォトレジスト分光感度の近似
が精度よく行なわれ、従って精度の高い露光を与えるこ
とができる。

第２図は、第１図の光検出装置の出力Ｖｏｕｔを基に実
際の露光量を得るための回路例を示す。

アライナ（第３図）において、シャッタ（図示せず）が
開くとウェハ（図示せず）が露光されるとＩＡＶｉに、
照明系の第２ミラー８を透過してさた光が第１図の光検
出装置に入射される。これにより、光検出装置からは出
力Ｖｏｌｔが発生し、この出力ＶＯｔ、Ｉ＋は、第２図
の積分回路４】に印加される。

積分器ａ１の出力はコンパレータ４２の一方の入力端・
１３にｈｌｌえられ１、したコンパレータ４２の他力の
入力端４４に＋、ｉ　＊丸１ｄ設定器４５が１＆続され
ている。このため、１ンパレータ４２は、ｈ１分′、！
Ａ１１１の出力が露光ψ設定器４５から出力される参照
電圧Ｖ　ｒｅｆより高くなると反転ザる。従って、この
参照電圧ｙ　ｒａｔを図示しない可変抵抗器等により適
切に調節してＪりくととｂに、コンパレータ４２の出力
１１号ＶＣＩＩｌｐをシセツタ開信号とじＣ用いること
によりこの光検出装置を適用したアライナ（第３図）で
は正しい露光量を１９にとができる。

１光明の効果］ 以上のように本発明によると、受光系の分光感度特性を
可変抵抗器等によって任意かつ容易に設定することがで
きるため、この受光系の分光感度特性をフォトレジスト
のものと合致させて正しい露光ｍを青ることが極め−Ｃ
容易である。また、このため、装置の組立て、調整も容
易である。ざらに、世故の濾光手段およびこの濾光手段
を経た光を受光するｍ数の光電変換手段をそれぞれ２次
元的に配列してｈ光手段の配列体および光電変換手段の
配列体を形成し、これらの配列体を７間的に対向させる
構造としているため、第３図に示したものよりメカニズ
ムが簡略化され、かつ小型に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る光検出Ｅｉｆｆｌの回
路図、 第２図は本発明の光検出Ｖｔ置の出力よりシ１ノック開
信号を得るための回路例を示す図、第３図は本発明者等
が先に案出した光検出装置をマスクアイライナの照明系
に組合わせた溝成図、第４図はフォトレジストの分光感
度特性の一例（ａ）とその分光感度特性に検知系の分光
感度特性を合わせる場合の各波長成分ごとの出力レベル
（ｂ）を示すグラフである。 １８・・・フィルタブロック、１８ａ〜１８ｈ・・・干
渉フィルタ、１９・・・フォトディテクタ、１９ａ〜１
９ｈ・・・光重変換素子、２０ａ〜２０１）・・・アン
プ（重み付け回路）、２旧・・・・アンプ、ＶＲａ１〜
Ｒｈ２・・・可変抵抗器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光を透過させて複数の波長成分に分離する複数
   の濾光手段と、該濾光手段を経た各波長成分の光をそれ
   ぞれ電気信号に変換する複数の光電変換手段と、光電変
   換された各電気信号をそれぞれ所望の割合で増幅または
   減衰させることにより各電気信号に重み付けを施す複数
   の重み付け手段と、これらの重み付けされた電気信号を
   合成する手段とを有する光検出装置であって、上記複数
   の濾光手段および複数の光電変換手段をそれぞれ空間的
   に対向する２つの面上に配列したことを特徴とする光検
   出装置。 ２、前記複数の光電変換手段が、同一半導体基板上に形
   成されている特許請求の範囲第１項記載の光検出装置。 ３、前記濾光手段が、干渉フィルタである特許請求の範
   囲第１または２項記載の光検出装置。