(57)【要約】【課題】  光電センサの受光面の近傍に温度制御手段を備えても、光電センサと温度制御手段の間に熱的な抵抗が入らざるを得ない為、正確で応答性のよい温度調整をすることが出来ず、光電センサの受光面の温度を正確に安定化することが出来なかった。【解決手段】  本発明は、光電センサに光電流以外の電流を流すことにより光電センサ自身を温度制御手段として用い、これにより正確で応答性のよい温度調整を行うことが出来、かつヒーター等の温度制御手段が不要になることを特徴とする。【選択図】  図１
2006013309.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写用のパターンが形成されたマスクを露光用の照明光で照明する照明光学系を有し、前記照明光のもとで感光基板上に前記マスクパターンを転写する露光装置において、前記照明光の少なくとも一部の光束の光量を計測する光電センサと、該光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段と、該光電センサに電流を流すことにより該光電センサの温度を制御する温度制御手段とを備え、前記光電センサの受光面の温度が所定のレベルに安定化するように、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記温度制御手段を調整することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
転写用のパターンが形成されたマスクを露光用の照明光で照明する照明光学系を有し、前記照明光のもとで感光基板上に前記マスクパターンを転写する露光装置において、前記照明光の少なくとも一部の光束の光量を計測する光電センサと、前記光電センサに電流を流すことにより前記光電センサの温度を制御する手段とを備え、前記光電センサの受光面の温度が所定のレベルに安定化するように、前記光電センサが光量を計測していない間、所定の定電流を流すことを特徴とする露光装置。
【請求項３】
転写用のパターンが形成されたマスクを露光用の照明光で照明する照明光学系を有し、前記照明光のもとで感光基板上に前記マスクパターンを転写する露光装置において、前記照明光の少なくとも一部の光束の光量を計測する光電センサと、前記光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段と、前記光電センサの温度を制御する手段とを備え、前記光電センサの受光面の温度が第一の範囲内に安定化するように、前記温度検出手段の検出値に基づいて前記温度制御手段を調整し、更に前記光電センサの受光面の温度が前記第１の範囲より狭い第２の範囲内に安定化するように、前記光電センサに流す電流を制御することを特徴とする露光装置。
【請求項４】
前記温度検出手段は、前記光電センサの暗電流の温度特性を用いることを特徴とする請求項１または３に記載の露光装置。
【請求項５】
前記温度検出手段は、前記光電センサの順方向電圧の温度特性を用いることを特徴とする請求項１または３に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体素子、液晶表示素子等を、フォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス又は液晶表示素子等をフォトグラフィー技術にて製造する際に、レチクルのパターンをウエハに塗布された感光材に露光する露光装置が使用されている。一般にウエハに塗布された感光材には適正露光量が定められているので、従来の露光装置では、照明光の照明光学系中にビームスプリッターを配置して、このビームスプリッターにより分岐した照明光の一部の光量を光電センサに照射することにより、そのウエハ上での露光量をモニターしている。そして、ウエハ上での露光量がその適正露光量に達した時にそのウエハの現在のショット領域への露光量を停止することにより、露光量制御が行われる。
【０００３】
ところが、露光量が多く光電センサに照射されるモニター光量が増えた時等に、光電センサの温度が上昇し、これにより光電センサの感度が変化し、正確な露光量制御を行うための露光量が得られない場合が生じてきた。
【０００４】
この対策として、特開平９−２２１２０号公報においては、照明光の一部の光束を光量計測する光電センサと、光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段と、光電センサの受光面の温度を制御する温度制御手段とを備え、温度検出手段の検出値に基づいて温度制御手段を調整し、光電センサの受光面の温度を安定化し、光電センサの感度を一定にするように構成している。
【０００５】
更に特開平１１−１８６１４８号公報においては、照明光の一部の光束を光量計測する光電センサと、光電センサ自身を温度センサとして用いる温度検出手段と、光電センサの受光面の温度を制御する温度制御手段とを備え、温度検出手段の検出値に基づいて温度制御手段を調整し、光電センサの受光面の温度を安定化し、光電センサの感度を一定にするように構成している。
【特許文献１】特開平９−２２１２０号公報
【特許文献２】特開平１１−１８６１４８号公報
【特許文献３】特開平０６−２９６２２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら上記従来例の構成では、光電センサの受光面の近傍に温度制御手段を備えても、光電センサと温度制御手段の間に熱的な抵抗が入らざるを得ない為、正確で応答性のよい温度調整をすることが出来ず、光電センサの受光面の温度を正確に安定化することが出来なかった。この結果、正確な露光量等を得ることが不可能であり、製造される半導体素子の歩留まりが劣化するといった問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明による露光装置は、前述の問題点を解決するために、光電センサに光電流以外の電流を流すことにより光電センサ自身を温度制御手段として用い、これにより正確で応答性のよい温度調整を行うことが出来、かつヒーター等の温度制御手段が不要になることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１の実施形態に係る露光装置は、照明光の一部の光束を光量計測することが可能で、かつ電流を流すことにより温度制御手段として用いることが可能である光電センサと、光電センサの温度を検出する温度検出手段を備え、温度検出手段の検出値に基づいて温度制御手段を調節し、光電センサの受光面の温度を安定化し、光電センサの温度ドリフトによる感度変化をなくすように動作するものである。
【０００９】
また本発明の第２の実施形態に係る露光装置は、照明光の一部の光束を光量計測することが可能で、かつ電流を流すことにより温度制御手段として用いることが可能である光電センサを備え、光電センサが光量を計測していない間所定の定電流を流すことにより、光電センサの受光面の温度を所定のレベルに安定化させ、光電センサの温度依存性をなくすように動作するものである。
【００１０】
また本発明の第３の実施形態に係る露光装置は、光電センサの受光面の温度を粗く安定化する手段と、精密に安定化するための第１の実施例による手段を組み合わせたものである。
【００１１】
また本発明の第４の実施形態に係る露光装置は、第１または第３の実施形態の露光装置において、光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段として、該光電センサの暗電流を検出し、この温度特性を用いるものである。
【００１２】
また本発明の第５の実施形態に係る露光装置は、第１または第３の実施形態の露光装置において、光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段として、該光電センサの順方向電圧を検出し、この温度特性を用いるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、照明光の一部の光束を光量計測することが可能で、かつ電流を流すことにより温度制御手段として用いることが可能である光電センサと、光電センサの温度を検出する温度検出手段を備え、本温度検出手段の検出値に基づいて温度制御手段を調節し、光電センサの受光面の温度を安定化することにより、光電センサの温度ドリフトによる感度変化が無くなり、正確な露光量等を得ることが可能になる。
【００１４】
また照明光の一部の光束を光量計測することが可能で、かつ電流を流すことにより温度制御手段として用いることが可能である光電センサを備え、光電センサが光量を計測していない間所定の定電流を流すことで、光電センサの受光面の温度を所定のレベルに安定化することにより、光電センサの温度依存性が無くなり、正確な露光量等を得ることが可能になる。
【００１５】
また光電センサの受光面の温度を粗く安定化する手段と、精密に安定化するための第１の実施例による手段を組み合わせることにより、更に光電センサの受光面の温度が安定化し、更に正確な露光量等を得ることが可能になる。
【００１６】
また光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段として、該光電センサの暗電流や順方向電圧を検出しこの温度特性を用いることにより、又更に光電センサの受光面の温度が安定化し、更に正確な露光量等を得ることが可能になる。
以上の結果、製造される半導体素子の歩留まりが向上するといった効果が生じる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（第一の実施例）
図１は本発明の特徴を最もよく表す図面である。同図において１は光源であるところのエキシマレーザであり、後述の主制御系２５の発振指令により、パルス状の照明光を発生する。２はビーム整形光学系であり、エキシマレーザ１から出射された照明光が、所望の断面形状の平行光束に整形される。３は１／４波長板であり、ビーム整形光学系２を通った直線偏光の照明光を、円偏光に変換する。４は反射鏡、５はフライアイレンズであり、フライアイレンズ５の射出面には多数の光源像が形成され、これにより照明光の照度分布の平坦化が行なわれる。６はビームスプリッターであり、フライアイレンズ５を通った照明光がここで分割される。７は後述のレチクルを均一な照度分布で照明する為のレンズ群、８は反射鏡である。９はレチクル、１０は投影光学系、１１はウエハであり、レチクル９上のパターンが、投影光学系１０を介してウエハ１１に投影露光される。１２はビームスプリッター６で反射された光を集める集光レンズ、１３は集光された光束、１４は光束１３を入射し、電圧に変換することを主目的とする積算露光部である。
【００１８】
図２において、積算露光部１４の詳細を示す。１５はフォトダイオードであり、その受光面はウエハ１１の露光面と共役の位置にある。１６はフォトダイオードの出力電流を電圧に変換する電流電圧変換器、１７はフォトダイオード１５の順方向に同ダイオードの破壊電流以下の電流を流し、フォトダイオード１５を加熱することができるフォトダイオード加熱回路、１８は切換え器であり、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６に接続するか、フォトダイオード加熱回路１７に接続するか選択する。１９は電流電圧変換器１６の電圧出力を積算する露光量積算器、２０は切換え器１８への切換え指令信号、２１は露光量積算器１９からの積算露光量データ、２２は後述の主制御系からフォトダイオード加熱回路へ送る加熱指令値である。２６は温度センサでありフォトダイオード１５の温度を測定する事が可能であり、温度測定値２７の出力を後述の主制御系２５に送ることが可能である。
【００１９】
図１に戻り、２５は主制御系であり、エキシマレーザ１に発振指令２４を与えることが可能である。また図２の切換え指令信号２０を駆動し、積算露光部１４の切換え器１８を切換え、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６に接続し、露光量積算器１９を経た積算露光データ２１を得ることが可能であり、また切換え指令信号２０を駆動し、フォトダイオード１５をフォトダイオード加熱回路に接続することが可能である。
【００２０】
上記構成において順を追って動作を説明する。
【００２１】
主制御装置２５は温度センサ２６によりフォトダイオード１５の温度を測定し、温度測定値２７を得ることができる状態にしておく。次に主制御装置２５は切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５をフォトダイオード加熱回路１７側に接続し、温度測定値２７の値を参照しながら加熱指令値２２を変化させ、フォトダイオード加熱回路１７がフォトダイオード１５に流す電流を変化させる。これによりフォトダイオード１５を所定の温度に保つように調節することが可能になる。
【００２２】
次にフォトダイオード１５が所定の温度になったら、主制御装置２５は切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６側に接続した状態で、エキシマレーザ−１に発振指令２４を出す。エキシマレーザから出射された照明光は、ビーム整形光学系２により所望の断面形状の平行光束に整形され、１／４波長板３により直線偏光から円偏光に変換されて反射鏡４で反射された後にフライアイレンズ５に入射する。フライアイレンズ５の射出面には面状の２次光源が形成され、この面状の２次光源からのレーザー光が重畳的にビームスプリッター６に入射し、ビームスプリッター６を透過した光はレンズ群７、反射鏡８を経て均一な照度分布でレチクル９を照明する。これにより、レチクル９のパターンが投影光学系１０によってウエハ１１上に結像される。
【００２３】
一方、フライアイレンズ５の直後のビームスプリッター６で反射された照明光は、集光レンズ１２を介して光束１３となる。ここで光束１３はウエハに結像される光量に比例することになる。フォトダイオード１５は、入射光量に比例した電流を発生し、これが電流電圧変換器１６に入り、電圧に変換される。その後、電流電圧変換器１６の出力は、露光量積算器１９に入り積算される。
【００２４】
主制御装置２５はエキシマレーザ１に次の発振指令２４を与える前に、温度センサ２６によりフォトダイオード１５の温度を測定し、温度測定値２７を得ることができる状態にしておく。更に主制御装置２５は切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５をフォトダイオード加熱回路１７側に接続し、温度測定値２７の値を参照しながら加熱指令値２２を変化させ、フォトダイオード加熱回路１７がフォトダイオード１５に流す電流を変化させる。これによりフォトダイオード１５を所定の温度に保つように調節する。
【００２５】
その後、切換え器１８を駆動しフォトダイオード１５を電流電圧変換器１６側に接続し、エキシマレーザ１に発振指令２４を与えることにより、前回と同様に電流電圧変換器１６の出力が、露光量積算器１９に入り積算される。
【００２６】
このように主制御装置２５は、露光量積算器１９からの積算露光データ２１が所望の値になるまで、前述の温度センサ２６による温度測定、フォトダイオード１５自身の加熱による温度制御、エキシマレーザ発振を繰り返すことにより、フォトダイオード１５の温度を安定化し、正確な露光量でウエハ１１を露光することが可能となる。
【００２７】
なお上記実施例においては切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６側に接続したり、フォトダイオード加熱回路１７に接続したりして切換えたが、入射光による電流を測定しながらフォトダイオード加熱回路１７にてフォトダイオード１５に電流を流し、フォトダイオード１５を所定の温度に保つように調節する方法もある。
【００２８】
（第２の実施例）
第２の実施例の構成は、第１の実施例から温度センサ２６と温度測定値２７を削除したものである。本実施例の動作について、順を追って説明する。
【００２９】
主制御装置２５は切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６側に接続した状態で、エキシマレーザ−１に発振指令２４を出す。エキシマレーザから出射された照明光は、ビーム整形光学系２により所望の断面形状の平行光束に整形され、１／４波長板３により直線偏光から円偏光に変換されて反射鏡４で反射された後にフライアイレンズ５に入射する。フライアイレンズ５の射出面には面状の２次光源が形成され、この面状の２次光源からのレーザー光が重畳的にビームスプリッター６に入射し、ビームスプリッター６を透過した光はレンズ群７、反射鏡８を経て均一な照度分布でレチクル９を照明する。これにより、レチクル９のパターンが投影光学系１０によってウエハ１１上に結像される。
【００３０】
一方、フライアイレンズ５の直後のビームスプリッター６で反射された照明光は、集光レンズ１２を介して光束１３となる。ここで光束１３はウエハに結像される光量に比例することになる。フォトダイオード１５は、入射光量に比例した光電流を発生し、これが電流電圧変換器１６に入り、電圧に変換される。その後、電流電圧変換器１６の出力は、露光量積算器１９に入り積算される。
【００３１】
主制御装置２５はエキシマレーザ１に次の発振指令２４を与えるまでの間、フォトダイオード１５をフォトダイオード加熱回路１７側に接続し、加熱指令値２２を用いて先のエキシマレーザ１による光電流と同等の電流を流し続ける。その後主制御装置２５は、切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６側に接続した状態で、エキシマレーザ−１に再び発振指令２４を出す。
【００３２】
このように主制御装置２５は、露光量積算器１９からの積算露光データ２１が所望の値になるまで、エキシマレーザ発振と、エキシマレーザ非発振時のフォトダイオード１５への電流印加を繰り返すことにより、エキシマレーザ１の発振、休止にかかわらず、フォトダイオード１５が発生する熱量が一定となり、フォトダイオード１５の温度を安定化し、正確な露光量でウエハ１１を露光することが可能となる。
【００３３】
なお上記実施例においては切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６側に接続したり、フォトダイオード加熱回路１７に接続したりして切換えたが、入射光による電流を測定しながらフォトダイオード加熱回路１７にてフォトダイオード１５に電流を流し、フォトダイオード１５の温度を安定化させる方法もある。
【００３４】
（第３の実施例）
第３の実施例の構成は、第１の実施例に、不図示の光電センサの温度を粗に制御する手段を追加したものである。本構成において順を追って動作を説明する。
【００３５】
主制御装置２５は温度センサ２６によりフォトダイオード１５の温度を測定し、温度測定値２７を得て、不図示の光電センサの温度を粗に制御する手段を駆動し、フォトダイオード１５の温度を粗に安定させ続ける。
【００３６】
更に主制御装置２５は切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５をフォトダイオード加熱回路１７側に接続し、温度測定値２７の値を参照しながら加熱指令値２２を変化させ、フォトダイオード加熱回路１７がフォトダイオード１５に流す電流を変化させる。これによりフォトダイオード１５を所定の温度に保つように精密に調節することが可能になる。
【００３７】
他は、第１の実施例で述べた動作と同じである。なお上記実施例においては切換え器１８を駆動し、フォトダイオード１５を電流電圧変換器１６側に接続したり、フォトダイオード加熱回路１７に接続したりして切換えたが、入射光による電流を測定しながらフォトダイオード加熱回路１７にてフォトダイオード１５に電流を流し、フォトダイオード１５を所定の温度に保つように調節する方法もある。
【００３８】
（第４の実施例）
第４の実施例の構成は、第１の実施例から温度センサ２６と温度測定値２７を削除し、代わりの光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段として、不図示の光電センサの暗電流測定回路を追加したものである。本構成での動作は温度検出手段として本暗電流測定回路を使用し、光電センサの暗電流の温度特性より光電センサの受光面の温度を求める他は、第１の実施例と同じである。
【００３９】
（第５の実施例）
第５の実施例の構成は、第１の実施例から温度センサ２６と温度測定値２７を削除し、代わりの光電センサの受光面の温度を検出する温度検出手段として、不図示の光電センサの順方向電圧測定回路を追加したものである。本構成での動作は温度検出手段として本順方向電圧測定回路を使用し、光電センサの順方向電圧の温度特性より光電センサの受光面の温度を求める他は、第１の実施例と同じである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施例に係わる露光装置の要部概略図である。
【図２】図１における積算露光部１４の一例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  エキシマレーザ
２  ビーム整形光学系
３  １／４波長板
４  反射鏡
５  フライアイレンズ
６  ビームスプリッター
７  レンズ群
８  反射鏡
９  レチクル
１０  投影光学系
１１  ウエハ
１２  集光レンズ
１３  集光された光束
１４  積算露光部
１５  フォトダイオード
１６  電流電圧変換器
１７  フォトダイオード加熱回路
１８  切換器
１９  露光量積算器
２０  切換え指令信号
２１  積算露光量データ
２２  加熱指令値
２４  発振指令
２５  主制御系
２６  温度センサ
２７  温度測定値
【図１】
2006013309.tif 000003
【図２】
2006013309.tif 000004