(57)【要約】【課題】光電変換素子の劣化を精度よく検出することを可能とする。【解決手段】光エネルギーを電気エネルギーに変換するパルス光量検出器８の劣化を判定するために、容量測定装置５１は、パルス光量検出器８の端子間容量を計測する。コントローラ１００は容量測定装置５１の計測値に基づいてパルス光量検出器８の劣化状態を判定する。【選択図】図２
2006041366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子の劣化判定装置であって、
前記光電変換素子の端子間容量を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測値に基づいて前記光電変換素子の劣化状態を判定する判定手段とを備えることを特徴とする劣化判定装置。
【請求項２】
前記判定手段は、前記計測手段によって得られた、初期の端子間容量と現在の端子間容量との変化量に基づいて前記光電変換素子の劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の劣化判定装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記計測手段によって得られた計測値と、予め設定された判定閾値との比較に基づいて前記光電変換素子の劣化を判定することを特徴とする請求項１に記載の劣化判定装置。
【請求項４】
露光光源よりの照明光を用いてレチクルに形成されたパターンを感光基板の露光領域に転写する露光装置であって、
前記照明光の一部の光量を光電変換素子を用いて検出し、検出された光量に基づいて前記照明光の強度を制御する制御手段と、
前記光電変換素子の端子間容量を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測値に基づいて前記光電変換素子の劣化状態を判定する判定手段と、
前記判定手段によって劣化が検出された場合に、その旨を通知する通知手段とを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
前記計測手段を、前記照明光の照射が停止している間に機能させることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記照明光の光源装置がエキシマレーザあるいはＥＵＶ光源であり、
前記計測手段は、前記光源装置においてガス交換が行われている間に機能することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子の劣化判定方法であって、
前記光電変換素子の端子間容量を計測する計測工程と、
前記計測工程による計測値に基づいて前記光電変換素子の劣化状態を判定する判定工程とを備えることを特徴とする劣化判定方法。
【請求項８】
露光光源よりの照明光を用いてレチクルに形成されたパターンを感光基板の露光領域に転写する露光装置の制御方法であって、
前記照明光の一部の光量を光電変換素子を用いて検出し、検出した光量に基づいて前記照明光の強度を制御する制御工程と、
前記光電変換素子の端子間容量を計測する計測工程と、
前記計測工程による計測値に基づいて前記光電変換素子の劣化状態を判定する判定工程と、
前記判定工程によって劣化が検出された場合に、その旨を通知する通知工程とを備えることを特徴とする露光装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置に関し、特にその受光素子(光電変換素子）の劣化を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置は、光を用いて各種処理を実行する産業用装置等において、その光量計測等のために利用される。光量計測の結果はそのような産業用装置を適正に動作させるために重要なものであり、光電変換装置による計測精度の劣化はそうした産業用装置の動作を不安定にする。特に、短波長光を対象とした光電変換装置では、受光素子の劣化が著しい。
【０００３】
例えば、短波長の光エネルギーを電気エネルギーに変換して使用する装置として、半導体露光装置がある。半導体露光装置では、各キャリブレーション、あるいは露光量を制御するために、光源からの光を検出する手段が必要である。半導体露光装置の使用する光源として、現在はＫｒＦエキシマレーザ（２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）が主に使用されている。また、次世代露光装置の光源としては、Ｆ2レーザ（１５７ｎｍ）、ＥＵＶ光源などが有力視されている。このような波長の短い光は、フォトンエネルギが大きく、受光素子の放射線損傷を与えやすい。このような光源を用いた半導体露光装置に用いられる光電変換装置では、その受光感度の低下が問題になる場合がある。
【０００４】
短波長の光を受光する素子には、素子表面層での光吸収を有効活用できることから、一般にショットキー型の半導体受光素子が用いられている。短波長光の照射によってショットキー型半導体受光素子が劣化する主な原因は、電極と半導体の界面接合部がフォトンエネルギーの強い紫外光の照射により劣化することに起因する。そのため受光素子は定期的に交換などのメンテナンスを実施する必要があった。従来の装置では、受光素子の総照射パルス数や総照射光量を予め見積もり、交換の実行条件としていた。
【０００５】
例えば、特許文献１には、光電変換素子への光照射時における逆バイアス飽和電流を計測することにより、長期間にわたる変換効率特性の経時変化を推定することが提案されており、このような推定値を用いて上述したような交換の実行条件を決定することが可能であろう。
【特許文献１】特開平０１−１１８２８１号公報
【特許文献２】特開平０１−１４６３７５号公報
【特許文献３】特開平０９−２８８３１３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、受光素子の劣化速度は、受光素子の使用環境の違いや個体差により必ずしも一様ではない。したがって、受光素子の総照射パルス数や総照射光量を予め見積もり、交換の実行条件としていた従来の方法では、予め見積もった総照射パルス数や総照射光量に達する前に受光素子が劣化してしまう問題があった。また、まだ十分に使用できる受光素子であっても、総照射パルス数、総照射光量に達すると交換してしまうので、受光素子を効率良く使用することが出来なかった。また、特許文献１に示す手法により各受光素子の変換効率特性の経時変化を推定し、これに基づいて交換の実行条件を決定するようにしても、受光素子の動作環境等によりその特性変化は変動するので、やはり上記課題は解消されない。
【０００７】
なお、特許文献２には、受光素子のキャパシタンスを計測することによりリニアリティの良否を判定することが記載されているが、受光素子の劣化の判定については何等言及されていない。また、特許文献３には、静電情報記憶媒体を利用したカメラにおいて、暗電流を用いて該静電情報記憶媒体の劣化を測定することが記載されている。しかしながら、静電情報記憶媒体という特殊な材料に適用されるものであり、上述したような短波長の光を受光する受光素子にそのまま適用できるものではない。
【０００８】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、光電変換素子の劣化を精度よく検出可能とすることを目的とする。
また、特に露光装置において、照明光の光量を検出する受光素子の劣化を適切に判定し、適切な時期での受光素子の交換を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明による光電変換素子の劣化判定装置は、
光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子の劣化判定装置であって、
前記光電変換素子の端子間容量を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測値に基づいて前記光電変換素子の劣化状態を判定する判定手段とを備える。
【００１０】
また、上記の目的を達成するための本発明の他の態様による露光装置は以下の構成を備える。すなわち、
露光光源よりの照明光を用いてレチクルに形成されたパターンを感光基板の露光領域に転写する露光装置であって、
前記照明光の一部の光量を光電変換素子を用いて検出し、検出された光量に基づいて前記照明光の強度を制御する制御手段と、
前記光電変換素子の端子間容量を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測値に基づいて前記光電変換素子の劣化状態を判定する判定手段と、
前記判定手段によって劣化が検出された場合に、その旨を通知する通知手段とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光電変換素子の劣化を精度よく検出することが可能となる。
また、特に露光装置において、照明光の光量を検出する受光素子の劣化を適切に判定することができ、適切な時期での受光素子の交換が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
【００１３】
本実施形態では、受光素子の劣化に関わるパラメータを直接にモニタする。例えば、短波長光の照射によってショットキー型半導体受光素子が劣化する主な原因は、電極と半導体の界面接合部がフォトンエネルギーの強い紫外光の照射により劣化することに起因している。電極と半導体の界面接合部には、光を吸収して光電流を発生させるための空乏層が介在しており、一種のコンデンサ（接合容量）が形成されているとみなすことができる。界面接合部に短波長の光が照射されると結晶構造がダメージを受けるため、半導体受光素子の接合容量は低下する。このように接合容量は劣化要因とされる界面接合部の劣化に依存しているため、接合容量により受光素子の劣化状態を判定することが可能であることを本発明者は見出した。
【００１４】
そこで、本実施形態は、接合容量とパッケージの浮遊容量を含めた端子間容量を常時モニタリングすることで、受光素子の劣化の度合いを判断し、効率の良い受光素子のメンテナンスを実現可能にする。
【００１５】
［光電変換装置における劣化判定について］
図２は、本実施形態による光電変換装置の概略を示す図である。図２において、パルス光量検出器８は光エネルギーを電気エネルギーに変換する。増幅器５０はパルス光量検出器８において光エネルギーを電気エネルギーに変換して得られた出力を増幅し、コントローラ１００に出力する。容量測定装置５１は、パルス光量検出器８の端子間容量を計測し、その計測結果をコントローラ１００へ出力する。切替スイッチ４９は、パルス光量検出器８の出力端子の接続先を増幅器５０と容量測定装置５１との間で切り替える。
【００１６】
実際の動作について説明する。例えば、露光装置において検出光（照明光の一部）の光量を計測する場合には、切替スイッチ４９によりパルス光量検出器８と増幅器５０を接続する。なお、切替スイッチ４９はコントローラ１００によって制御される。パルス光量検出器８から出力された信号は増幅器５０にて信号強度が増幅される。増幅器５０の出力はコントローラ１００によって所望のデータ処理がなされる。
【００１７】
一方、パルス光量検出器８の端子間容量（即ち、接合容量）を測定する場合には、コントローラ１００が切替スイッチ４９を制御してパルス光量検出器８と容量測定装置５１を接続する。
【００１８】
パルス光量検出器８の接合容量を計測する方法としては、例えば容量ブリッジ法による計測方法がある。容量ブリッジ法による接合容量の測定原理を図３を用いて説明する。図３は容量ブリッジ法による接合容量測定の原理回路を示すとともに、容量測定装置５１の内部構成を説明する図である。図３に示すように、容量測定装置５１は、パルス光量検出器８と接続されており、交流信号源５２、可変抵抗器５３，５４、標準容量５５、交流電流計５６、バイアス供給用チョークコイル５７、５８、バイアス用電源５９を具備している。
【００１９】
パルス光量検出器８の接合容量Ｃｊは、図３に示したブリッジ回路にを用いて以下のようにして求めることができる。即ち、パルス光量検出器８を接続し、バイアス用電源５９で所定のバイアス電圧を印加した状態で、２つの可変抵抗器５３，５４の抵抗値を交流電流計５６の測定値がゼロとなるように調整する。そして、そのときの各々の可変抵抗器５３，５４の抵抗値Ｐ，Ｑと、標準容量５５の値Ｃｓから、パルス光量検出器８の接合容量Ｃｊを次の式、
Ｃｊ＝Ｐ・Ｃｓ／Ｑ
により求める。
【００２０】
なお、上記可変抵抗器５３，５４の抵抗値の調整は、例えば次のようにして実現できる。交流電流計５６によって計測される電流値をＡ／Ｄ変換してＣＰＵに読み込み、ポテンショメータ等により抵抗値を制御する方法が挙げられる。
【００２１】
このように容量測定装置５１により計測されたパルス光量検出器８の接合容量Ｃｊ（端子間容量）は、コントローラ１００へ送られる。コントローラ１００では計測された接合容量Ｃｊに基づいて、パルス光量検出器８の良否判定を行う。
【００２２】
次に、パルス光量検出器８の良否判定について説明する。図４に示すグラフは照射光量（照射パルス数）に対するパルス光量検出器８の端子間容量の特性を示す。横軸はパルス光量検出器８に照射される照射光量、あるいは照射パルス数を示し、縦軸は端子間容量を示す。図４に示すように、パルス光量検出器８の端子間容量は、照射された光エネルギーにより低下する特性を示す。これはすでに述べたが、界面接合部に短波長の光が照射されると結晶構造がダメージを受けることに起因する。本実施形態では、光照射前（使用前の初期状態）の端子間容量Ｘ[pF]に対して、どのくらい容量が低下したかによりパルス光量検出器８の良否判定を行う。たとえば、容量測定装置５１より計測された値を、予め実施された実験などにより求められた判定閾値（図４では、光照射前の端子間容量の０．４倍）と比較して、判定閾値よりも小さい場合には、パルス光量検出器８をメンテナンス対象とする制御を行う。
【００２３】
なお、別の良否判定方法として、照射前の端子間容量に対する相対的な良否判定閾値を決めるのではなく、良否判定閾値を絶対的な値で設定しても良い。
【００２４】
［露光装置への適用］
次に、上述した光電変換装置を露光装置に適用した実施形態を説明する。なお、露光装置としては走査露光装置を用いたが、他の方式の露光装置にも適用可能であることは明らかである。
【００２５】
図１に本発明による光電変換装置を使用した走査露光装置の概略図を示す。図１において、光源（レーザ）１から放射された光束は、パルス光量の調整を行なうＮＤターレット２の所定のＮＤフィルタ３を通過する。ＮＤターレット２には番号付け（パルス光量番号）された複数のＮＤフィルタが埋設されており、平均パルス光量を調整する場合、最適なＮＤフィルタが選択され、レーザ光路に挿入される。ビーム整形光学系４は、ＮＤフィルタ３を通過した光束を所定の形状に整形し、オプティカルインテグレータ５の光入射面に入射させる。オプティカルインテグレータ５は複数の微小なレンズより構成されており、その光出射面近傍には多数の２次光源が形成される。
【００２６】
絞りターレット６は、所定の絞り７により前述の２次光源面の大きさを制限する。例えば、コヒーレンスファクタσ値を複数種設定するための、円形開口面積が相異なる開口絞りや、輪帯照明用のリング形状絞り、４重極絞り等、絞りターレット６には番号付け（照明モード番号）された複数の絞りが埋設されている。照明光の入射光源の形状を変える際に必要な絞りが絞りターレット６の中から選択され、光路に挿入される。ハーフミラー９によって反射されたパルス光の一部はパルス光量検出器８に導かれる。切替スイッチ４９によりパルス光量検出器８と増幅器５０を接続することにより、パルス当りの光量に対応した検出信号が得られる。検出信号はアナログ信号であり、露光量演算部４２ヘ出力される。
【００２７】
コンデンサレンズ１０は、オプティカルインテグレータ５の出射面近傍の２次光源からの光束でブラインド１１をケーラー照明している。ブラインド１１の近傍にはスリット１２が配設されていて、ブラインド１１を照明するスリット光のプロファイルを矩形または円弧形状に形成する。スリット光は、コンデンサレンズ１３、１５とミラー１４を介してブラインド１１の共役面であり、素子パターンが形成されたレチクル１６上に照度と入射角が均一化された状態で結像する。ブラインド１１の開口域は、レチクル１６の所望のパターン露光領域と光学倍率比で相似形となっている。露光時、ブラインド１１は、レチクル１６の露光域外を遮光しつつレチクルステージ１７に対して光学倍率比で同期走査が行われる。
【００２８】
なお、ＮＤターレット２、ビーム整形光学系４、オプティカルインテグレータ５、ハーフミラー９、コンデンサレンズ１０，１５、スリット１２、ミラー１４は照明光学系を構成している光学ユニットである。照明光学系の筐体内は、導入される窒素によって光化学反応を起こす有機物質等がパージされており、光学ユニットの光学性能劣化を抑制している。
【００２９】
レチクル１６は、レチクルステージ１７により保持されている。レチクル１６を通過したスリット光は投影光学系１８を通り、レチクル１６のパターン面と光学的共役面上の露光画角領域にスリット光として再度結像される。フォーカス検出系１９は、ウエハステージ２０に保持されたウエハ２１上の露光面の面高さや傾きを検出する。走査露光時には、フォーカス検出系１９の情報を基に、ウエハステージ２０がウエハ２１の露光面を露光フィールド面と一致するよう制御を行ないながら、レチクルステージ１７とウエハステージ２０を投影光学系１８に対し同期走行させる。これにより、ウエハ２１がスリツト光により露光され、ウエハ２１上のフォトレジスト層にパターンが転写される。
【００３０】
ウエハステージ２０上には、パルス光量検出器２２が設置されており、露光画角上のスリット光パルス光量が測定できる。このパルス光量検出器２２は、その長手方向が走査方向と一致するような１次元センサアレーである。
【００３１】
次に、本実施形態の走査露光装置における制御システムの構成を説明する。ステージ駆動制御部４１は、露光面位置制御を含む、走査露光時のレチクルステージ１７とウエハステージ２０の同期走行制御を行なう。露光量演算部４２は、パルス光量検出器８、パルス光量検出器２２によって光電変換された電気信号を論理値に変換して主制御部４３に出力する。なお、パルス光量検出器８は露光中でも計測可能な構成となっている。一方、パルス光量検出器２２は露光工程前にウエハ２１を照射するスリット光の光量を検出する。このパルス光量検出器２２の計測と同時にパルス光量検出器８による光量計測を実施し、両検出器が検出する光量の相関を求める。この相関を用いてパルス光量検出器８による出力値はウエハ２１上の光量に換算され、露光量制御用のモニタ光量として用いられる。以下、このモニタ光量は、ウエハ上のパルス光量と同一視して説明する。また、パルス光量検出器８，２２出力の露光量演算部４２により変換される論理値（単位ｂｉｔ）は、パルス光量そのものを表す。一方、パルス光量検出器２２は、ウエハステージ２０により露光スリット光を走査しながら測定を行なうことで、露光領域各点の積算露光量と設定露光量からの偏差が同時測定可能である。
【００３２】
レーザ制御部４４（レーザ出力および発振周波数を制御する）は、所望のパルス光量に応じてトリガ信号３１、印加電圧信号３２をそれぞれ出力して光源１の発振周波数と出力エネルギーを制御している。レーザ制御部４４がトリガ信号３１、印加電圧信号３２を生成する際には、露光量演算部４２からのパルス光量信号３４、主制御部４３からの露光パラメータ３５，３６が用いられる。
【００３３】
所望の露光パラメータ（特に積算露光量や必要積算露光量精度、あるいは絞り形状）は、マンマシンインターフェース若しくはメディアインターフェースとしての入力装置４５より主制御部４３に入力され、記憶部４６に記憶される。また、パルス光量検出器８、２２から得られた各結果や検出器間の結果の相関等は、表示部４７に表示される。主制御部４３は、入力装置４５から与えられたデータと、露光装置固有のパラメータおよび各パルス光量検出器８，２２等の測定手段が計測したデータから走査露光に必要なパラメータ群を算出し、レーザ制御部４４やステージ駆動制御部４１に伝達する。光電変換装置４８は、主制御部４３の指令に基づいて、入射光量の計測、あるいはパルス光量検出器８の端子間容量を計測する装置である。即ち、主制御部４３は図２に示したコントローラ１００を含む。
【００３４】
次に、パルス光量検出器８の端子間容量を計測するシーケンスについて説明する。図５は一般的な露光装置とレーザ系との間におけるシーケンスを示す。ステップＳ１０１では露光装置をリセットする際に発生する露光装置とレーザ間のリセットシーケンスが実行される。すなわち、露光装置とレーザ間の信号ラインのチェックや、露光装置内部の光学調整が行われる。ステップＳ１０１のリセットシーケンスが終了すると、露光装置はウエハへの実露光が可能状態となる。まず、露光装置は、ステップＳ１０２においてレーザにガス交換要求が有るかどうかを確認し、要求がない場合にはステップＳ１０３へ進み、露光シーケンスを実行する。露光シーケンスでは、レーザの波長を目標波長に設定する制御やウエハへの露光量を制御する露光量制御等が実行される。
【００３５】
一方、ステップＳ１０２にてガス交換要求が発生していた場合には、ステップＳ１０４へ移り、レーザのガス交換を実行する。ガス交換時間としては一般的に１０分程度が費やされる。その間、レーザは発振することが出来ないため、露光装置はレーザのガス交換の終了を待ってから露光シーケンス（ステップＳ１０３）へ移る。露光シーケンスが終了すると、再度シーケンス１０２へ移り、上記動作を繰り返し実行する。
【００３６】
これに対して、本実施形態の走査露光装置においては、上記ガス交換を行っている間は露光装置には露光光が照射されないことに着目し、レーザのガス交換の間にパルス光量検出器８の端子間容量の計測／良否判定を実行する。図６に本実施形態の走査露光装置における半導体受光素子の良否判定シーケンスを示す。なお、図５と同様の処理ステップに対しては同一のステップ番号を付してある。
【００３７】
ステップＳ１０２にてガス交換要求が発生した場合には、露光装置はレーザにガス交換コマンドを送り、レーザのガス交換を実行する（ステップＳ１０４）。一方、露光装置においては、ステップＳ１０４によるガス交換処理と同時に、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７を実行する。ステップＳ１０５では、切替スイッチ４９によりパルス光量検出器８の出力端子を容量測定装置５１に接続する。そして、容量測定装置５１により光電変換素子（パルス光量検出器８）の端子間容量を測定する。次に、ステップＳ１０６にて、図４で説明したような方法により、光電変換素子の良否判定を実施する。この良否判定の結果、メンテナンスが不要な場合にはステップＳ１０６からステップＳ１０８へ移る。一方、メンテナンスが必要な場合には、ステップＳ１０６からステップＳ１０７へ進み、オペレーターへの通知を行う。通知のための構成としては、エラー／ワーニングを発生させて、ユーザインターフェイスによりオペレーターへの通知を実行する。ステップＳ１０８では、レーザのガス交換と光電変換素子の良否判定が終了したことを確認し、露光シーケンス（ステップＳ１０３）へ移る。
【００３８】
なお、光電変換素子（パルス光量検出器８）を交換した直後には、露光用の照明光を照射する前に光電変換素子の容量の初期値を計測しておく。この計測値は不図示のメモリに保持され、図４で説明した判定閾値の算出に利用される。
【００３９】
上記実施形態では、パルス光量検出器８に対して具体例を記載したが、本発明はそのような適用に限定されるものではなく、例えばウエハステージ上に設置されたパルス光量検出器２２に適用することも可能である。
【００４０】
また、光電変換素子としては、ショットキー接合型を基本構造とする半導体受光素子を例にあげたが、これに限られるものではなく、ｐｎ（ｐｉｎ）接合型やフォトコン型等を基本構造とする半導体受光素子にも適用可能である。
【００４１】
また、本実施形態ではエキシマレーザを光源とする走査露光装置を具体例として記述したが、ＥＵＶ光を光源とする露光装置に適用することも可能である。
【００４２】
以上のように、上記実施形態によれば、半導体受光素子の端子間容量を定期的に計測し、半導体受光素子の良否判定を実施することで、半導体受光素子を効率良く使用・交換することが可能である。また装置の使用中に突然半導体受光素子の感度がなくなり、装置が使用できなくなるといったようなリスクを回避することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】実施形態による走査露光装置の構成を示す図である。
【図２】実施形態による光電変換装置の構成を示すブロック図である。
【図３】実施形態による容量測定装置が採用する、容量ブリッジ法による接合容量測定の原理を説明する図である。
【図４】半導体受光素子の照射光量に対する端子間容量と総照射光量との関係を示す特性図である。
【図５】一般的な露光装置によるシーケンスを説明するフローチャートである。
【図６】実施形態の走査露光装置によるシーケンスを説明するフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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