(57)【要約】【課題】レチクルのパターンイメージをもつ照射光に対する絞りを通過する焦点関係と光エネルギー状態を確認して最適の露光条件を求めることができる照射光の光エネルギー検査装置を提供する。【解決手段】照射光に向かって複数の撮像素子を備えて絞り２４上の照射光通過領域範囲に対する各部位別光エネルギーを感知する撮像部２６と、撮像部２６を絞り２４に近接および離隔させる駆動部３０と、撮像部２６の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、絞り２４の開閉状態制御するための調節基準を提示する制御部と、を有する光エネルギー検査装置。【選択図】　　　　　　図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射光に向かって複数の撮像素子を備え、絞り上の前記照射光の通過領域範囲における各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞り上で位置移動させる駆動部と、
前記駆動部を制御して前記撮像部の位置を移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部からの感知信号を受信して、感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞りの開閉程度を調節するための調節基準を提示する制御部と、
を有することを特徴とする照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項２】
前記撮像部は、前記絞りの前面に前記照射光に向かって設置され、
さらに、前記絞りの開閉程度を感知して前記制御部に印加する開閉感知部を有することを特徴とする請求項１に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項３】
前記撮像部の現在位置を感知して前記制御部に印加する現在位置検知部をさらに具備してなることを特徴とする請求項２に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項４】
前記駆動部は、前記撮像部を前記絞りの前面に近接させ、また、前記照射光さえぎらない位置に離隔させることを特徴とする請求項１に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項５】
前記撮像部は、前記絞りを通過する照射光の最大通過領域以上の面積範囲をカバーするように前記複数の撮像素子を配置してなる撮像基板と、
前記駆動部に連結されて前記撮像基板を支持する支持ブロックと、からなることを特徴とする請求項１に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項６】
前記駆動部は、前記支持ブロックの一側を支持し、前記制御部から印加される制御信号に応じて前記支持ブロックを回転させる構成からなることを特徴とする請求項５に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項７】
前記駆動部は、前記支持ブロックの両側を支持してスライディング位置移動を案内するガイドレールと、
前記ガイドレールに沿って前記支持ブロックを移動させる動力伝達ユニットと、からなることを特徴とする請求項５に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項８】
前記絞りの下部には、前記撮像基板の中心が照射光の光軸線上にあるように前記支持ブロックの側部を案内するガイドがさらに設置されていることを特徴とする請求項６又は７に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項９】
前記撮像部は、前記絞りを通過する照射光の最大通過領域以上の長さで前記複数の撮像素子を一列配置してなる撮像基板と、
前記駆動部に連結されて前記撮像基板を支持する支持ブロックと、からなることを特徴とする請求項１に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項１０】
前記駆動部は、前記支持ブロックの長手方向側部を支持してスライディング位置移動を案内するガイドレールと、
前記ガイドレールに沿って前記支持ブロックを移動させる動力伝達ユニットと、
前記ガイドレールに対する前記支持ブロック上の撮像基板位置情報を感知してその信号を前記制御部に印加する位置感知ユニットと、からなることを特徴とする請求項９に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項１１】
前記動力伝達ユニットは、前記ガイドレールが長手方向にギヤを形成したラックで構成し、前記撮像基板の長手方向と並んで前記支持ブロックに回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸上に設置されて前記ガイドレール上のギヤに対応するピニオンと、前記回転軸に連結されて前記制御部の制御信号に応じて回転力を提供するモーターと、からなることを特徴とする請求項１０に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項１２】
前記動力伝達ユニットは、前記ガイドレールが長手方向両側端部にそれぞれ回転可能に設置したローラーと、前記支持ブロックを固定し、前記両側ローラーを互いに連動して回転するように連結するベルトと、前記ローラーに連結されて前記制御部の制御信号に応じて回転力を提供するモーターと、からなることを特徴とする請求項１０に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項１３】
前記動力伝達ユニットは、前記ガイドレールを側壁長手方向に沿ってネジの形成されたスクリューロッドから構成し、前記支持ブロック上には前記スクリューロッドがネジ結合により貫通するようにナットを形成し、前記スクリューロッドに連結されて前記制御部への制御信号に応じて前記スクリューロッドに回転力を提供するモーターと、を備えてなることを特徴とする請求項１０に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項１４】
前記撮像部を構成する複数の撮像素子は、レチクルを通過するに従い回折される０次光と±１次光のうち前記絞りの±１次光の通過領域範囲に対応するように配置されることを特徴とする請求項１に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項１５】
前記制御部は前記撮像部からの信号を受信して前記絞りを通過する各部位別照射光の光エネルギー状態を作業者が確認できるように出力する出力ユニットをさらに備えてなることを特徴とする請求項１に記載の照射光の光エネルギー検査装置。
【請求項１６】
照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り上の照射光通過領域範囲に対する各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りに対応するように位置させる駆動部と、
前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、
前記駆動部を制御し、前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて絞りの開閉程度を制御する制御部と、
を有することを特徴とする照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システム。
【請求項１７】
前記制御部は、前記撮像部を通じて受信される前記絞り通過領域の照射光の光エネルギー状態と前記調節ユニットの制御を通じた前記絞りの開閉程度を作業者が確認できるように出力する出力ユニットをさらに備えてなることを特徴とする請求項１６に記載の照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システム。
【請求項１８】
照射光に向かって複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りに対応するように位置させる駆動部と、
前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、
前記駆動部を制御し、前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、
前記撮像部を前記絞りの照射光通過領域に対応位置させる段階と、
前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、
感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、
前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、
前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、
を有することを特徴とする露光条件調節方法。
【請求項１９】
前記撮像部は、前記絞りに対する照射光が最大通過領域以上の面積範囲に前記複数の撮像素子を配置した撮像基板から構成し、前記駆動部は印加される制御信号に応じて前記撮像基板の一側部位を支持する状態で前記絞り下部に選択的に近接対応して回転位置させるように構成し、
前記絞りの通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階は前記撮像基板のなす面積範囲で配置された各撮像素子に作用する光エネルギー状態を撮影してなされることを特徴とする請求項１８に記載の露光条件調節方法。
【請求項２０】
前記撮像部は、前記絞りを通過する照射光の最大通過領域以上の長さで前記複数の撮像素子を一列配置してなる撮像基板と、前記駆動部に連結されて前記撮像基板を支持する支持ブロックと、から構成し、前記駆動部は前記支持ブロックの長手方向側部を支持して一側方向にスライディング位置移動を案内するガイドレールと、前記ガイドレールにそって前記支持ブロックを移送させる動力伝達ユニットと、前記ガイドレールに対する前記支持ブロック上の撮像基板位置情報を感知して前記制御部に印加する位置感知ユニットと、から構成し、
前記絞りの通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階は、前記撮像基板を含んだ前記支持ブロックをスライディング移動させる過程において各撮像素子に作用する光エネルギー状態を前記撮像基板の位置情報に対応して連続的に撮影してなされることを特徴とする請求項１８に記載の露光条件調節方法。
【請求項２１】
複数の形状の光原形に対しそれぞれ実施し、前記絞りの開閉程度の設定値を求める段階において最適の光エネルギーと焦点の条件を満足する光原形を選定する段階がさらに具備されてなることを特徴とする請求項１８に記載の露光条件調節方法。
【請求項２２】
前記絞りの開閉程度を調節する段階において前記撮像部を通じた前記絞りの開閉が設定値で開閉されたかどうかを確認する段階がさらに具備されることを特徴とする請求項１８に記載の露光条件調節方法。
【請求項２３】
照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、
前記撮像部を前記絞りに対応するように位置させる駆動部と、
前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、
前記駆動部を制御し、前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、
前記撮像部を前記絞りの照射光通過領域に対応位置させる段階と、
前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、
感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、
前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、
前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、
前記絞りの照射光通過領域から前記撮像部を離隔させる段階と、
前記絞りに対向して感光膜の塗布されたウェハを所定位置に載置して露光工程を行う段階と、
を有することを特徴とする露光条件調節による半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、レチクルのパターンイメージをもつ照射光に対する絞りを通過する焦点関係と光エネルギー状態を確認して最適の露光条件を求めることができる照射光の光エネルギー検査装置、これをもつ露光条件調節システム、露光条件検査方法及びそれに従う半導体素子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、フォトリソグラフィー工程とは、半導体素子又は液晶表示素子などの高集積化が要求される電子素子の製造において、感光膜が塗布された半導体基板又はガラス基板などの基板上にフォトマスク又はレチクル（以下、「レチクル」という）がもつパターンイメージを転写してパターンマスクを形成するための工程をさす。
【０００３】
このようなフォトリソグラフィー工程過程では、パターンイメージをもつ照射光が正確な焦点を有すると共に感光膜が所望の形状をなすように化学変化させるための光エネルギーで感光膜上にパターンイメージが転写されることを求めている。
【０００４】
上述の焦点関係と光エネルギー関係を設定するための従来の技術過程は、基板上の各ショット領域に焦点と露光量（シャッターの制御時間）のうち少なくとも一方の条件を継続的に変化させ、同一な計測用パターンイメージを順次転写する。このような過程から現像過程を通じて得られた各パターンマスクに対し光学顕微鏡又は電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ）などで計測することにより、最上のパターンマスクをもとにこれに対する焦点関係と露光量関係を最適な露光条件として設定していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
然るに、このような従来の技術は現像されたパターンマスクを、ＳＥＭなどを用いて測定するため、装置間乖離があって、その設定までに多くの作業時間を要するだけでなく、実験用を含んだ実質的なパターンイメージに対しても反復的な確認作業と修正作業が求められるという煩雑さがあった。
【０００６】
又、実質的なパターンイメージは計測用のパターンイメージよりも多くの線幅又はスペースの組み合わせで複雑且つ多様な形状をなしている。このため、統計的又は試験的な焦点関係と露光量関係の露光条件を通じた工程実行には限界があるという問題点があった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、レチクル上のパターンイメージをもつ照射光が感光膜に転写される過程において、絞りの通過領域に対する照射光の実質的な焦点関係と光エネルギー状態をより正確に確認することにより、多様な形状をもつ実質的なパターンイメージに対する最適な露光条件を容易に求め、これからその作業時間の短縮と作業の煩雑さを減らし、求められた露光条件の信頼度を高めることができる照射光の光エネルギー検査装置、これをもつ露光条件調節システム、露光条件検査方法、及びそれに従う半導体素子の製造方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するため本発明による照射光の光エネルギー検査装置は、照射光に向かって複数の撮像素子を備え、絞り上の前記照射光の通過領域範囲における各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、前記撮像部を前記絞り上で位置移動させる駆動部と、前記駆動部を制御して前記撮像部の位置を移動せしめ、前記絞り上での前記撮像部からの感知信号を受信して、感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞りの開閉程度を調節するための調節基準を提示する制御部と、を有することを特徴とする。
【０００９】
又、本発明による照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システムは、照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り上の照射光通過領域範囲に対する各部位別光エネルギーを感知する撮像部と、前記撮像部を前記絞りに対応するように位置させる駆動部と、前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、前記駆動部を制御し、前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて絞りの開閉程度を制御する制御部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
又、本発明による露光条件調節方法は、照射光に向かって複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、前記撮像部を前記絞りに対応するように位置させる駆動部と、前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、前記駆動部を制御し、前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、前記撮像部を前記絞りの照射光通過領域に対応位置させる段階と、前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、を有することを特徴とする。
【００１１】
又、本発明による露光条件調節による半導体素子の製造方法は、照射光に対向して複数の撮像素子を備えて絞り通過位置の照射光の光エネルギーを各部位別に感知する撮像部と、前記撮像部を前記絞りに対応するように位置させる駆動部と、前記絞りの開閉を調節する調節ユニットと、前記駆動部を制御し、前記撮像部の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、前記絞り開閉程度の設定値を求めて前記調節ユニットを通じて前記絞り開閉程度を制御する制御部と、を備え、前記撮像部を前記絞りの照射光通過領域に対応位置させる段階と、前記絞り通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態を感知する段階と、感知された光エネルギー情報から感光膜を化学変化させるための光干渉の光エネルギー程度範囲を算出する段階と、前記光干渉の光エネルギー程度範囲で最適の焦点を形成するための前記絞りの開閉程度設定値を算出する段階と、前記絞りの開閉程度設定値による前記絞りの開閉程度を調節する段階と、前記絞りの照射光通過領域から前記撮像部を離隔させる段階と、前記絞りに対向して感光膜の塗布されたウェハを所定位置に載置して露光工程を行う段階と、を有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳しく説明する。
【００１３】
図１は一般の露光システムを概略的に示した構成図で、図２は図１に示した光ソース部で形成された光原形の例示図で、図３乃至図８ｃはレチクルを通過して散乱する各次数の分布関係と絞りに対する通過関係及びそれに従う感光膜の化学変化関係を説明するための図で、以下に詳しく説明する。
【００１４】
まず、フォトリソグラフィー工程による光の進行過程を説明する。
【００１５】
図１の露光システム１０は、光を発散して一方向へ誘導する光源部１２と、前記光源部１２に進行する光の経路上に印加される制御信号に応じて光の進行を選択的に遮断するシャッター１４と、を有する。又、前記シャッター１４に続いて光の経路上には進行する光に対し所定波長の光だけが通過するようにフィルターリングするか、又は誘導通過する光に対し光原形を決定する光ソース部１６が設けられている。
【００１６】
前記光ソース部１６により形成される光原形の種類は、図２に示したものを含んで多様な形状のものがあり、これら光原形に対しては後述の転写過程で光の干渉（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）関係を通じてより詳しく説明する。
【００１７】
一方、光ソース部１６を通過した光は続いて位置する照明光学系１８を通過する過程で屈折又は反射過程を経て、所望の領域範囲に配設されたレチクル２０に向けて進行する。
【００１８】
次いで、光はレチクル２０上に形成されたパターンイメージ部位を通過する過程で、図３に示すように、複数の次数（ｏｒｄｅｒ）に回折する。これら各次数の回折光は続いて配設されている投影光学系２２の複数のレンズ（不図示）により絞り２４の所定領域範囲を通過する。絞り２４の開口ｈを通過した各次数の回折光は継続して位置する投影光学系２２の複数のレンズによりそれぞれ異なった角度をなし、載置されている基板Ｗの感光膜Ｒ上で再結合して、照射され、パターンイメージが転写される。
【００１９】
ここで、上記のように、レチクル２０上のパターンイメージを縮小させて感光膜に再現するためにはレチクル２０を通過する全ての次数の光が全て正確な同一焦点に到達することが求められる。
【００２０】
しかし、投影光学系２２をなす各レンズの光軸を基準にして大きな角度をもって通過する大きな次数の回折光は、図３に示すように、感光膜Ｒ上に到達せず、又、これら各次数の回折光はその再結合過程で正確に同一焦点にあるように調節することが難しく、パターンイメージが正確に転写されることを妨害する。特に、前記各次数の回折光がなす角度は高集積化によるパターンイメージの線幅が微細であるほどその角度が大きくなり、それに従い、これらの各回折光を同一焦点で補強干渉させるためには多くの難しさがある。
【００２１】
従って、現在の技術においては、光軸方向に進行する０次回折光と±１次回折光のみが絞り２４を通過する光（以下、「照射光」という）となるようにして、これら０次回折光と±１次回折光のみが感光膜Ｒ上に到達するようにしている。また、感光膜Ｒにおいてはこのような照射光に対し所望の側壁（ｓｉｄｅ　ｗａｌｌ）が形成される化学的変化をもつ性質のものが用いられている。
【００２２】
一方、上記のように、レチクル２０上のパターンイメージの形成された部位を通過する０次及び±１次回折光は、図４及び図５に示すように、絞り２４の設置位置Ｐで相互に区分された領域範囲に照明される。このとき、各次数の回折光のうち０次回折光は絞り２４の開口ｈを通過するが、相対的に±１次回折光は絞り２４の開閉程度に従いその通過する程度が制限されて解像度に影響する。
【００２３】
そこで、実質的にいずれか一つの線幅をもつパターンイメージに対する絞り２４の開閉程度、即ち、開口ｈａ，ｈｂ，ｈｃの大きさに従い通過して感光膜Ｒを感光させる照射光は、図６ａ乃至図６ｃに示すように、その開口ｈａ，ｈｂ，ｈｃの大きさに従いその通過量が決定される。
【００２４】
図７ａ乃至図７ｃはそれぞれ開口ｈａ，ｈｂ，ｈｃの各場合の照射光通過量を示すグラフであり、図８ａ乃至図８ｃはそれぞれ開口ｈａ，ｈｂ，ｈｃの各場合の感光膜Ｒの化学変化を示す図面である（開口ｈａの場合が図７ａと図８ａ、開口ｈｂの場合が図７ｂと図８ｂ、開口ｈｃの場合が図７ｃと図８ｃである。）。これら各場合の照射光通過量は、図７ａ乃至図７ｃに示したグラフからわかるように、感光膜Ｒ上の焦点位置で各回折光がもつ光エネルギープロファイルの重畳、即ち、補強干渉されたエネルギー準位をなして感光膜Ｒを感光させる。このような点から上記の同一な光照射時間に従う感光膜Ｒの化学変化をみると、図８ａ乃至図８ｃに示したように、それぞれ別の側壁形状をなす。
【００２５】
ここで、感光膜Ｒを感光させる要因は光の照射時間による影響と共に各次数の回折光が相互補強干渉されるに従うエネルギー準位によりその側壁形状が決定されることがわかる。又、±１次回折光の通過する程度が多いほど感光膜Ｒ上に転写されるイメージの質がよくなるが、その焦点は感光膜Ｒに到達する±１次回折光の角度が相対的に広くなり、その焦点深さは小さくなる関係にある。
【００２６】
そして、±１次回折光が多く通過するほど感光膜Ｒ上の明暗対比が向上されて微細線幅に対し正確な転写が可能であり、向上された側壁角度をなし得るが、その焦点深さが小さくなって側壁は傾斜角をなし、その深さに従い上層部位はより広い領域範囲を感光させる焦点不良を惹起する。
【００２７】
よって、解像力、開口数ＮＡ、焦点深度、使用している光の波長λなどの関係をみると、解像力＝ｋ１×λ／ＮＡ、焦点深度＝ｋ２×λ／ＮＡ２に示される（各式中ｋ１、ｋ２は定数）。従って、絞り２４の開口ｈの大きさは解像力と焦点に大きな影響を与える。特に、コンタクトホールパターンの刻まれたレチクルを通じて出る光パターンはライン／スペースパターンと非常に異なる。光学的な側面からみると、前記コンタクトホールは単一スリットと比較できる（ライン／スペースパターンはグレーティングと比較される）。単一スリットの光パターンは連続的なスペクトルである。理論的に感光膜で完璧なコンタクトホールのイメージを具現するためには全てのスペクトルが投影光学系の通過範囲で使用されるべきである。
【００２８】
しかし、これは投影光学系の通過範囲の大きさの限界のため不可能である。このため、絞り２４の開口ｈが大きいほどコンタクトホールの正確なイメージを再現することができる。焦点深度はコンタクトホールにおいて大事なことではない。その理由はコンタクトホールで高い結果を得るためには最大限の投影光学系の通過範囲を通過するのがなによりも重要だからである。
【００２９】
上述のように、絞り２４の開閉の程度は露光条件の形成において重要な範囲を占めており、これに対する従来技術による絞り２４の開閉は光ソース部１６の光原形とシャッター１４による光の照射時間及び焦点関係を試験的な資料を通じて調節される。このため多くの作業時間が所要され、光量と焦点に対する正確な露光条件を求めるのに難しさがあり、又、多様なラインとスペースの結合で複雑な形状からなったパターンイメージに対する露光条件に対しその信頼性をもっていない。
【００３０】
従って、本発明で提示する照射光の光エネルギー検査装置は、図９に示すように、絞り２４の前面又は後面に近接して絞り２４の開口ｈ位置を通過する照射光の各部位別光エネルギー状態を感知する撮像部２６を具備する。又、撮像部２６は照射光に向かって複数の撮像素子が配置されており、各位置の撮像素子に入射される照射光の光エネルギーをその位置情報と共に感知し、これをケーブル又はコネクタなどの通常の連結部材（図面の単純化のために省略する）で連結された制御部２８に印加する。
【００３１】
そして、撮像部２６は、半導体素子製造における露光工程を実施する際には、絞り２４における照射光をさえぎらないように退避させておく必要がある。このために、上述した制御部２８から印加される制御信号に応じて撮像部２６を絞り２４上に近接させ、また照射光をさえぎらない位置に離隔させる駆動部３０が具備されている。
【００３２】
さらに、前記制御部２８は撮像部２６の感知信号を受信して絞り２４の開口された領域部位、即ち、開口ｈを通過する照射光の各部位別光エネルギー状態から照射光が到達する感光膜Ｒを化学変化させるための光エネルギー条件、即ち、補強干渉による光エネルギー準位を判断し、これから絞り２４の開閉程度に対する調節基準を提示する。
【００３３】
このような構成において、撮像部２６の設置位置は照射光の進行方向において、絞り２４の前面に設置されるか、又は、照射光が通過する絞り２４の後面に設置される。
【００３４】
まず、前者の場合、図１０又は図１１に示すように、駆動部３０ａ，３０ｂにより絞り２４の前面に近接して位置する撮像部２６ａ，２６ｂの構成において、撮像部２６ａ，２６ｂによる照射光の光エネルギー感知領域範囲は少なくとも絞り２４の最大開閉領域ｈＭａｘ以上の面積範囲をカバーするように形成する。
【００３５】
又、前記絞り２４上には絞り２４の開閉程度を感知してその信号を制御部２８に印加する開閉感知部３２をさらに設置することができる。
【００３６】
そして、撮像部２６ａ，２６ｂ又は絞り２４などを含んだ所定位置には撮像部２６ａ，２６ｂの現在位置を感知してその信号を制御部２８に印加する現在位置検知部３４をさらに具備して構成することもできる。
【００３７】
このような構成によると、レチクル２０を通過して回折される各次数の回折光は絞り２４の位置でそれぞれ区分された領域範囲に進行し、このとき、前記撮像部２６ａ，２６ｂは絞り２４の位置で各次数の回折光分布とこれら回折光がもつ光エネルギー準位を感知してその信号を制御部２８に印加する。
【００３８】
これにより制御部２８は撮像部２６ａ，２６ｂで感知された信号を受信すると共に、前記開閉感知部３２から絞り２４の開閉状態を受信して、これらを相互対比することにより絞り２４の開口を通じた照射光が通過する範囲とその光エネルギー程度を算出する。
【００３９】
次いで、算出された情報を通じて感光膜Ｒ上で補強干渉による光エネルギー準位を算出して、感光膜Ｒが所望の側壁形状に形成されるように光エネルギー条件を設定し、これから絞り２４の開閉程度を調節するための基準を求める。このとき、前記現在位置検知部３４は撮像部２６ａ，２６ｂを通じた照射光の各部位別光エネルギー情報から絞り２４の開口ｈを通過する照射光の通過領域範囲を正確に算出するため、絞り２４の開口ｈ中心又は特定位置に対する撮像部２６ａ，２６ｂの感知位置を正確に位置させるための基準を提示するものである。これは前記開閉感知部３２を撮像部２６ａ，２６ｂの底面所定位置に固定設置して絞り２４の開口ｈの大きさを確認する過程において、撮像部２６ａ，２６ｂの中心が絞り２４の開口ｈ中心と一致された位置にあるかどうかを確認する過程からなることもできる。
【００４０】
一方、前者と比較して駆動部３０ａ，３０ｂにより絞り２４の後面に近接および離隔するように撮像部２６ａ，２６ｂが位置する後者の構成においては、撮像部２６ａ，２６ｂによる照射光の光エネルギー感知領域は少なくとも絞り２４の最大開閉領域ｈＭａｘ以上の面積範囲をもつようになされる。
【００４１】
このような後者の構成によると、レチクル２０を通過して回折される各次数の回折光は絞り２４の位置で各領域範囲をなしながら進行して、一部は絞り２４の開口ｈを通じて通過し、その残りは絞り２４上で遮断される。このとき、前記撮像部２６ａ，２６ｂは絞り２４を通過した各次数の回折光分布とこれら回折光がもつ光エネルギー準位を感知してその信号を制御部２８に印加する。これに対し制御部２８は受信される撮像部２６ａ，２６ｂで感知された信号を通じて照射光の通過程度とこれらの補強干渉による光エネルギー準位を算出し、これから感光膜Ｒの化学的変化を算出し、その算出結果から感光膜Ｒが所望の側壁形状をなし得る光エネルギー準位、即ち、絞り２４の開閉程度を調節するための基準を求める。
【００４２】
上記の関係構成において、前者の場合には絞り２４位置で入射される照射光の光エネルギーを広い領域として感知するに従い、必要な照射光の光エネルギーに対する絞り２４の開閉程度の基準を容易に算出できるし、後者は照射光のエネルギー準位を絞り２４の通過する実質的な照射光に対し正確に確認できる。そして、前記開閉感知部３２の構成は撮像部２６ａ，２６ｂが絞り２４の前面に設置される前者の技術構成で適用されるもので、後者の技術構成においては撮像部２６ａ，２６ｂにより絞り２４の開閉程度を感知できる。
【００４３】
一方、図１０に示した撮像部２６ａの実施構成は、絞り２４から照射光の最大通過領域以上の面積範囲に複数の撮像素子ＰＴＤが配置されて撮像基板３６ａをなし、前記撮像基板３６ａの後面又は縁部位を支持すると共に、前記駆動部３０ａに連結支持される支持ブロック３８ａから構成できる。又、このような撮像部２６ａの構成において前記絞り２４上には撮像部２６ａの中心が照射光の光軸、即ち、絞り２４の開口ｈ中心を含んだ投影光学系２２の各レンズ中心線上にあるように撮像部２６ａの位置移動を制限するための現在位置検知部３４がさらに設置されてなされる。
【００４４】
又、図１１に示した撮像部２６ｂの他の実施構成は、絞り２４から照射光の最大通過領域以上の長さで複数の撮像素子ＰＴＤが一列に配置されて撮像基板３６ｂをなし、前記駆動部３０ｂに連結支持される状態に前記撮像基板３６ｂを支持する指示ブロック３８ｂを含んだ構成からなることもできる。
【００４５】
一方、上記のように、絞り２４に対して撮像部２６を位置移動させるための一例である駆動部３０ａの構成は、図１０に示したように、撮像部２６の一側、即ち、支持ブロック３８ａの一側を支持し、制御部２８から印加される制御信号に応じて撮像基板３６ａが絞り２４の開口ｈに近接又は離隔されるように回転移動させる構成からなる。
【００４６】
このような駆動部３０ａの構成に対応して効果的な撮像部２６の構成は、上記のように絞り２４の最大開閉領域以上の面積範囲に複数の撮像素子を配置した板形状の撮像基板３６ａをもつことが好ましい。
【００４７】
又、他の例である駆動部３０ｂの構成は、図１１に示すように、撮像部２６、即ち、支持ブロック３８ｂの側部をスライディング位置移動が可能となるように支持するガイドレール４０を備える。そして、ガイドレール４０に近接する所定位置に制御部２８から印加される制御信号に応じて、撮像部２６が絞り２４の開口ｈをスキャニングするようにスライディング移動させるための動力を伝達する動力伝達ユニット４２を備える。
【００４８】
さらに、前記撮像部２６が照射光をスキャニングする構成においては、ガイドレール４０に対する撮像部２６の位置情報を感知してその信号を制御部に印加する位置感知ユニット４４を含んだ構成からなる。ここで、前記駆動部３０ｂの技術構成は図１０に示した撮像部２６ａの構成に対してもその適用が可能なものである。
【００４９】
前記動力伝達ユニット４２の各実施構成のうち図１２に示した一例は、前記ガイドレール４０を、ギアが形成されたラック４０ａで構成し、撮像部２６上に回転可能に支持される回転軸４６を備え、前記回転軸４６上に前記ガイドレール４０に対応するピニオン４８又はローラー部材を固定設置し、回転軸４６の所定部位に連結されて制御部２８から印加される制御信号に従い回転軸４６に回転力を提供するモーター５０ａを設置した構成からなる。
【００５０】
又、動力伝達ユニット４２の他の構成例としては、図１３に示すように、前記ガイドレール４０の構成を長手方向両側にそれぞれ回転可能にローラー５２ａ，５２ｂとこれらローラー５２ａ，５２ｂの間に相互連動するように連結すると共に撮像部２６の所定部位と固定されるベルト５４を備えた構成からし、少なくともいずれか一つのローラー５２ａ，５２ｂに連結されて制御部２８から印加される制御信号に応じてローラー５２ａ，５２ｂを含んだベルト５４に回転力を提供して撮像部２６を移動させるモーター５０ｂを含んだ構成からなる。
【００５１】
そして、動力伝達ユニット４２のさらに他の構成例は、図１４に示すように、前記ガイドレール４０を棒形状の側壁の周りにそって長手方向にネジを形成したスクリューロッド４０ｃから構成され、前記撮像部２６所定部位にスクリューロッド４０ｃとネジ結合されるようにナットの形成されたホールを形成し、前記スクリューロッド４０ｃの所定部位に連結されて制御部２８から印加される制御信号に応じてスクリューロッド４０ｃに回転力を提供するモーター５０ｃを備えた構成からなる。
【００５２】
その他に動力伝達ユニット４２ｄのまた他の構成は、図１５に示すように、制御部２８の制御信号に応じて撮像部２６をガイドレール４０ｄにそってスライディング移動する伸縮駆動のシリンダー５８などの構成、又はガイドレール４０にそって押すか又は引っ張る力で移動させる通常の構成からなる。
【００５３】
一方、上記のように、前記撮像部２６を構成する複数の撮像素子ＰＴＤはレチクル２０を通過するに従い回折される０次光と±１次光のうち絞り２４の±１次光の通過領域範囲に対してのみその通過程度と光エネルギーを確認できるように配置してなされる。
【００５４】
そして、制御部２８には撮像部２６からの信号を受信して絞り２４を通過する各部位別照射光の光エネルギー状態を作業者が確認できるように各事項を出力する出力ユニット６０をさらに備えることが好ましい。
【００５５】
一方、本発明による照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光条件調節システムは、図９を含んだ上記の照射光の光エネルギー検査装置をなす各構成に加えて制御部６２から印加される制御信号に従い絞り２４の開閉程度を調節する調節ユニット６４をさらに具備する。そして、制御部６２は撮像部２６の感知信号を受信して感光膜に対する光エネルギー条件を判断し、これから絞り２４の開閉程度の設定値を求めることにより前記調節ユニット６４を通じて絞り２４の開閉程度を制御するように構成される。
【００５６】
又、前記制御部６２に具備される出力ユニット６６は撮像部２６を通じて受信される絞り２４を通過する照射光の各部位別光エネルギー状態と調節ユニット６４の制御を通じた絞り２４の開閉状態及びこれら互いの関係事項を含んだ情報を作業者が容易に確認できるように出力する構成からなる。
【００５７】
図１６は、露光条件調節過程を説明するためのフローチャートである。
【００５８】
上記の構成から露光条件調節過程を説明すると、感光膜Ｒの塗布された基板Ｗに対し露光を実施する以前に、まず制御部６２は駆動部３０を制御して撮像部２６が絞り２４の開口に対応するように位置させる（撮像部ローディング：ＳＴ１００）。
【００５９】
次いで、光源部１２から光の供給がなされるに従い前記撮像部２６は絞り２４の近接位置で絞り２４の開口を通じて通過する照射光の各部位別光エネルギー状態を感知して制御部６２にその信号を印加する（光エネルギー状態確認：ＳＴ１１０）。
【００６０】
制御部６２は絞り２４の通過領域で各部位別照射光の光エネルギー感知信号を受信し、これら各部位の光エネルギーが縮小投影されて感光膜Ｒ上に到達する過程で互いの補強干渉による光エネルギー準位を求め、これから感光膜Ｒを化学変化させる程度を予測する（各部位別光エネルギー準位算出及びこれを用いた化学変化程度予測：ＳＴ１２０）。
【００６１】
このようにして感光膜Ｒの化学変化が所望の側壁形状をなし得る光エネルギー条件を算出し、これから最適の焦点を求めるための最適の絞り２４開閉程度を算出する（最適の絞り開閉程度算出：ＳＴ１３０）。
【００６２】
そして、現時点で感知される照射光の補強干渉による光エネルギー準位の実測値と絞り２４の開閉調節の設定値のための照射光の補強干渉による光エネルギー準位算出値とを比較し（光エネルギー準位に対する実測値対比算出値比較：ＳＴ１４０）、その実測値が算出値と所定の設定範囲に対応するように前記調節ユニット６４を制御して絞り２４の開閉程度を調節する（ＳＴ１５０）。
【００６３】
以後、実測値が算出値に対応する範囲にあると、制御部６２は駆動部３０を制御して前記絞り２４の照射光通過領域から撮像部２６を離隔させ（撮像部アンローディング：ＳＴ１６０）、光の供給を中断した状態で、絞り２４を含んだ投影光学系２２に対向するように感光膜Ｒの塗布された基板Ｗを載置して露光工程を行う（基板整列（アライメント）：ＳＴ１７０）。
【００６４】
ここで、上記のように、照射光の光エネルギー状態を感知する過程は撮像部２６を絞り２４に対する照射光の最大通過領域範囲以上の面積をなすように複数撮像素子ＰＴＤを配置した撮像基板３６ａから構成し、駆動部３０ａは制御部６２から印加される制御信号に応じて撮像部２６、即ち、撮像基板３６ａの一側部位を支持する状態に絞り２４下部に近接対応するように選択的に回転位置させる構成により、撮像基板３６ａを通じて絞り２４の開口を通過する各部位別照射光の光エネルギー状態を撮影することによりなされる。
【００６５】
そして、照射光の光エネルギー状態を感知する過程において、前記撮像部２６は絞り２４に対する照射光の最大通過領域以上の長さで複数撮像素子ＰＴＤを一列配置してなされた撮像基板３６ｂから構成し、駆動部３０ａ，３０ｂに連結支持され撮像基板３６ｂを支持する支持ブロック３８ｂを含む。前記駆動部３０ｂは支持ブロック３８ｂの長手方向側部を支持して一側方向にスライディング位置移動を案内するガイドレール４０と、前記ガイドレール４０にそって支持ブロック３８を移送させる動力伝達ユニット４２と、前記ガイドレール４０に対する支持ブロック３８ｂ上の撮像基板３６ｂ位置情報を感知して制御部６２に印加する位置感知ユニット４４と、から構成する。このような構成から上述のように絞り２４の照射光通過領域に対する各部位別照射光の光エネルギー状態の感知は撮像基板３６ｂを含んだ支持ブロック３８ｂをスライディング移動させる過程において、各撮像素子ＰＴＤに作用する光エネルギー状態を位置感知ユニット４４を通じた撮像基板３６ｂの位置情報に対応してスキャニング方式で連続撮像することによりなされることもできる。
【００６６】
又、上記の過程は複数の形状の光原形に対しそれぞれ実施し、これら各実施形態で絞り２４の開閉程度の設定値をそれぞれ求めて、上記の過程を通じて最適の光エネルギー条件と焦点の条件を満足する光原形を選定する過程をさらに行うことによりなされる。
【００６７】
そして、絞り２４の開閉程度を調節する段階で撮像部２６を通じた絞り２４の開閉が設定値で開閉されたかどかを確認する過程がさらに求められる。
【００６８】
一方、本発明による露光条件調節による半導体素子の製造方法は、上記の露光条件調節システムとこれを用いた露光条件調節方法を用いるに従い、それに対する詳しい説明は省略する。そして、上記のように、パターンマスクを形成するための基板Ｗを半導体素子に製造されるまでのウェハとし、感光膜Ｒをウェハ上に塗布されるフォトレジストにして、より正確な露光条件でパターンマスクの形状が所望の側壁形状をもつようにしてなされる。
【００６９】
以上本発明の実施形態を詳しく説明したが、本発明は、本発明の技術的思想の範囲内で変形及び変更できるのは本発明の属する分野の当業者には明白なもので、その変形及び変更は本発明の特許請求範囲に属するといえる。
【００７０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、レチクルを通過した照射光が感光膜に転写される過程において絞りを通過して照射される照射光の実質的な焦点関係と光エネルギー状態を照射光照射領域の光エネルギー検査装置を用いて確認するに従い、多様な形状をもつ実質的なパターンイメージに対する最適の露光条件が得られ、これからその作業時間の短縮と作業の煩雑さが低減され、高信頼度をもつ露光条件をなし得るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般の露光システムを概略的に示した構成図である。
【図２】図１に示した光ソース部で形成された光原形の例示図である。
【図３】レチクルを通過して散乱する各次数の分布関係及び絞りに対する通過関係を説明するための断面図である。
【図４】レチクルを通過する０次及び±１次回折光が絞りに照明される領域範囲関係を概略的に示した断面図である。
【図５】図４で絞りに照明される各次数回折光の領域範囲を概略的に示した平面図である。
【図６】絞りの開閉程度に従う各次数の回折光の通過する程度を説明するための概略平面図である。
【図７】図６ａ乃至図６ｃのそれぞれに対し各回折光が補強干渉されるに従う光エネルギー準位関係を説明するためのグラフである。
【図８】図７ａ乃至図７ｃのそれぞれに対し同じ照射時間の間の感光膜の化学変化関係を説明するために概略的に示した断面図である。
【図９】本発明の実施形態による照射光の光エネルギー検査装置をもつ露光システムを概略的に示した構成図である。
【図１０】撮像部と駆動部の一例を示す分解斜視図である。
【図１１】撮像部と駆動部の他の例を示す分解斜視図である。
【図１２】図１１の駆動部を構成する動力伝達ユニットの一例を示す図である。
【図１３】図１１の駆動部を構成する動力伝達ユニットの他の例を示す図である。
【図１４】図１１の駆動部を構成する動力伝達ユニットの他の例を示す図である。
【図１５】図１１の駆動部を構成する動力伝達ユニットの他の例を示す図である。
【図１６】露光条件調節過程を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
１０：露光システム
１２：光源部
１４：シャッター
１６：光ソース部
１８：照明光学系
２０：レチクル
２２：投影光学系
２４：絞り
２６：撮像部
２８，６２：制御部
３０：駆動部
３２：開閉感知部
３４：現在位置検知部
３６ａ，３６ｂ：撮像基板
３８ａ，３８ｂ：支持ブロック
４０：ガイドレール
４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ：動力伝達ユニット
４４：位置感知ユニット
４６：回転軸
４８：ピニオン
５０：モーター
５２ａ，５２ｂ：ローラー
５４：ベルト
５８：シリンダー
６０，６６：出力ユニット
６４：調節ユニット
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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