(57)【要約】【課題】  光電センサの温度に伴う感度変化を光電センサの暗出力に基づいて補正する際に、温度変化に起因する暗出力成分と温度変化に起因しない暗出力成分とに分け、感度補正精度を向上させる。【解決手段】  光電センサの暗出力を検出し、前記暗出力特性（＝ｆ（ｔ））の変化特性（＝ｄｆ（ｔ）／ｄｔ）を求める。前記変化特性（＝ｄｆ（ｔ）／ｄｔ）とあらかじめ求めた基準値とを比較することで、前記暗出力が光電センサの感度変化（センサ受光部の温度変化）に起因しているかを判別し、感度変化に起因している暗出力のみを、感度補正のデータとして用いる。【選択図】  図１
2005142183.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電センサに光が照射されていない時のセンサ出力（以下、暗出力）を検出できる手段を有し、前記暗出力に基づいて前記光電センサの感度変化を補正する光電変換装置において、
前記暗出力の計測結果を前記光電センサの温度変化に起因する暗出力と前記光電センサの温度変化に起因しない暗出力とに区別する手段を有し、
前記光電センサの感度変化を前記暗出力に基づいて補正する際には、温度変化に起因する暗出力のみを補正データとして使用することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置において、暗出力の計測結果を前記光電センサの温度変化に起因する暗出力と前記光電センサの温度変化に起因しない暗出力とに区別する手段とは、
前記暗出力特性（＝ｆ（ｔ））の変化量（＝ｄｆ（ｔ）／ｄｔ）と予め実験により求めた基準値とを比較して区別することを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光電変換装置において、暗出力の計測結果を前記光電センサの温度変化に起因する暗出力と前記光電センサの温度変化に起因しない暗出力とに区別する手段とは、
前記光電センサや前記光電センサの周辺回路等に、バイアス電圧あるいは信号読出し信号を印加した後の経過時間と予め実験により求めた基準値とを比較して区別することを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の光電変換装置において、暗出力の計測結果を前記光電センサの温度変化に起因する暗出力と前記光電センサの温度変化に起因しない暗出力とに区別する手段とは、
前記光電センサの温度変化に依存しない暗出力成分の特性を定量化してメモリなどの記録装置に記録させ、
実露光時の光電センサの暗出力から予め記録させた暗出力成分を除いて、前記光電センサの温度変化に依存している暗出力成分のみを求めることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
前記光電センサがフォトダイオードやフォトダイオードを１次元に配列したラインセンサ、あるいはＣＣＤセンサである請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電センサにより光信号を受光する光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電センサにより光量を計測する場合には、センサの受光部に光を照射することで、光エネルギを電気エネルギに変換して計測している。ところが受光部に照射される光量が大きい場合には、照射された光エネルギによりセンサ受光部の温度が上昇し、それによりセンサの感度がドリフトする問題が生じる。
【０００３】
たとえば、半導体素子や液晶表示素子等を、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では、ウエハに塗布された感光材に露光する光量を制御するために、フォトダイオード（以下、積算露光量センサ）によって感光材への露光量をモニタしているが、積算露光量センサの感度がドリフトした場合には、感光材を正確な量で露光することができない。
【０００４】
また、ウエハ面の露光むらを測定するラインセンサ（以下、照度むらセンサ）においても、センサの感度がドリフトした場合には、正確に露光むらを計測することができない。
【０００５】
この対策として、特開平９−２２１２０号公報においては、光電センサの受光部の温度を検出する代わりに、光電センサ自身の暗出力（暗電流）を検出し、その検出値またはその変化分に基づいて、光電センサの出力に対するゲインを制御するか、または光電センサの受光部の温度を制御するようにしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、前記した特開平９−２２１２０号公報の提案により、センサ受光部の温度変化に伴う感度ドリフトを正確に補正することは難しい。
【０００７】
光電センサの暗出力の変化は、センサ受光部の温度に対してのみ依存しているわけではない。たとえば、フォトダイオードを１次元に配列したラインセンサにおいては、図１に示すようにバイアス電圧、読出しクロック信号等の入力直後は、センサ受光部の温度変化に依存しない急激な変化を示す。これは、ラインセンサ内部にある駆動回路あるいは外部に接続してある周辺回路において、入力されたバイアス電圧、あるいはクロック信号の影響によりドリフトが生じているためであると考えられる。
【０００８】
また、光電センサの暗出力は微弱な信号であるため外部からの影響を受け易く、そのため暗出力は変動し易い。
【０００９】
したがって、より正解に光電センサの感度を補正するためには、受光部の温度変化に依存する暗出力成分のみを用いる必要性がある。
【００１０】
本発明は、光電センサの暗出力を光電センサの温度変化に依存する暗出力成分と光電センサの温度変化に依存しない暗出力成分とに分別して、光電センサの感度変化を正確に補正することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の提案は、
光電センサの暗出力を計測すると同時に、そのときの暗出力の微分値、あるいはセンサにバイアス電圧を入力後の経過時間を記録し、
前記暗出力の微分値、あるいは前記バイアス電圧を入力後の経過時間を予め実験等により求めた基準値と比較して、前記暗出力の変化がセンサ受光部の温度変化に依存しているかどうかを分別し、
前記センサ受光部の温度変化に依存している前記暗出力成分のみを光電センサの感度補正に用いる手段を提案するものである。
【００１２】
本発明の第２の提案は、予めセンサ受光部の温度変化に依存しない暗出力成分の特性を定量化してメモリなどの記録装置に記録させ、
光電センサの暗出力から予め記録させた暗出力成分を除き、
前記光電センサの温度変化に依存している暗出力成分のみを光電センサの感度補正に用いる手段を提案するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１の実施例によれば、光電センサの暗出力が光電センサの温度変化に依存しない変動が生じたとしても、光電センサの暗出力を光電センサの温度変化に起因する暗出力成分と光電センサの温度変化に起因しない暗出力成分とに分けることができるため、光電センサの暗出力によって行う光電センサの感度補正をより正確に補正することができる。
【００１４】
また、本発明の第２、３の実施例によれば、光電センサの暗出力が光電センサの温度変化に依存しない変動が生じたとしても、その変動が再現性のある現象であるならば、光電センサの暗出力を光電センサの温度変化に起因する暗出力成分と光電センサの温度変化に起因しない暗出力成分とに分けることができるため、光電センサの暗出力によって行う光電センサの感度補正をより正確に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（第１の実施例）
図２、３を用いて本発明の実施の形態に係る露光装置の説明を行う。図２は露光装置の概略構成である。図２において１はパルス光源であるエキシマレーザであり、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ためのレンズ群、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に投影転写される。１２はウエハステージであり、このステージを制御することでウエハ上の所望する部位を露光することができる。１３は照度むらセンサユニットであり、露光フィールド上の照度むらを計測する際に用いられる。１４はビームスプリッタ６で反射された光を集める集光レンズ、１５は積算露光量センサであり、通常露光中のウエハ上の露光量を間接的にモニタする。１６は主制御系であり、照度むらセンサ１３や積算露光量センサ１５の出力より、エキシマレーザ１等の制御を行う。
【００１６】
図３は図２中の照度むらセンサユニットの詳細を示す図である。同図中の１７はウエハ面に照射される光エネルギを電気エネルギに変換する照度むらセンサである。１８は照度むらセンサ１７に光が照射されていないときの出力（暗出力）を検出する暗出力検出回路である。１９は照度むらセンサ１７に光が照射されたときの出力を検出する明出力検出回路である。２０は暗出力検出回路１８と明出力検出回路１９とを切り替える切替器である。
【００１７】
２１は暗出力特性の傾きを求める微分ユニット、２２は予め実験等により求めた基準値を記録するメモリである。２３は微分ユニット２１より求めた暗出力の微分値とメモリ２２に記録された基準値とを比較し、センサの感度補正データとして使用するかを判別する比較ユニット、２４は比較ユニット２３からの暗出力検出値に基づいて、明出力検出回路１９からの照度むらセンサ出力を感度補正する感度補正ユニットである。
【００１８】
以上が本実施例の構成であり、動作について説明を行う。
【００１９】
ウエハ面の照度むらを計測する場合、ウエハステージ１２を駆動して照度むらセンサ１７を露光光の照射領域に移動させる。エキシマレーザ１にて発振されたパルス状の露光光は各光学系を経て、照度むらセンサに照射され計測が行われる。
【００２０】
照度むらセンサユニット１３では、照度むらセンサ１７にレーザ光が照射されたときのセンサ出力を検出する場合には、切替器２０を制御して照度むらセンサ１７と明出力検出回路を接続させる。また、照度むらセンサ１７にレーザ光が照射されていないときのセンサ出力を検出する場合には、切替器２０を制御して照度むらセンサ１７と暗出力検出回路を接続させる。暗出力を読み出すタイミングとしては、例えば光源がパルスレーザ光ならば、各パルス光間で暗出力を計測してもよいし、あるジョブごとに暗出力の計測を行ってもよい。計測された暗出力は、微分ユニット２１に入力され暗出力特性の変化量が求められる。
【００２１】
メモリ２２に記録する基準値は、実際の露光装置で想定できる暗出力変化量の最大値を予め実験により求めた値とする。比較ユニットでは微分ユニット２１からの微分値が基準値以上ならば、そのときの暗出力変化はセンサ受光部の温度変化以外の影響を含むものであるとして、感度補正データとして使用しないので、そのときの暗出力を感度補正ユニットに送らない。基準値以下の暗出力については、感度補正ユニット２４において、特開平９−２２１２０号公報記載の手法により感度補正を行い、その結果を主制御系１６に送信する。
【００２２】
（第２の実施例）
図２、４を用いて本発明の実施の形態に係る露光装置の説明を行う。図２は露光装置の概略構成であり、第１の実施例で説明した通りである。
【００２３】
図４は図２中の照度むらセンサユニットの詳細を示す図である。同図中の１７はウエハ面に照射される光エネルギを電気エネルギに変換する照度むらセンサである。１８は照度むらセンサ１７に光が照射されていないときの出力（暗出力）を検出する暗出力検出回路である。１９は照度むらセンサ１７に光が照射されたときの出力を検出する明出力検出回路である。２０は暗出力検出回路１８と明出力検出回路１９とを切り替える切替器である。
【００２４】
２５は照度むらセンサやその周辺回路にバイアス電圧、あるいは出力読出し信号を入力してからの経過時間を計測するタイマ、２２は予め実験等により求めた基準値を記録するメモリである。２３はタイマ２５からの経過時間とメモリ２２に記録された基準値とを比較し、センサの感度補正データとして使用するかを判別する比較ユニット、２４は比較ユニット２３からの暗出力検出値に基づいて、明出力検出回路１９からの照度むらセンサ出力を感度補正する感度補正ユニットである。
【００２５】
照度むらセンサとして使用しているラインセンサは図１に示すように、バイアス電圧、読み出しクロック信号等を入力直後は、センサ受光部の温度変化に依存しない急激な変化を示す。一方で、照度むらセンサが設置されているウエハステージ１２はステージ性能に影響を及ぼす熱源を非常に嫌う。そのため常に、照度むらセンサの電源を入れておくことができない。
【００２６】
以上が本実施例の構成であり、動作について説明を行う。
【００２７】
ウエハ面の照度むらを計測する場合、ウエハステージ１２を駆動して照度むらセンサ１７を露光光の照射領域に移動させる。エキシマレーザ１にて発振されたパルス状の露光光は各光学系を経て、照度むらセンサに照射され計測が行われる。
【００２８】
照度むらセンサユニット１３では、照度むらセンサ１７にレーザ光が照射されたときのセンサ出力を検出する場合には、切替器２０を制御して照度むらセンサ１７と明出力検出回路を接続させる。また、照度むらセンサ１７にレーザ光が照射されていないときのセンサ出力を検出する場合には、切替器２０を制御して照度むらセンサ１７と暗出力検出回路を接続させる。暗出力を読み出すタイミングとしては、例えば光源がパルスレーザ光ならば、各パルス光間で暗出力を計測してもよいし、あるジョブごとに暗出力の計測を行ってもよい。計測された暗出力は、微分ユニット２１に入力され暗出力特性の変化量が求められる。
【００２９】
照度むらセンサにバイアス電圧を入力してから、図１に示すセンサ受光部の温度変化に依存しない急激な変化が終了するまでの時間を予めメモリ２２に基準値として記録しておく。比較ユニット２３では、タイマ２５の計測値がメモリ２２の基準値を経過したあとの暗出力をセンサの感度補正データとして感度補正ユニット２４に送る。比較ユニット２３より送信された暗出力は、感度補正ユニット２４において、特開平９−２２１２０号公報記載の手法により感度補正データとして用いられ、その補正結果は主制御系１６に送信される。
【００３０】
（第３の実施例）
図２、５を用いて本発明の実施の形態に係る露光装置の説明を行う。図２は露光装置の概略構成であり、第１の実施例で説明した通りである。
【００３１】
図５は図２中の照度むらセンサユニットの詳細を示す図である。同図中の１７はウエハ面に照射される光エネルギを電気エネルギに変換する照度むらセンサである。１８は照度むらセンサ１７に光が照射されていないときの出力を検出する暗出力検出回路である。１９は照度むらセンサ１７に光が照射されたときの出力を検出する明出力検出回路である。２０は暗出力検出回路１８と明出力検出回路１９とを選択する切替器である。
【００３２】
２２は予め実験等により求めた感度補正を処理に使用する補正係数を記録するメモリである。２４は感度補正ユニットであり、メモリ２２に記録された感度補正係数と暗出力検出回路１８からの暗出力検出値により照度むらセンサの感度変化を求めて、明出力検出回路１９からの検出値に補正を加える。
【００３３】
図５に示す照度むらユニットに関してさらに詳しく説明する。
【００３４】
図６（ａ）に示すように照度むらセンサ１７にバイアス電圧を入力直後において、暗出力はセンサの温度変化に起因しない変動を示す。このときの暗出力特性を図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、センサの温度変化に起因する暗出力成分とセンサの温度変化に起因しない暗出力成分とに分け、このときのセンサの温度変化に起因しない暗出力成分を関数化し、メモリ２２に記録しておく。
【００３５】
このときのメモリ２２に記録する補正係数は予め実験等により求めるが、その方法例について説明する。
【００３６】
（１）センサ受光部の温度を一定に保つように温度調整・制御を行い、センサにバイアス電圧を入力した直後の暗出力を計測する。このとき、センサ受光部の温度は一定に保たれていることから、計測結果はセンサの温度変化に起因しない暗出力成分のみが検出される。つまり、このときの計測結果よりセンサの温度変化起因しない暗出力成分の関数化、あるいは補正係数を求める。
【００３７】
（２）センサの暗出力を計測すると同時にセンサ受光部の温度を測定する。センサの温度変化（センサ受光部の温度変化）に起因する暗出力成分を計測したセンサ受光部の温度により求める。求めた暗出力成分と暗出力の計測値との差分をとることで、センサの温度変化（受光部の温度変化）に起因しない暗出力成分だけを求めることができる。このときの計測結果よりセンサの温度変化起因しない暗出力成分の関数化、あるいは補正係数を求める。
【００３８】
感度補正ユニット２４では、メモリ２２の補正係数によって図６（ａ）に示すような暗出力検出回路１８の出力から、図６（ｂ）に示すようなセンサの温度変化に起因する暗出力成分のみを取り出し、感度補正データとして使用する。さらに特開平９−２２１２０号公報記載の手法により明出力検出回路１９の出力の感度補正処理を行い、その補正結果を主制御系１６に送信する。
【００３９】
本発明は、上記実施の形態に限らず種々の応用が可能である。例えば、上記実施の形態においては照度むらセンサを適用したが、本発明はこれに限らず積算露光量センサに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ラインセンサにバイアス電圧入力後の暗出力特性
【図２】露光装置の概略構成図
【図３】第１の実施例に関わる照度むらセンサユニットの概略図
【図４】第２の実施例に関わる照度むらセンサユニットの概略図
【図５】第３の実施例に関わる照度むらセンサユニットの概略図
【図６】ラインセンサにバイアス電圧入力後の暗出力成分の説明図
【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
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  ウエハステージ
１３  照度むらセンサユニット
１４  集光レンズ
１５  積算露光量センサ
１６  主制御系
１７  照度むらセンサ
１８  暗出力検出回路
１９  明出力検出回路
２０  切替器
２１  微分ユニット
２２  メモリ
２３  比較ユニット
２４  感度補正ユニット
２５  タイマ
【図１】
2005142183.tif 000003
【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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