JPS6195527A - 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、分光感度特性可変の光検出８刃に関し、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受光系（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
な露光量を与えるために用いられる光検出装置に関する
。

［発明の背景］ ＩＣやＬＳＩ等の半導体装置を製造するための焼付装置
に６いて、半導体ウェハ上に塗布されたフォトレジスト
の露光量を設定する際、正しい露光向すなわちフォトレ
ジストの感光に実際に寄与する光の量を測定する必要が
ある。このような正しい露光量を測定するためには、受
光系すなわち光量検出系ど露光づべさフォトレジストの
分光感度特性を合致させることが好都合である。

従来、光量検出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
光量検出系の分光感度特性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、その結果、事実上止しい露光量
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７オトデイ
テクタに入射させることによりフィ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ゼる方
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ノ４トディテク
タの相ηの配置位置により分光感度特性が変化しないよ
うにづ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（よ設定また
は調整に手間が掛り、あるいはＩＩ立に凸度の熟練を要
し、ざ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。

そこで、本発明者等は、上記問題点を解消するものとし
て、先に、入射光を反射または透過させて複数の波長成
分に分離し各波長成分の光をそれぞれ電気信号に変換す
る複数の波長選択性光電変換手段と、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を案出した。

ところで、半導体ウェハ上に塗布されるフォトレジスト
にはいろいろな目的に対応するため神々の分光感度特性
を有するものが製作されている。

したがって、上記光検出装置においてこれら複数種のフ
ォトレジストに対処するためには、■上記波長選択性光
電変換手段を構成する濾光器例えば干渉フィルタの組合
せを変える■上記波長選択性光電変換手段を構成する受
光器（光電変換器）を分光感度特性の異なるものに変え
る ■上記重み付け手段を構成する増幅器のゲインを変え各
波長成分ごとの重み付けを変える等の方法が考えられる
。

しかしながら、■■の方法ともフォトレジストを交換す
るごとにこれらの素子を交換しなければならず、操作上
も繁雑であり、装置のアライメントも狂う等の恐れがあ
る等、実用的でない。また、■の方法もフォトレジスト
を変更する度に複数の増幅器それぞれのゲインを調節す
るのでは大変な手間を要し、これも実用的でないという
不都合がある。

［発明の目的］ 本発明は、従来の欠点に鑑み提案されたもので、正しい
露光量を容易に（りるとともに、装置の組立て、調整を
容易にし、さらに、異なる分光感度のフォトレジストに
変更する都度、分光感度を合せるという繁雑な調整を行
なわずに済む光検出装置を提供することを目的としてい
る。

［発明の構成］ 本発明を具体例により説明ずれば次の通りである。すな
わら、露光光を分光する手段として回折格子の代りに干
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
とによって、装置の組立て、調整を容易にする。また、
異なる分光感度の７オトレジストに対処するため、上記
重み付け手段を複数個設けるか、または複数種のｍみ付
け吊を予め設定できるようにし、フィトレジスト変更し
たときは、ブリセラ１へされた分光感度特性うち所望の
ものをスイッチで設け、これにより、分光感度特性のう
らから所望のものをスイッチで選択できるようにしてい
る。

［実施例の説明１ 以下、図面に従って本発明の実／Ｉｌ！例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係る光検出装置を適用し
たマスクアライナの（を成を示す。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、惰凹面鏡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１１．１２．１
３、光電変換素子１４．１５．１６、増幅回路１７．１
７’　および増幅回路１７．１７’の出力Ｖｏｌｔ　、
　ｖｏｕｔ　’　のうちの一方を選択するスイッチＳＷ
ｓ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たマスクである。

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１
線（３６５ｎｍ）　、　ｈ線（４０５ｎｍ）　、Ｑ線（
４３６１１１１１＞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ＩＩ！ａ、Ｑ線、ｈ
線に分光する。

増幅回路１７は、光電変換水子１４．１５．１６の出力
すなわち第２ミラー８を透過した１線、Ｑ線およびｈ線
それぞれの光量に相当する各電気信号を増幅するアンプ
１’７ｉ　、　１７ｇ　、　＋７ｈおよびアンプ１７１
゜１７ｇ、　１７ｈの出力を合成するアンプ１７【を備
える。

また、これらのアンプ１７ｉ　、　１７ｇ　、　１７ｈ
は、それぞれの負帰還回路に可変抵抗器Ｒｉ　、ＶＲＯ
。

ＶＲｈが挿入されており、これらの可変抵抗器によって
ゲインを任意かつ個別に変更することができるようにな
っている。増幅回路１７′　も増幅回路１７と全く同様
に構成されている。

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、ＮＤフィルタ５
．１３９フイルタ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フォト
レジスト（不図示）に照射され、フォトレジストを感光
する。

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１１１．
１５．１６によってそれぞれ１線、ｇ線、ｈ線に分光さ
れ、それぞれ光電変換素子１４．１５゜１６で電気信号
に変換される。これらの電気信号は、増幅回路１７およ
び１７′　に入力される。増幅回路１７においては、こ
の波長別の電気信号をアンプ１７１゜１７ｇ　、　１７
ｈごとに個別に設定された利得で増幅することによって
重みを付した後、アンプ１７ｔで１つの信号に合成し、
信号Ｖｏｌｔ口として出力する。

従って、例えば、第２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１７ｉ　
、　１７ｇ　、　１７ｈの出力としてそれぞれ第２図（
ｂ）に示すような信号レベルが１昇られるように、アン
プ１７ｉ　、　１７ｇ　、　１７ｈのゲインを可変抵抗
器ＶＲｉ　、ＶＲＱ　、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１４．１５．１６および増幅回路１７の総合特性
を第２図（ａ）の分光感度特性に合致させることができ
る。

増幅回路１７′　においても同様にして各アンプのゲイ
ンを調整し出力Ｖｏｕｔ１’　を所望の分光感度特性に
合致させることができる。従って、増幅回路１７および
１７′　の出力特性をそれぞれ所望のフォトレジストの
分光感度と合致するようにプリセットしておき、使用す
るレジストに応じて選択スイッチＳＷｓで増幅回路１７
．１７’　の出力Ｖｏｕｔ１またはＶＯｕｔｌ’の一方
をこの光検出装置の出力ＶＯｕｔとして選択するように
すれば、レジストの変更に極めて容易に対処することが
できる。

第３図は、本発明の光検出装置の出力Ｖｏｕｔを塁に実
際の露光量を１ｑるための回路例を示す。

第１図のアライナにおいて、シャッタ（図示甘ず）が開
くとウェハ（図示せず）が露光されると同時に、照明系
の第２ミラー８を透過してきた光が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Ｖｏｕｔが発
生し、この出力ｖｏｕｔは、第３図の積分回路４１に印
加される。積分器４１の出力はコンパレータ４２の一方
の入力端４３に加えられ、またコンパレータ４２の他方
の入力端４４には露光１設定器４５が接続されている。

このため、コンパレータ４２は、積分器４１の出力が露
光口設定器４５から出力される参照電圧Ｖ　ｒａｔより
高くなると反転する。従って、この参照電圧Ｖｒｅｒを
因示しない可変抵抗器等により適切に調節しておくとと
もに、コンパレータ４２の出力信号Ｖ　ｃａｍｐをシャ
ツタ閉信号として用いることにより第１図のアライナで
は正しい露光口を得ることができる。

このように、本発明の光検出装置を用いて露光量を制御
した場合、光源の発光特性が変化しても正しい露光を得
ることかできる。

第４図は、本発明の他の実施例に係る光検出装置を示す
。この光検出装置は、第１図の装置において１１番以降
の符号で示されていた受光系を変更したものである。第
４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１
８と同様の扇形の光検知素子（光電変換素子）１９８〜
１９ｈに分割してなる多分割のフォトディテクタ、２０
ａ〜２０ｔｌはそれぞれ光電変換素子１９８〜１９ｈの
出力を増幅するアンプ、２０ｔはアンプ２０ａ〜２０ｈ
の出力を合成するアンプである。

アンプ２０ａ〜２０１１には、負帰還回路に２個ずつノ
可変抵抗器ＶＲａｌ、　ＶＲａ２〜ＶＲｈｌ、　ＶＲｈ
２と各２個の可変抵抗器の一方を回路に接続するための
切換スイッチＳＷａ〜ｓｗｈｆｆｉ設けられている。

従って、アンプ２０ａ〜２０ｈのゲインは、可変抵抗器
ＶＲａ１．　ＶＲａ２〜ＶＲｈ１．　ＶＲｈ２＋７）ウ
チｌ、Ｕ換スイッチ５Ｗａ−８Ｗｈで負帰還回路に接続
された側を操作することによってｗＡ第することができ
る。

切換スイッチ５Ｗａ−８Ｗｈとしてはリレー等のメカニ
カルスイッチを用いてもよく、またはアナログスイッチ
等の半導体スイッチを用いてもよい。

ＳＷＳは切換スイッチＳＷａ〜ＳＷｈを一括して切換え
ることにより可変抵抗器群ｖＲａ１〜Ｖ　Ｒｈｌまたは
ＶＲａ２〜Ｖ　Ｒｈ２の一方を選択するための選択スイ
ッチである。

同図において、第２ミラー８（第１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〜１
８ｈによって８藺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索子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１９は、同一のシリコン基板あるいはガリ
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、装置全体を極めて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２０ａ〜２０ｈに入力される。この装置
においてもアンプ２０ａ〜２０ｔｌのゲインを、第１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、アンプ２０（でそれぞれの電気信号を加算し
て得られる出力Ｖｏｕｔ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との総合感度特性を７オトレジストの分光感度特
性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
度を有する出力ｙｕｕｔが（Ｊられ、この出力ｖｏｕｔ
を第３図に示すような回路に供給して露光口の制御を行
なうようにすれば、フォトレジストや干渉フィルタ１８
ａ〜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、常に正しい露光量を得るこ
とができる。

また、ここでは可変抵抗器群ｖＲａ１〜Ｖ　Ｒｈｌおよ
びＶ　Ｒａ２〜Ｖ’Ｒｈ２によって２種類の総合感度特
性を独立に設定することが可能であり、選択スイッチＳ
Ｗｓにより切換スイッチＳＷａ〜ＳＷｈすなわち可変抵
抗器群Ｖ　Ｒａ１〜ＶＲ旧およびＶ　Ｒａ２〜Ｖ　Ｒｈ
２を一括して切換えることによってこの２種類の総合感
度特性のうち一方を選択することができる。従って、分
光感度特性の異なる２種類のフォトレジスタのそれぞれ
に対して総合感度特性が合致するように各可変抵抗器ｖ
Ｒａ１、Ｖ　Ｒａ２〜ＶＲｈｌ、ＶＲｈ２をプリセット
しておくことにより、フォトレジスト交換の際も選択ス
イッチＳＷＳを操作するだけで容易かつ即座に対処する
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
７オトデイ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ｒ＋１ｌＪｌ
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。

また、この実施例の光検出装置では同一平面上に配列さ
れた干渉フィルタ群と同一基板上に分割形成された光検
知素子群とを空間的に対向させるようにしているため第
１図に示したものより簡単なメカニズムに構成すること
ができる。

［実施例の変形例］ なお、本発明は上述の実施例に限定されることなく適宜
変形して実ＩＩｉすることができる。例えば、上述の実
施例においては２種類の分光感度特性を切換える例につ
いて説明したが、増幅器１７または可変抵抗器群Ｖ　Ｒ
ａｌ〜Ｖ　Ｒｉｌｌと同様のものを増設し、これらの増
幅器または可変抵抗器群を接点数のより多い切換スイッ
チｓｗａ−ｓｗｈで切換えるようにすれば、より多くの
分光感度特性を切換えることも可能である。また、上述
においては、フィルタを用いて分光し光電変換素子で各
波長成分の光ｍに相当する電気信号を得、各電気信号に
重み付けを施すことにより所望の分光感度特性を得るよ
うにしているが、光電変換素子自身の分光感度特性をそ
のまま利用し、フィルタは用いずに分光感度特性の異な
る複数種の光電変換素子で得られる電気信号にそれぞれ
重み付けを施すことによって所望の分光感度特性を得る
ようにしてもよい。

［発明の効果〕 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量を得ることが極めて容
易である。また、このため、装置の組立て、調整も容易
である。さらに、複数の分光感度特性をプリセットして
そのうちの所望のものを選択することができるようにし
ているため、異なる分光感度のフォトレジストに交換す
る場合もスイッチを切換えるのみで繁雑な調整は不要で
ある。

【図面の簡単な説明】

Ｍ１図は本発明の一実施例に係る光検出装置をマスクア
イライナの照明系に組合わせた構成図、第２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、 第３図は本発明の光検出装置の出力よりシャツタ閉信号
を得るための回路例を示す図、第４図は本発明の他の実
施例に係る光検出装置の回路図である。 １１、１２．１３・・・ダイクロイックミラー、１４．
１５゜１６・・・光電変換素子、１７・・・増幅回路、
１７ｉ　、　１７ｇ　。 １７ｈ・・・アンプ（重み付【プ回路）　、１７ｔ・・
・アンプ、１８・・・フィルタブロック、１８ａ〜１８
ｈ・・・干渉フィルタ、１９・・・フォトディテクタ、
１９ａ〜１９ｈ・・・光電変換素子、２０ａ〜２０ｈ・
・・アンプ（重み付け回路）、２０ｔ　・７　＞　７、
ＶＲｉ　、ＶＲｇ、ＶＲｈ　、ＶＲａｌ〜Ｖ　Ｒｈ２・
・・可変抵抗器、ＳＷｓ・・・選択スイッチ、ＳＷｉ　
、ＳＷｇ、ＳＷｈ　、ＳＷａ　−８Ｗｈ　−・・切換ス
イッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入射光を反射または透過させて複数の波長成分に分
   離し各波長成分の光をそれぞれ電気信号に変換する複数
   の波長選択性光電変換手段と、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つて、上記各重み付け手段の重み
   付け量を複数個ずつ設定する手段と、各重み付け手段に
   ついて設定された重み付け量のうちの１つを選択する手
   段とを具備することを特徴とする光検出装置。 ２、前記波長選択性光電変換手段が、それぞれ特定波長
   領域の光を選択的に反射または透過する濾光手段と該濾
   光手段を経た光をそれぞれ電気信号に変換する複数の光
   電変換手段とを組合せたものであ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２項記載の光検出装置。 ４、前記複数の波長選択性光電変換手段が、それぞれ異
   なる分光感度特性を有する複数の光電変換素子である特
   許請求の範囲第１項記載の光検出装置。