JPH02147925A

JPH02147925A - 光量分布測定方法

Info

Publication number: JPH02147925A
Application number: JP30092388A
Authority: JP
Inventors: Toru Tojo; 東条　徹; Tsutomu Ito; 力伊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1990-06-06

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、光量分布測定方法に係り、たとえば半導体製
造時の転写工程において試料面上の光量分布を測定する
ときなどに好適な光量分布測定方法に関する。

（従来の技術）周知のように、半導体素子の製造にはパターン転写装置
が使われている。パターン転写装置には種々あるが１回
路パターンの微細化に伴い、最近では高解像度性能を有
する光学式投影露光装置が広く用いられており、さらに
はＸ線を光源として用いるＸ線転写装置も用いられよう
としている。

これらの装置を用いて転写を行なう場合、露光に先立っ
て、転写面、すなわち試料面上の露光光量の分布をたと
えば±２％程度の精度で測定する必要がある。

ところで、試料面上の露光光量の分布をαｊ定する手段
としては２通常、試料を保持するＸＹテーブルの上面に
試料面と同じ高さになるように光量センサを配置し、Ｘ
Ｙテーブルを動かしながら光量センサを用いて転写面で
の光量を順次測定する方式が採用されている。光量セン
サとしては、−般に１〜２ｍ■程度の領域を測定できる
単一の半導体フォトセンサが用いられている。そして、
　　ＸＹテーブルを動かしながら全体として１５＋ｍ四
方程度の領域を測定している。

しかしながら、このような光量分布測定方法にあっては
次のような問題があった。

すなわち、半導体素子の製造工程を例にとると。

転写時の露光波長としては、−船釣に４０Ｏｎ１８〜５
００ｎ−の波長が用いられてきた。この波長領域では、
感度の良い光量センサが存在し、比較的短時間に光量分
布を測定することができた。また、光源の出力安定性も
十分に良く、光量分布ａ１ｊ定に支障となる要因は格別
存在しなかった。

しかし、近年、露光光源として波長が２４８　ｎｍ（ま
たは１９３　ｎａ）のエキシマレーザ光が用いられるよ
うになってきた。このように短い波長の光源が選ばれる
理由は、より微細な回路パターンを実現するためである
が、これらの波長に対して感度の高い小形の光量センサ
は現在のところ見当らない。このため、光量分布を測定
するには、−点毎に比較的長い時間をかけ、全エネルギ
ーを積分して光量を測定し、これを測定領域全体に亙っ
て行なうようにしている。しかし、エキシマレーザの出
力光はパルス的でであり、しかも個々の出力光は常に１
０％程度変動している。そのうえ使用ガスの劣化により
出力光が徐々に低下する。このような情況下において＋
　１５１１１１四方全域の光量分布を±２％以下という
精度で測定することは非常に困難であった。

（発明が解決しようとする課題）上述の如く、従来の方法で光量分布をハ１定しても、十
分な精度を確保することが困難であり。

また精度を高めようとすると測定に長時間を要する問題
があった。

そこで本発明は、光源の出力が変動した場合でも精度良
く、また短時間に光量分布を測定できる光量分布測定方
法を提供することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明方法によれば、指定領域面上の光量分布を測定す
るに当り、上記指定領域面より狭い面積内に感度差の判
明している受光素子を複数配列してなる光量センサを用
意し、この光量センサを上記指定領域面に一致した高さ
で、かつ指定領域面に沿った方向に移動自在に配置し、
上記光量センサを上記指定領域面内においてステップ的
に。

かつ光量測定域が一部ラップする関係に移動させながら
順次光量分布を測定するとともに各光量測定域毎に得ら
れた光量分布信号を上記ラップ部分の受光素子で得られ
た光量信号で規格化することによって上記指定領域上の
光量分布を求めるようにしている。

（作　用）このような測定方法であると、同時に多数点の測定が行
なえるため、測定時間を大幅に短縮できる。また、光量
センサを指定領域面内においてステップ的に、かつ光ｆ
ｆｉ　＋１＄１定域が一部ラップする関係に移動させな
がら順次光量分布を測定するとともに各光量測定域毎に
得られた光量分布信号を上記ラップ部分の受光素子で得
られた光量信号で規格化するようにしているので、光源
の出力変動の影響を受けることなく、指定領域の光量分
布を測定できる。

（実施例）以下１図面を参照しながら本発明に係る測定方法を説明
する。

第１図には本発明方法を適用して試料面上の光量分布を
測定するようにした光学式投影露光装置の概念図が示さ
れている。

同図において、１はＸ方向およびｙ方向に移動自在に配
置されたＸＹ子テーブル示し、２はＸＹテーブル１上に
載置された試料を示している。また、３は試料２の転写
領域に転写されるパターンの基となる被転写パターンを
持ったレチクルを示し、４は転写光源となるエキシマ用
光源を示している。エキシマ用光源４から出た光は１反
射鏡５およびコンデンサレンズ６からなる照明光学系７
を介してレチクル３を透過し２さらに投影レンズ８を透
過して試料２の転写領域に照射される。この照射によっ
て、レチクル３に形成されている被転写パターンと相似
的なパターンが試料２の転写領域に転写される。

ＸＹ子テーブルの上面で１周縁部位置には受光面の高さ
を試料２の転写面の高さに一致させて光量分布測定に供
される光量センサ９が固定されている。この光量センサ
９としては、この例では第２図に示すように、縦横に受
光素子１０をｉｘｊ個配列配列２次元固体撮像素子（Ｃ
ＣＤセンサ）が用いられている。この光量センサ９は２
通常。

転写領域より狭いｌｈａ前後の領域の光量を測定でき、
エキシマ光（２４８ｎｍ）に対する感度は０６０５Ａ／
Ｗ程度である。そして、この例では、各受光素子１０の
感度差Ｋｉｊの判明しているものが用いられている。

第３図には光量センサ９を用いて光量分布を測定すると
きに使用される各要素が示されている。

すなわち、光量センサ９の各受光素子１０の出力は、読
出し信号Ｓが与えられる毎に、増幅器１１゜Ａ／Ｄ変換
器１２を介してシリアルに演算装置１３に入力される。

演算装置１３は、前述した感度差に１ｊおよび位置を記
憶する記憶装置を内蔵しており、制御装置１４による制
御下のもとに後述する演算を行ない、各測定領域の規格
化された光量分布を算出し、その結果を表示装置１５へ
出力する。また、制御装置１４は、演算装置１３を制御
するとともに光源駆動回路１６およびテーブル駆動回路
１７を後述する関係に制御する。

次に２本発明方法によって試料２の転写領域の光量分布
を測定する手順を説明する。

まず２　レチクル３を取り外す。この状態で制御装置１
４を動作させる。制御装置１４は、テーブル駆動回路１
７を動作させて光量センサ９の受光面が試料２の転写領
域に相当する領域内の所定の場所に位置するようにＸＹ
子テーブルを移動させる。第４図はこの状態を示してい
る。図中２１が対象とする領域を示し、この領域２１内
のＡ領域に光量センサ９が位置している状態を示してい
る。

なお、この図では説明を簡単にするために、受光素子１
０が縦横に３Ｘ３配列された光量センサとして示されて
いる。

この状態で制御装置１４に測定開始指令を与える。この
指令が与えられると、制御装置１４は。

まず光源駆動回路１６を制御してエキシマ用光源４を発
光させる。エキシマ用光源４はパルス的に発光する。こ
の発光によってＡ領域に照射された光が光量センサ９で
検出される。検出されたＡ領域の光量分布は。

ＱＩｊＡ　−（Ｋ　−Ｅ）　ｊｊとなる。この光量分布信号は演算装置１３に取り込まれ
る。

次に、制御装置１４は、テーブル駆動回路１７を制御し
て、第４図中に２点鎖線で示すように。

光量センサ９がＢ領域に位置するようにＸＹ子テーブル
をステップ的に移動させる。このとき、第４図中にＯ印
で示すように、前回測定した箇所の一部が今回も測定さ
れるように、光ｆｆｉ　１ＴＩＪ定域が一部ラップ状態
となるように移動させる。そして。

再びエキシマ用光源４を発光させる。この発光によって
Ｂ領域に照射された光が光量センサ９で検出される。こ
の光量分布信号は演算装置１３に取り込まれる。演算装
置１３は、取り込まれた信号を次のようにして規格化し
てＢ領域の光量分布を求める。すなわち、２重に測定す
る代表点（☆で示す）のＡ領域での分布強度をＱｎｎＡ
、Ｂ領域でのそれをＱ　ｍｉＢとすると、Ｂ領域での光
量分布を。

ＱＩｊＢ　＝　（Ｋ−Ｅ）　１ｊ−ＱｍｍＢ　／Ｑｎｎ
Ａとして求める。したがって、エキシマ用光源４の出力
が変動しても、この変動には左右されないＱ　ｎｎＡで
規格化した光量分布が得られることになる。以下、上述
した手順でＣ領域、Ｄ領域、・・・と順次測定を行ない
、領域２１全体の光量分布を求める。そして、求められ
た光量分布が表示装置１５に表示される。

なお、感度差に１ｊは一般的には小さく、実用上は問題
にならないが、光量が一定の条件下で簡単に求めること
ができる。また、ＸＹ子テーブルを動かし同一地点の一
定光量を各受光素子でｎ１定することによってもＫＩｊ
を求めることができる。

また、上述した例では受光素子を２次元的に配置した光
量センサを用いているが、第５図に示すようにラインセ
ンサタイプの光量センサを用いることもできる。

すなわち、この例では測定時間の短縮化を図るために２
個のラインセンサタイプの光量センサ３１．３２を図の
ように直交して用いている。そして、まず第６図に示す
ように、光量センサ３１によって任意の間隔で対象する
領域２１内のｊ方向の光量分布を測定する。このとき、
Ｅ領域に次いで前述と同様に同一Δ−１定点（Ｏで示す
）を設けなからＦ領域を測定し、同様にＣ領域を測定し
てｊ方向の分布を測定する。次に、光量センサ３２によ
って先の光量センサ３１で測定した測定点と一部がラッ
プするようにＸＹテーブルを必要な間隔移動させてＨ，
Ｉ、Ｊ、Ｋ・・・の各点で測定する。

そして、終了した後にさらに光量センサ３２をｉ方向に
移動させ、同様に一部をラップ（○で示す）させてり、
Ｍ、Ｎ・・・の各点を測定する。この場合も、前述の如
く、各ラップ点でそれぞれ前回との光量の規格化を行な
う。このようにしても光量分布を正確に求めることがで
きる。

また、　＋１）Ｊ定間隔は光量センサの画素の大きさに
一致させる必要はなく、任意の間隔（必要な光量分布の
メツシュの大きさ）で測定してよい。さらに、測定領域
をどのように分割し、かつどのような順序で測定を行な
うかは、装置の条件によって種々変えてもよい。その他
１本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形できる。

［発明の効果］以上説明したように１本発明測定方法では。

複数個の受光面を持った光量センサを用い、ある領域の
光量分布を測定した後１次の領域の光量分布測定する際
、前回の測定領域の一部を重ねて測定することによって
、前回と今回の測定光量とを規格化して全体の光量分布
を決定するようにしている。したがって、光源の変動に
よる光量のバラツキを規格化によってキャンセルでき、
正確な光量分布測定を実現できる。さらに１面積として
７１１１定しているため、測定時間の短縮化も実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明測定方法の一例を適用した光学的投影露
光装置の概念図、第２図は同装置に組込まれたの光量セ
ンサの正面図、第３図は本発明測定方法を実施するため
の装置の構成図、第４図は本発明測定方法の詳細を説明
するための図、第５図は光量センサの別の配置例を説明
するための図、第６図は同センサを使って本発明方法を
実施する一例を説明するための図である。１・・・ＸＹテーブル、２・・・試料、３・・・レチク
ル。４・・・エキシマ用光源、７・・・照明光学系、８・・
・投影レンズ、９，３１．３２・・・光量センサ。２１・・・対象領域。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦箋図第図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）指定領域面上の光量分布を測定するに当り、上記
指定領域面より狭い面積内に感度差の判明している受光
素子を複数配列してなる光量センサを用意し、この光量
センサを上記指定領域面に一致した高さで、かつ指定領
域面に沿った方向に移動自在に配置し、上記光量センサ
を上記指定領域面内においてステップ的に、かつ光量測
定域が一部ラップする関係に移動させながら順次光量分
布を測定するとともに各光量測定域毎に得られた光量分
布信号を上記ラップ部分の受光素子で得られた光量信号
で規格化することによって上記指定領域上の光量分布を
求めるようにしたことを特徴とする光量分布測定方法。
（２）光源から出た光を照明光学系、被転写パターンを
持ったレチクル、投影レンズを介して可動自在なテーブ
ル上に配置された試料に照射して上記被転写パターンを
試料面上に結像転写するに先立って上記試料面上の転写
領域の光量分布を測定するに当り、上記転写領域より狭
い面積内に感度差の判明している受光素子を複数配列し
てなる光量センサを上記テーブル上の任意の位置に上記
転写領域の高さと等しい高さに固定し、上記テーブルを
移動させることによって上記光量センサを上記転写領域
に相当する領域内においてステップ的に、かつ光量測定
域が一部ラップする関係に移動させながら順次光量分布
を測定し、各光量測定域毎に得られた光量分布信号を上
記ラップ部分の受光素子で得られた光量信号で規格化す
ることによって上記転写領域の光量分布を求めるように
したことを特徴とする光量分布測定方法。