JPH02177313A - 露光制御装置 - Google Patents

露光制御装置

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JPH02177313A
JPH02177313A JP63328826A JP32882688A JPH02177313A JP H02177313 A JPH02177313 A JP H02177313A JP 63328826 A JP63328826 A JP 63328826A JP 32882688 A JP32882688 A JP 32882688A JP H02177313 A JPH02177313 A JP H02177313A
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exposure
control device
light
exposure control
light emission
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JP63328826A
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English (en)
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Yuji Tsuruoka
裕二 鶴岡
Takasumi Yui
敬清 由井
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Canon Inc
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

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】 [産業上の利用分野] 本発明は、パルス化されたレーザ光を発生する光源を焼
付光として使用する露光装置において露光量を適正に制
御するための露光制御装置に関するものである。
[従来の技術] 従来、露光制御装置は第5図に示すような構成であった
。同図において、エキシマレーザ11のようなパルス発
光するレーザから出射されるパルス光は、照明系12で
均一な配光特性を持つ光束に変換され、マスクMおよび
投影光学系13を通してウェハW上に投影露光される。
一方、照明系12から出射きれる光束の一部は、ミラー
14によフて反射されフォトセンサ15に入射する。フ
オドセンサ15はパイロ素子のような光電変換素子であ
り、その出力信号は一発のパルス光の入射に対して一発
パルスを出力する。そのため、フォトセンサ15の出力
信号をパルス数積算回路16で受け、そのパルス数を加
算していくことによりウェハWに到達したパルス光の数
を計測することができる。
エキシマレーザ1から出射されるパルス光のエネルギー
は一般的にある範囲内で可変であり、そのエネルギーの
パルス間のバラツキはかなり安定しているがわずかに変
動している。そのため、パルス数積算回路16の出力で
あるウェハWへの到達パルス数をCPU17に読み込み
、それと設定エネルギーとの積から、照明系12に入射
する全エネルギーを求めることができる。一方、ウェハ
Wの露光量は、この照明系12に入射する全エネルギー
と照明系3、マスクMおよび投影光学系13の透過率と
の積から求められる。そこで、パルス光の出射ごとに露
光量をCPU17で算出し、露光量≧目標露光量の条件
となった時点で、レーザ制御部18を介してエキシマレ
ーザ1に対し、パルス発光の停止命令を出力する。これ
により、エキシマレーザ1の出射パルス光の積算数を制
御し、ウェハWの露光量制御を実現することができる。
[発明が解決しようとす゛る課題] しかしながら、上記従来例ではエキシマレーザの発光パ
ルスのエネルギーのバラツキがパルス間でわずかではあ
るが存在するため、露光量の精度が悪くなりがちである
という問題点があった。特に、露光に要する発光パルス
数が少なくなればなるほど精度は著しく低下する。
このため、エキシマレーザの出射エネルギーが向上して
いるにもかかわらず、露光精度を上げるためには出射エ
ネルギーをNDフィルタなどによって低下させて露光に
要するパルス数を多くすることが必要となるため、スル
ーブツトを向上させることができないという問題点があ
った。
本発明は、上述の従来形における問題点に鑑み、露光量
を高精度にモニタすることができ、かつ露光に要する発
光パルス数を少なくしてスルーブツトを向上させること
ができる露光制御装置を提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段および作用コ上記の目的を
達成するため、本発明は、例えば焼付光として用いるエ
キシマレーザのパルス光の光路中に光電変換素子を設け
、その電気信号出力の内、パルス光を受光の際の、該受
光に対応した出力のみを積分し、積分結果を積算して、
その積算結果が所定値を超えたか否かを判別し、所定値
を超えた場合にはパルス光の発光を停止することとして
いる。
焼付光であるパルス光の光電変換出力のみを積分してい
るので、1パルスごとのエネルギーを高精度に求めるこ
とができる。したがって、エキシマレーザなどのパルス
エネルギーのバラツキによる影響を受けずに、露光量を
高精度でモニタすることが可能となる。
また、エキシマレーザの出射エネルギーを最大で使い、
露光に必要なレーザ光のパルス数を最小にすることが可
能となり、露光装置のスルーブツトを最大限向上するこ
とができる。
[実施例] 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は、本発明の一実施例に係る露光filJ御装置
の構成図である。同図において、エキシマレーザ光源1
は例えばKrFやXe C1lが封入されパルス化され
たレーザ光を発光する光源である。エキシマレーザ光源
1で発生したレーザ光は照明系2に入射する。照明系2
は、ドーム整形光学系およびオブティカルインテグレー
タなどにより構成され、入射されたレーザ光を所望のビ
ーム形状に整形し、光束の配光特性を均一にして出射さ
せるものである。照明系2の出射光路に沿って、集積回
路パターンが形成されたマスクMまたはレチクルが配置
され、さらに投影光学系3およびウェハWが配置されて
いる。これにより、マスクMに形成された集積回路パタ
ーンは投影光学系3を通してウェハW上に投影露光され
ることになる。
一方、照明系2から出射した光束の一部は、ミラー4に
よってセンサ5の光電変換面に入射される。エキシマレ
ーザ1の出射パルス光の時間的な幅は数Ions程度と
極めて短いため、センサ5としてはPINフォトダイオ
ードやバイプラナ光電管のような応答性が数ns以下の
光電変換素子を用いるのがよい、また、照明系2の出射
ビームは配光特性が均一であるため、センサ5に入射す
る光のパワーとウェハWに到達する光のパワーは比例関
係にある。したがって、センサ5の電気的出力信号を計
測することによってウェハWでの光のパワーをモニタす
ることができる。
センサ5の出力信号は積分器6に入力され、レーザ光の
1パルス毎に電気的にアナログ積分される。そして、そ
の積分値はA/D変換器7によってディジタル値に変換
されマイクロコンピュータ8に読み込まれる。マイクロ
コンピュータ8はこの1パルス毎のディジタル化された
積分値を積算する。そして、その積算値とあらかじめ設
定されたウェハWへの露光量とを比較して、設定露光量
よりも等しいか大きくなったら、レーザ制御部9に指令
を出してエキシマレーザ1の発光を停止させる。これに
よって露光量制御を行なうことができる。
積分ゲート発生部10は、積分器6に対し積分区間を規
定する積分ゲー′トを発生させる。積分器6に関する処
理タイミングを明確にするため第2図のタイミングチャ
ートを参照して説明する。
同図において、発光同期信号aとは実発光のタイミング
の数μs前にエキシマレーザ1から出力される同期信号
である。この発光同期信号aとしては通常レーザ発光の
トリガーとなるサイラトロンのトリガー信号を使用する
。そのため、この同期タイミングからレーザの実発光タ
イミングまでのデイレイ時間は数μsで固定されている
。
したがって、この発光同期信号aを基準とし、これから
規定時間t(詳しくは後述)遅らせて、積分ゲートCを
作ることによって、積分ゲートcのパルス区間中に常に
レーザの実発光のタイミングを収めることができる。積
分ゲートCの幅は積分値の精度を上げるためには極力短
い方が有効であり、実施例では数100nsとしている
。その理由は、レーザの発光を電気信号に変換するセン
サの出力信号すにはノイズが混入することがあり、また
そのオフセットレベルが微小に変動するため、数10n
sのパルスを積分するためのたいへん′#!1.gな積
分器6においてはそれらの影響を大きく受けてしまうた
めである。
積分ゲートcの区間だけセンサ出力信号すが積分器6で
積分されると、その積分器6の出力dはA/D変換器7
でディジタル量(A/D変換出力信号e)に変換され、
その変換終了と共にリードパルスfがマイクロコンピュ
ータ8に出力される。
マイクロコンピュータ8はこのリードパルスfを検知す
るとA/D変換器7から積分値を読み込み、この値に従
って露光量制御を行なう。
次に、この露光量制御の処理内容を第3図のフローチャ
ートを参照して説明する。
まず、マイクロコンピュータ8の不図示のキーボードか
ら露光命令が入力されると、初めにステップS1でレジ
スタAがゼロクリアされる。レジスタAは光電変換出力
の積分値を積算した値を記憶するレジスタであり、マイ
クロコンピュータ8の内部レジスタを用いてもよいし不
図示のメモリ上に確保しても良い。ぞの後、ステップS
2でレーザ制御部9に対して1パルス発光命令が出力さ
れ、エキシマレーザ1が1パルス発光する。これによっ
て発光同期パルスa(第2図)が出力され、第2図で説
明したように積分が終了するとリードパルスfが出力さ
れる。
ステップS3でマイクロコンピュータ8はリードパルス
fをチエツクし、積分が終了したが否かを判別する。こ
のリードパルスfを認識したら、ステップS4で積分値
をレジスタBに読み込む。
そして、ステップS5でレジスタAの積算値にレジスタ
Bの積分値を加算して再びレジスタAに格納する2次に
、ステップS6でレジスタAの内容である積算値とあら
かじめマイクロコンピュータ8のキーボードから入力さ
れメモリに記憶されている設定露光量とを比較する。そ
して、両者が等しいかあるいは積算値すなわちレジスタ
Aの値の方が大であれば縫子、そうでなければステップ
S2に戻って再び1パルス発光命令を出力し、レジスタ
Aの値が大になるまでこれをくり返す。
このようにマイクロコンピュータ8は、1パルス発光す
るごとに積分値を読み込み、積算値を計算し、その積算
値と設定露光量とをパルス毎に比較することによって露
光量を制御する。
ここで、規定時間tの決定の仕方について詳しく述べる
が、それに先立ちまず、ここでエキシマレーザの一般的
な構成について説明を加える。
膜内なエキシマレーザの構成図を第6図に示す。
エキシマレーザは、チャンバ内に封入した気体を励起状
態にし、その励起された原子が、基底状態に落ちるとき
に、レーザ光を発生させる装置である。
この励起状態は、主電極に高圧を加え、この間に放電を
起させることによって生成されるが、放電を円滑に進め
るためには、予信!踵というトリガが必要であり、予備
電離は予備電極間に放電を起させることによって行なわ
れる0通常、予備電極間には高圧が加えられており、サ
イラトロンのグリッドに発光同期を入力(トリガ信号)
することによって予備電離が開始される。そして、予備
電離が行なわれた後、数1・0Ons〜数μsで主電極
間に放電が起きるため、実際の発光は発光同期の後、数
100ns〜数μs遅れて行なわれる。つまり、規定時
間tは、この遅延時間をあらかじめ計測しておいてやる
ことにより決定できる。しかし、実際には、発光同期か
ら実発光までの時間は、ジッタ成分により変動する。ジ
ッタのぶ因としては、■電極間電圧の変動、■チ、ヤン
バ内の気体の状態変化、■発光の繰り返し周波数の変化
、■電極の摩耗、などがあるが、ジッタの幅は数10〜
100ns程度である。したがって、これらのジッタに
よる変動分もあらかじめ計測しておいてやり、これらの
変動分も考慮して、規定時間tを設定してやるとよい。
[他の実施例] 上記の実施例では、積分器6がアナログ積分値を出力し
、この出力をA/D変換器7でディジタル値に変換して
マイクロコンピュータ8に渡しているが、積分器6およ
びA/D変換器7を′s4図に示すようにディジタル積
分器にしてもよい。
第4図を参照して説明すれば、まずフォトセンサ5の出
力はアンプ20で増幅され、サンプルホールドA/D変
換器21に入力される。一方、エキシマレーザ1から出
力される発光直前を示す同期信号はタイミング制御部2
2に入力され、ここでこの同期信号に基づきサンプルホ
ールドA/D変換器21のサンプリングタイミングを与
えるサンプリングクロックを生成する。
このサンプリングクロックはサンプルホールドA/D変
換器21に入力され、このサンプリングクロックの周期
でアンプ20の出力をサンプルホールドし、そしてA/
D変換する。
ところで、A/D変換器のサンプル周期は一般に最も高
速のものでもins程度に留まり、エキシマレーザIの
発光パルス幅である約20nsに比べて充分なサンプル
周期ではない、したがフて、精度を向上させるためには
サンプル周期をさらに短くする必要がある。そこで、本
実施例ではサンプルホールドA/D変換器21を第4図
に示すように複数個並列にネに成し、それぞれのサンプ
リングクロックを数100psづつずらすことによって
実買上サンプリング周期を短くすることとした。これら
複数個のサンプルホールドA/D変換器21のディジタ
ル出力を加算器23で逐次加算し、1パルスの発光ごと
の積分値を求めることができる。そして、この加算器2
3の出力をマイクロコンピュータ8で積算することで露
光量を求め、あとは前記の実施例と同様にして露光制御
を実現することができる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、エキシマレーザ
などのパルス光を応答速度の速いフォトセンサで光電変
換し、その出力を積分しているので、パルスごとのエネ
ルギーを高精度に求めることができる、したがって、露
光に要する出射パルス数を最小限にすることが可能とな
り、露光装置のスルーブツトを向上させることができる
。また、エキシマレーザなどのパルスエネルギーを常に
監視しているためレーザの不調などによる不露光を低減
することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に係る露光制御装置の構成
図、 第2図は、積分器の処理タイミングを説明するためのタ
イミングチャート、 第3図は、上記実施例の装置の露光制御の手順を説明す
るためのフローチャート、 第4図は、ディジタル積分器を用いた実施例に係る露光
制御装置の構成図、 第5図は、従来より用いられている露光制御装置の構成
図、 第6図は、エキシマレーザの概略構成を示す図である。 1.11=エキシマレーザ、 2.127照明系、 3.13:投影光学系、 4.14:ミラー 5.15:フすトセンサ、 6:lJL分器、 7 : A/D変換器、 8:マイクロコンピュータ、 9.18:レーザ制御部、 10:積分ゲート発生部、 16ニバルス数積算回路、 17:CPU。 20:アンプ、 21:サンプルホールドA/D変換器、22:タイミン
グ制御部、 23:加算器。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)パルス光源から出射されるパルス光を焼付光とし
    て使用する露光装置の露光量を制御する露光制御装置に
    おいて、 上記パルス光の光束の一部を受光して電気信号を出力す
    る光電変換手段と、該受光に対応した光電変換出力のみ
    を積分する手段と、該積分結果を積算する手段と、該積
    算結果が所定値を超えたか否かを判別し所定値を超えた
    場合には上記パルス光の発光を停止する制御手段とを具
    備することを特徴とする露光制御装置。
  2. (2)前記光電変換出力を積分する手段が電気的な積分
    器である請求項1に記載の露光制御装置。
  3. (3)パルス発光のタイミングに同期して積分ゲートを
    発生させ、該積分ゲートの区間のみで前記光電変換出力
    の積分動作を行なう請求項2に記載の露光制御装置。
  4. (4)前記積分ゲートの発生タイミングをパルス光源か
    らの発光同期信号またはパルス光源への発光指令から求
    める請求項3に記載の露光制御装置。
JP63328826A 1988-12-28 1988-12-28 露光制御装置 Pending JPH02177313A (ja)

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