JP2003282430A

JP2003282430A - 露光装置及び露光方法、デバイス製造方法、並びに測定方法及び測定装置

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Publication number: JP2003282430A
Application number: JP2003001648A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Mogi; 清茂木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2002-01-21
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2003-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】レーザ光の光学特性が変動してもこれに影響
を受けることなく、基板上にマスクのパターンを精度良
く転写する。【解決手段】レーザ光学特性計測装置（１６ｃ、１６
ｅ）により、レーザ共振器（１６ａ）で発生したレーザ
光ＬＢが受光されその光学特性が計測されるとともに、
該光学特性に関する情報が出力される。そして、主制御
装置５０により、露光の際に、前記情報に基づいて基板
上に与えられるレーザ光の積算エネルギ量（基板の露光
量）が制御される。このため、レーザ光の光学特性に応
じて、基板の露光量が調整される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、露光装置及び露光
方法、デバイス製造方法、並びに測定方法及び測定装置
に係り、更に詳しくは、半導体素子（例えば集積回
路）、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイク
ロデバイスをリソグラフィ技術を用いて製造する際に使
用される露光装置及び露光方法、前記露光装置を用いる
デバイス製造方法、並びにレーザビームを用いて被検光
学系の光学特性を測定する測定方法及び測定装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マイクロデバイスを製造する
ためのリソグラフィ工程では、種々の露光装置が用いら
れている。近年では、スループットを重視する観点か
ら、ステップ・アンド・リピート方式の縮小投影露光装
置（いわゆるステッパ）や、ステップ・アンド・スキャ
ン方式の走査型投影露光装置（スキャナとも呼ばれる、
いわゆるスキャニング・ステッパ）などの逐次移動型の
投影露光装置が主として用いられている。

【０００３】近年における集積回路の集積度の向上につ
れ、マイクロデバイスの製造においては、更なる解像力
の向上が要求されている。このような要求に対し、上記
のステッパ等においても、水銀ランプのｇ線、ｉ線、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光、ＡｒＦエキシマレーザ光という
ように露光光の波長（露光波長）を順次短波長化してき
た。今後、ステッパ等の投影露光装置においても、紫外
域に発振波長を有する何らかの光源、例えば、非線形光
学結晶による非線形光学現象を利用した光源が使用され
る可能性もある。

【０００４】エキシマレーザはレーザ媒質（気体）中の
電気放電によってパルス発光するレーザである。一般的
なエキシマレーザにおけるレーザ光の波長のスペクトル
線幅は５００ｐｍ（５×１０^-10メートル）程度である
が、半導体露光装置の光源として用いる場合には露光装
置に搭載される投影光学系（投影レンズ）の色収差を抑
えるために、このスペクトル線幅：ＦＷＨＭ（半値全
幅：full width half maximum）を約１ｐｍ以下に狭帯
域化する必要がある。この波長の狭帯域化は、光学プリ
ズム、ファブリペローエタロン、グレーティング等の波
長選択素子を単独で用い、あるいは複数組み合わせて用
いることで実現している。非線形光学現象を利用した光
源では、上述の波長選択素子を用いずともそのスペクト
ル線幅が狭いことが予想される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】投影露光装置の解像力
Ｒは、露光波長λ、投影光学系の開口数（numerical ap
erture）Ｎ．Ａ．を用いて、Ｒ＝ｋ・λ／Ｎ．Ａ．で表
されることが知られている。ここで、ｋはプロセス係数
と呼ばれる比例定数である。これより、同じ波長の光源
を用いて、より微細なパターンを形成するためには投影
光学系のＮ．Ａ．を大きくする必要がある。この場合、
レーザ光のスペクトル線幅をより狭帯域化することが要
求され、現在では、エキシマレーザとして、ＦＷＨＭが
０．３ｐｍ以下という超狭帯域化レーザが開発されてい
る（図８参照）。

【０００６】このようなレーザ光のスペクトル線幅を狭
帯域化する機構を備えたエキシマレーザでは、レーザ光
のスペクトル特性が長期的あるいは短期的に変動するこ
とがある。例えば、波長選択素子の劣化により徐々にス
ペクトル線幅が広くなる現象や、レーザチャンバに充填
されたレーザガスのガス混合比や充填圧の変化、あるい
は、放電電圧の変化が短期的なスペクトル線幅の変化を
生じさせる。図９には、エキシマレーザのスペクトル線
幅の変化傾向がＦＷＨＭを用いて示されている。

【０００７】このレーザ光のスペクトル特性の変化によ
り露光装置の解像特性に差異が生じる。図１０には、露
光装置の解像性能を評価する際に、一般的に使用され
る、ウエハ（基板）上に形成された感光剤パターン
（「レジスト像」と呼ばれる）の一例が示されている。
この図１０には、その幅がｗｌである５本のラインとそ
の幅がｗｓであるスペースから成るラインアンドスペー
ス（Ｌ／Ｓパターン）パターンのレジスト像の断面図が
示されている。この場合において、原版パターンが、デ
ューティ比１：１のＬ／Ｓパターンである場合、理想的
な解像性能の場合ｗｌ＝ｗｓが成立する。

【０００８】図１０のようなレジスト像を形成する際に
ウエハ上のレジスト層に照射されるレーザ光のウエハ表
面（像面）における空間像分布は、例えば感光部が現像
液に溶解するポジティブレジスト（ポジレジスト）及び
これに対応するポジ型マスク（レチクル）の組み合わせ
を用いる場合、図１１に示されるように、ラインパター
ンに相当する部分で「暗」、それ以外の部分で「明」と
なる明暗のコントラストを示す。この図１１に示される
照度の空間分布において、ラインの幅ＷＬとスペースの
幅ＷＳが等しくなる照度レベルはＥ_th１である。一方、
レジストは、照射された照度と現像後の残膜率が図１２
に示されるような特性を有しており、照度Ｅ_th以上でレ
ジストは現像によって完全に溶解する。

【０００９】図１０に示されるレジスト像がｗｌ＝ｗｓ
となるためには、図１１においてＥ _th１＝Ｅ_thとなるよ
うに露光照度Dose１を制御する必要がある。この時、照
度が図１１中のＥ_th１を越えた位置（場所）でレジスト
が溶解し、Ｅ_th１以下の場所ではレジストは溶解せず、
結果的に図１０に示されるようなレジスト像が形成され
ることとなる。

【００１０】レーザ光のスペクトル線幅が図１１の時に
比べて太い（大きい）場合に、図１１と同じ照度Dose１
で露光するとウエハ表面における空間像に対応する光強
度分布は図１３のようになる。これは、レーザ光のスペ
クトル線幅が広いために露光装置の投影光学系が持つ収
差（主として色収差）によって、空間像の明暗部のコン
トラストが低下するためである。この場合、照度Ｅ_thに
おけるライン幅はＷＬ’（＜ｗｌ）、スペース幅はＷ
Ｓ’（＞ｗｓ）となり、所望のパターンを形成すること
ができない。

【００１１】このようなスペクトル特性の変化は以前か
ら知られていたが、本来のスペクトル線幅に比べてその
変化幅が小さいために余り問題視されていなかった。し
かし、最近の超狭帯域化レーザにおいてはその変化幅が
投影光学系の解像性能に影響することが懸念される。一
方、非線形光学現象を利用したレーザ光源においても、
エキシマレーザの場合と変化の傾向は異なるがスペクト
ル線幅の変化が起こることが予想される。

【００１２】また、将来の露光光源として有望なフッ素
レーザ（出力波長：１５７ｎｍ）では、スペクトル線幅
を狭帯域化するための波長選択素子を用いなくても、１
ｐｍ以下のスペクトル線幅を示すことが知られている。
しかしながら、そのスペクトル線幅は、レーザチューブ
内に充填されたガス（フッ素ガスとヘリウムガス等の混
合ガス）の圧力や励起強度によって、そのスペクトル線
幅が大きく変化することも解ってきた。

【００１３】更に、エキシマレーザや非線形光学現象を
利用したレーザ光源などでは、レーザ光の中心波長が所
定の波長とずれることによって、スペクトル線幅が大き
くなる場合と同様に、空間像に対応する光強度分布にお
けるコントラストの低下が生じることは周知の事実であ
る。

【００１４】これらの現象は、ＩＣ等のマイクロデバイ
スの歩留まりを低下させ、露光装置をＩＣ等のマイクロ
デバイスの量産ラインで使用する際の障害と成りかねな
い。

【００１５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、その第１の目的は、レーザビームの光学特性が変動
してもこれに影響を受けることなく、基板上にマスクの
パターンを精度良く転写することが可能な露光装置及び
露光方法を提供することにある。

【００１６】また、本発明の第２の目的は、マイクロデ
バイスの生産性の向上を図ることができるデバイス製造
方法を提供することにある。

【００１７】また、本発明の第３の目的は、レーザビー
ムの光学特性が変動してもこれに影響を受けることな
く、被検光学系の光学特性を精度良く計測することがで
きる測定方法及び測定装置を提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、レーザビーム（ＬＢ）をマスク（Ｒ）に照射して、
前記マスクに形成されたパターンを投影光学系（ＰＬ）
を介して基板（Ｗ）上に転写する露光装置であって、前
記レーザビームを発生するレーザ装置（１６ａ）と；前
記レーザビームを受光してその光学特性を計測し、該光
学特性に関する情報を出力するレーザ光学特性計測装置
（１６ｃ、１６ｅ）と；前記情報に基づいて、前記基板
上に与えられる前記レーザビームの積算エネルギ量を制
御する露光量制御装置（５０）と；を備える露光装置で
ある。

【００１９】本明細書において、「レーザビームの光学
特性」とは、スペクトル特性、コヒーレンス特性、波長
特性など、レーザビームの光学的な特性の全てを含む。

【００２０】これによれば、レーザ光学特性計測装置に
より、レーザ装置で発生したレーザビームが受光されそ
の光学特性が計測されるとともに、該光学特性に関する
情報が出力される。そして、露光量制御装置により、前
記情報に基づいて基板上に与えられるレーザビームの積
算エネルギ量（基板の露光量）が制御される。このた
め、レーザビームの光学特性に応じて、基板の露光量が
調整されるので、レーザビームの光学特性が、短期的、
一時的、あるいは長期的に変動してもこれに影響を受け
ることなく、マスクのパターンを投影光学系を介して基
板上に精度良く転写することが可能となる。

【００２１】この場合において、請求項２に記載の露光
装置の如く、前記露光量制御装置は、前記情報が、前記
レーザビームのスペクトル線幅が第１の設定値より広い
ことを示す場合には、前記積算エネルギ量を小さくする
こととすることができる。

【００２２】この場合において、請求項３に記載の露光
装置の如く、前記露光量制御装置は、前記情報が、前記
レーザビームのスペクトル線幅が前記第１の設定値以下
の第２の設定値より狭いことを示す場合には前記積算エ
ネルギ量を大きくすることとすることができる。ここ
で、第２の設定値は、第１の設定値と同一のスペクトル
線幅の設定値としても良いし、第１の設定値より小さな
スペクトル線幅の設定値としても良い。前者の場合に
は、スペクトル線幅が、所定の設定値（第１の設定値か
つ第２の設定値）と異なる場合には、必ず基板上に与え
られるレーザビームの積算エネルギ量が、露光量制御装
置により変更される。後者の場合には、スペクトル線幅
が、第１の設定値を上限値とし、かつ第２の設定値を下
限値とする所定の範囲外となったときのみ、基板上に与
えられるレーザビームの積算エネルギ量が、露光量制御
装置により変更される。

【００２３】上記請求項１〜３に記載の各露光装置にお
いて、請求項４に記載の露光装置の如く、前記露光量制
御装置は、前記情報が、前記レーザビームのコヒーレン
ス長が第３の設定値より短いことを示す場合には前記積
算エネルギ量を小さくすることとすることができる。

【００２４】この場合において、請求項５に記載の露光
装置の如く、前記露光量制御装置は、前記情報が、前記
レーザビームのコヒーレンス長が前記第３の設定値以上
の第４の設定値より長いことを示す場合には前記積算エ
ネルギ量を大きくすることとすることができる。ここ
で、第４の設定値は、第３の設定値と同一のコヒーレン
ス長の設定値としても良いし、第３の設定値より大きな
コヒーレンス長の設定値としても良い。前者の場合に
は、コヒーレンス長が、所定の設定値（第３の設定値か
つ第４の設定値）と異なる場合には、必ず基板上に与え
られるレーザビームの積算エネルギ量が、露光量制御装
置により変更される。後者の場合には、コヒーレンス長
が、第３の設定値を下限値とし、かつ第４の設定値を上
限値とする所定の範囲外となったときのみ、基板上に与
えられるレーザビームの積算エネルギ量が、露光量制御
装置により変更される。

【００２５】上記請求項１〜５に記載の各露光装置にお
いて、請求項６に記載の露光装置の如く、前記露光量制
御装置は、前記情報が、前記レーザビームの中心波長あ
るいは重心波長の目標波長に対するずれ量が第５の設定
値より大きいことを示す場合には、前記積算エネルギ量
を小さくすることとすることができる。

【００２６】この場合において、請求項７に記載の露光
装置の如く、前記露光量制御装置は、前記情報が、前記
レーザビームの中心波長あるいは重心波長の目標波長に
対するずれ量が前記第５の設定値以下の第６の設定値よ
り小さいことを示す場合には、前記積算エネルギ量を大
きくすることとすることができる。ここで、第６の設定
値は、第５の設定値と同一の中心波長あるいは重心波長
のずれ量の設定値としても良いし、第５の設定値より小
さな中心波長あるいは重心波長のずれ量の設定値として
も良い。前者の場合には、中心波長あるいは重心波長の
ずれ量（絶対値）が、所定の設定値（第５の設定値かつ
第６の設定値）と異なる場合には、必ず基板上に与えら
れるレーザビームの積算エネルギ量が、露光量制御装置
により変更される。後者の場合には、中心波長あるいは
重心波長のずれ量（絶対値）が、第３の設定値を上限値
とし、かつ第４の設定値を下限値とする所定の範囲外と
なったときのみ、基板上に与えられるレーザビームの積
算エネルギ量が、露光量制御装置により変更される。

【００２７】上記請求項１〜７に記載の各露光装置にお
いて、レーザ光学特性計測装置としては種々の構成を採
用でき、例えば請求項８に記載の露光装置の如く、前記
レーザ光学特性計測装置は、ファブリペロー干渉分光計
及びグレーティング分光器の少なくとも一方を用いて前
記レーザ装置から出力されるレーザビームの光学特性を
検知するビームモニタ機構（１６ｃ）を有することとす
ることができる。

【００２８】上記請求項１〜８に記載の各露光装置にお
いて、予め設定された測定タイミングでレーザ光学特性
計測装置はレーザビームの光学特性を測定することとす
ることもできるが、これに限らず、例えば、請求項９に
記載の露光装置の如く、前記レーザ光学特性計測装置
は、前記レーザビームを受光してその光学特性を常時計
測し、該光学特性に関する情報を常時出力することとす
ることもできる。あるいは、請求項１０に記載の露光装
置の如く、前記レーザ光学特性計測装置は、前記レーザ
ビームを受光してその光学特性を常時計測し、その光学
特性の基準値からの変動量が所定値に達したときに、前
記光学特性に関する情報を前記露光量制御装置に出力す
ることとすることもできる。

【００２９】上記請求項９に記載の露光装置において、
請求項１１に記載の露光装置の如く、前記露光量制御装
置は、前記レーザ光学特性計測装置から出力される前記
情報に基づいて、前記光学特性の変動をモニタし、その
モニタ結果に応じて前記積算エネルギ量の制御を行うこ
ととすることもできるし、請求項１２に記載の露光装置
の如く、前記露光量制御装置は、前記積算エネルギ量を
制御するため、前記レーザ光学特性計測装置から出力さ
れる前記情報を予め定められた間隔で取り込むこととす
ることもできる。

【００３０】上記請求項１〜１２に記載の各露光装置に
おいて、請求項１３に記載の露光装置の如く、前記露光
量制御装置は、前記積算エネルギ量を、露光フィールド
内において不均一に制御することとすることができる。

【００３１】この場合において、請求項１４に記載の露
光装置の如く、前記露光量制御装置は、前記投影光学系
の収差に関する情報に基づいて、前記積算エネルギ量不
均一の分布又は度合いを制御することとすることができ
る。

【００３２】請求項１５に記載の発明は、リソグラフィ
工程を含むデバイス製造方法であって、前記リソグラフ
ィ工程では、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の露
光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製
造方法である。

【００３３】これによれば、リソグラフィ工程で、請求
項１〜１４のいずれか一項に記載の露光装置を用いて露
光を行うことにより、レーザビームの光学特性が変動し
てもこれに影響を受けることなく、精度良く基板上にパ
ターンを形成することができるので、マイクロデバイス
の歩留まりが向上し、結果的にその生産性を向上させる
ことができる。

【００３４】請求項１６に記載の発明は、レーザビーム
をマスクに照射して、前記マスクに形成されたパターン
を投影光学系を介して基板上に転写する露光方法であっ
て、前記レーザビームを発生する工程と；前記レーザビ
ームを受光してその光学特性を計測し、該光学特性に関
する情報を出力する工程と；前記情報に基づいて、前記
基板上に与えられる前記レーザビームの積算エネルギ量
を制御しつつ、前記パターンの転写を行う工程と；を含
む露光方法である。

【００３５】これによれば、発生したレーザビームを受
光してその光学特性を計測し、該光学特性に関する情報
を出力する。そして、その情報に基づいて基板上に与え
られるレーザビームの積算エネルギ量（基板の露光量）
を制御しつつ、前記パターンの転写を行う。このため、
レーザビームの光学特性に応じて、基板の露光量が調整
されるので、レーザビームの光学特性が、短期的、一時
的、あるいは長期的に変動してもこれに影響を受けるこ
となく、マスクのパターンを投影光学系を介して基板上
に精度良く転写することが可能となる。ここで、レーザ
ビームの光学特性の計測及び前記情報の出力は、露光に
先立って行っても良いし、露光中に行っても良い。

【００３６】上記請求項１６に記載の露光方法におい
て、請求項１７に記載の露光方法の如く、前記情報が、
前記レーザビームのスペクトル線幅、及び中心波長ある
いは重心波長の目標波長に対するずれ量の少なくとも１
つが、それぞれの設定値より大きいことを示す場合に
は、前記積算エネルギ量を小さくすることとすることが
できる。

【００３７】また、請求項１８に記載の露光方法の如
く、前記情報が、前記レーザビームのコヒーレンス長が
その設定値より短いことを示す場合には、前記積算エネ
ルギ量を小さくすることとすることができる。

【００３８】請求項１９に記載の発明は、被検光学系に
レーザビームを照射して、前記被検光学系の光学特性を
測定する測定方法であって、前記レーザビームを受光し
てその光学特性を計測し、該光学特性に関する情報を出
力する第１工程と；前記情報に基づいて、前記被検光学
系の光学特性の測定結果を補正する第２工程と；を含む
測定方法である。

【００３９】これによれば、レーザビームを受光してそ
の光学特性を計測し、該光学特性に関する情報を出力
し、その情報に基づいて、被検光学系の光学特性の測定
結果を補正する。ここで、前記該光学特性に関する情報
は、レーザビームの光学特性の情報であっても良いが、
これに限らず、予め実験などで求めた光学特性の変動量
に対応する被検光学系の光学特性（収差など）の変動量
の情報などであっても良い。前者の場合、その光学特性
に関する情報に基づいて、予め実験などで求めた光学特
性と被検光学系の光学特性（収差など）との関係に基づ
いて、その光学特性の変動量に対応する被検光学系の変
動量を算出し、この算出結果を被検光学系の光学特性の
計測結果の補正量とする。後者の場合、その出力された
情報を被検光学系の光学特性の計測結果の補正量とす
る。いずれにしても、本発明によれば、被検光学系の光
学特性の計測結果からレーザビームの光学特性の変動に
起因する被検光学系の光学特性の変動分を補正した（差
し引いた）正確な被検光学系の光学特性を求めることが
可能となる。従って、レーザビームの光学特性が変動し
てもこれに影響を受けることなく、被検光学系の光学特
性を精度良く計測することができる。

【００４０】この場合において、請求項２０に記載の測
定方法の如く、前記第１工程で計測される前記レーザビ
ームの光学特性は、前記レーザビームのスペクトル特
性、コヒーレンス特性、波長特性のうちの少なくとも１
つを含むこととすることができる。

【００４１】請求項２１に記載の発明は、被検光学系に
照射されたレーザビームを受光して、前記被検光学系の
光学特性を測定する測定装置であって、前記レーザビー
ムの光学特性に関する情報に基づいて、前記被検光学系
の光学特性の測定結果を補正する演算手段を備えること
を特徴とする測定装置である。

【００４２】これによれば、演算手段は、レーザビーム
の光学特性に関する情報に基づいて、被検光学系の光学
特性の測定結果を補正する。ここで、前記該光学特性に
関する情報は、レーザビームの光学特性の情報であって
も良いが、これに限らず、予め実験などで求めた光学特
性の変動量に対応する被検光学系の光学特性（収差な
ど）の変動量の情報などであっても良い。前者の場合、
その光学特性に関する情報に基づいて、予め実験などで
求めた光学特性と被検光学系の光学特性（収差など）と
の関係に基づいて、その光学特性の変動量に対応する被
検光学系の変動量を算出し、この算出結果を被検光学系
の光学特性の計測結果の補正量とする。後者の場合、そ
の出力された情報を被検光学系の光学特性の計測結果の
補正量とする。いずれにしても、本発明によれば、被検
光学系の光学特性の計測結果からレーザビームの光学特
性の変動に起因する被検光学系の光学特性の変動分を補
正した（差し引いた）正確な被検光学系の光学特性を求
めることが可能となる。従って、レーザビームの光学特
性が変動してもこれに影響を受けることなく、被検光学
系の光学特性を精度良く計測することができる。

【００４３】この場合において、請求項２２に記載の測
定装置の如く、前記レーザビームの光学特性は、前記レ
ーザビームのスペクトル特性、コヒーレンス特性、波長
特性のうちの少なくとも１つを含むこととすることがで
きる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図１
〜図５に基づいて説明する。

【００４５】図１には、一実施形態の走査型露光装置１
０の概略構成が示されている。この走査型露光装置１０
は、露光用光源にレーザ光源を用いたステップ・アンド
・スキャン方式の走査型露光装置である。

【００４６】この走査型露光装置１０は、レーザ光源１
６を含む照明系１２、この照明系１２により照明される
マスクとしてのレチクルＲを保持して所定の走査方向に
移動するマスクステージとしてのレチクルステージＲＳ
Ｔ、レチクルＲのパターンを基板としてのウエハＷ上に
投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持して水平面
（ＸＹ平面内）を移動するＸＹステージ１４、及びこれ
らの制御系等を備えている。

【００４７】前記照明系１２は、レーザ光源１６、ビー
ム整形光学系１８、エネルギ粗調器２０、オプティカル
インテグレータ（フライアイレンズ、内面反射型インテ
グレータ、又は回折光学素子などであり、図１ではフラ
イアイレンズを用いているので、以下では「フライアイ
レンズ」とも呼ぶ）２２、照明系開口絞り板２４、ビー
ムスプリッタ２６、第１リレーレンズ２８Ａ、第２リレ
ーレンズ２８Ｂ、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動
レチクルブラインド３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ
及びコンデンサレンズ３２等を備えている。なお、以下
においては、照明系１２を構成するレーザ光源１６以外
の構成部分を纏めて適宜「照明光学系」と呼ぶ。

【００４８】ここで、この照明系１２の上記構成各部に
ついて説明する。レーザ光源１６としては、一例とし
て、ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８ｎｍ）が用
いられているものとする。以下においては、レーザ光源
１６を「光源ユニット１６」とも呼ぶ。

【００４９】なお、レーザ光源１６として、ＫｒＦエキ
シマレーザに代えて、ＡｒＦエキシマレーザ（発振波長
１９３ｎｍ）やＦ₂レーザ（発振波長１５７ｎｍ）は勿
論、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザ、あるいは半導体レ
ーザの高調波発生装置等のパルス光源を使用することも
可能である。

【００５０】前記光源ユニット１６は、図２（Ａ）に示
されるように、レーザ装置としてのレーザ共振器１６
ａ、該レーザ共振器１６ａから射出されるレーザビーム
ＬＢの光路上に配置された透過率が９７％程度のビーム
スプリッタ１６ｂ、該ビームスプリッタ１６ｂの反射光
路上に順次配置されたハーフミラー（又はビームスプリ
ッタ）１６ｇ及びビームモニタ機構１６ｃ、ハーフミラ
ー１６ｇの反射光路上に配置されたエネルギモニタ１６
ｈ、前記ビームモニタ機構１６ｃ及びエネルギモニタ１
６ｈからの出力信号がそれぞれ入力されるレーザコント
ローラ１６ｅ、及び該レーザコントローラ１６ｅによっ
て電源電圧などが制御されるレーザ電源部１６ｄ等を備
えている。この図２（Ａ）に示されるように、光源ユニ
ット１６の前記構成各部（１６ａ〜１６ｈなど）は、ハ
ウジング１７内に収納されている。レーザ共振器１６ａ
から射出され、ビームスプリッタ１６ｂを透過したレー
ザビームＬＢがハウジング１７の光透過部を介して照明
光学系に入射するようになっている。

【００５１】なお、レーザコントローラ１６ｅ及びレー
ザ電源部１６ｄのいずれか、あるいは両方を、ハウジン
グ１７の外部に配置することは可能である。

【００５２】前記レーザ共振器１６ａは、放電電極を含
むエキシマレーザチューブ（レーザチャンバ）２０２、
該エキシマレーザチューブ２０２の後側（図２（Ａ）に
おける紙面内左側）に配置された全反射ミラー（リアミ
ラー）２０１、エキシマレーザチューブ２０２の前側
（図２（Ａ）における紙面内右側）に配置された低反射
率ミラー（フロントミラー）２０５、並びにエキシマレ
ーザチューブ２０２とフロントミラー２０５との間に順
次配置された固定のファブリ・ぺロー・エタロン（Fabry
-Perot etalon）２０３及び可変傾角のファブリ・ペロー
・エタロン２０４等を含んで構成されている。

【００５３】この場合、リアミラー２０１とフロントミ
ラー２０５とによって、レーザ発振のための共振器が構
成され、コヒーレンシを少し高める効果がある。

【００５４】また、ファブリ・ペロー・エタロン（以
下、「エタロン」と呼ぶ）２０３とエタロン２０４とに
より狭帯域化モジュールが構成されている。これを更に
詳述すると、エタロン２０３、２０４は２枚の石英板を
所定の空隙（エアーギャップ）を空けて平行に対向させ
たもので、一種のバンドパスフィルタとして働く。エタ
ロン２０３、２０４のうちエタロン２０３は粗調用で、
エタロン２０４は微調用である。これらのエタロン２０
３、２０４は、レーザ共振器１６ａから射出されるレー
ザビームＬＢのスペクトル幅を、ここでは自然発振スペ
クトル幅の約１／１０００〜１／３０００程度に狭めて
出力する。また、エタロン２０４の傾角を調整すること
により、レーザ共振器１６ａから射出されるレーザビー
ムＬＢの波長（中心波長）を所定範囲でシフトできるよ
うになっている。

【００５５】この他、例えば図２（Ａ）のレーザ共振器
１６ａにおいて、粗調用のエタロン２０３を取り去り、
リアミラー２０１の代りに波長選択素子としての反射型
の回折格子（グレーティング）を傾斜可能に設けること
により、レーザ共振器を構成しても良い。この場合、グ
レーティングとフロントミラー２０５とによって共振器
が構成される。また、グレーティング２０６と微調用の
エタロン２０４とによって前述と同様の機能の狭帯域化
モジュールが構成される。この場合、グレーティングは
波長設定時の粗調に用いられ、エタロン２０４は微調に
用いられる。エタロン２０４及びグレーティングのうち
いずれかの傾斜角を変更すれば、レーザ共振器から射出
されるレーザビームＬＢの波長（発振波長）を所定範囲
で変化させることができる。

【００５６】なお、狭帯域化モジュールを、例えばプリ
ズムと回折格子（グレーティング）とを組み合わせたも
のによって構成することも可能である。

【００５７】前記エネルギモニタ１６ｈは、ビームスプ
リッタ１６ｂにより反射される反射光の光路上に配置さ
れたハーフミラー１６ｇからの反射光を受光して、その
光電変換信号（光量信号）を出力信号ＥＳとしてレーザ
コントローラ１６ｅに出力する。エネルギモニタ１６ｈ
としては、例えば遠紫外域のパルス発光を検出するため
に高い応答周波数を有するＰＩＮ型フォトダイオードな
どの受光素子が用いられる。

【００５８】前記ビームモニタ機構１６ｃとしては、図
２（Ｂ）に示されるように、前記ハーフミラー１６ｇの
反射光路上に順次配置された集光レンズ６４、コリメー
タレンズ６６、エタロン６８、テレメータレンズ７０及
びラインセンサ７２等を含むファブリペロー干渉計が用
いられている。

【００５９】エタロン６８としては、前述と同様に、２
枚の部分反射ミラー（石英板等）が所定の空隙（エアー
ギャップ）ｄを空けて対向配置されたものが用いられて
いる。いま、このエタロン６８にレーザビームＬＢが入
射すると、部分反射面での回折光（ホイヘンスの原理に
よる二次波）はエアーギャップｄ間で反射と透過を繰り
返す。この時、次式（１）を満たす入射角θの方向の光
のみがエタロン６８を透過して強め合い、これにより、
テレメータレンズ７０の焦点面に図２（Ｃ）に示される
ような干渉縞（フリンジパターン）が形成され、該フリ
ンジパターンがテレメータレンズ７０の焦点面に配置さ
れたラインセンサ７２によって検出される。

【００６０】２ｎｄｃｏｓθ＝ｍλ ……（１）

【００６１】ここで、ｎはエアーギャップｄの屈折率、
ｍは次数である。

【００６２】上式（１）より、ｎ、ｄ、ｍが一定とすれ
ば、波長λの違いによって焦点面に形成されるフリンジ
パターンが異なることがわかる。

【００６３】図３には、図２（Ｃ）におけるＡ−Ａ’線
に沿ってテレメータレンズ７０の焦点面に配置されたラ
インセンサ７２で検出される光強度の分布が示されてい
る。この図３において、横軸は、焦点面におけるライン
センサ７２長手方向の位置である。なお、図３では特定
の３つの干渉縞のみが示されている。この図３におい
て、符号ωは、各光強度分布の山の高さ１／２に相当す
る部分の幅を示す。この幅ωは、前述の半値全幅（ＦＷ
ＨＭ）と一義的な関係にあり、本実施形態では両者は比
例関係にあるものとする。すなわち、次式（２）が成立
するものとする。

【００６４】ＦＷＨＭ＝ｋω ……（２）

【００６５】また、図３において、各光強度分布の山の
ピークに対応する横軸上の座標位置は、中心波長に応じ
て定まる。すなわち、前述のフリンジパターンは、入射
光の中心波長、スペク卜ル線幅（ＦＷＨＭ）に対応した
ものとなっており、ラインセンサ７２からこのフリンジ
パターンの撮像信号がレーザコントローラ１６ｅに出力
される。

【００６６】前記レーザ電源部１６ｄは、高圧電源、及
びこの高圧電源を用いてエキシマレーザチューブ２０２
内部の不図示の放電電極を所定のタイミングで放電させ
るパルス圧縮回路（スイッチング回路）等を含んで構成
されている。

【００６７】前記レーザコントローラ１６ｅは、前述の
フリンジパターンの撮像信号及び出力信号ＥＳに所定の
信号処理を施す画像処理回路（ＡＤコンバータやピーク
ホールド回路などを含む）及び所定の演算を行うマイク
ロコンピュータなどを含んで構成されている。レーザコ
ントローラ１６ｅは、フリンジパターンの撮像信号に所
定の信号処理を施すことにより、ビームモニタ機構１６
ｃに対する入射光（レーザビーム）ＬＢの光学特性に関
する情報、例えば中心波長（又は重心波長）λ、スペク
卜ル線幅（ＦＷＨＭ）の指標である前述のω値などの情
報を得るようになっている。

【００６８】レーザコントローラ１６ｅは、レーザビー
ムＬＢの中心波長λを用いて、主制御装置５０によって
設定される設定波長λ₀に対する中心波長λのずれ量
（波長ずれ量）Δλを次式（３）に基づいて演算する。

【００６９】 Δλ＝｜λ₀−λ｜ ……（３）

【００７０】また、レーザコントローラ１６ｅは、ω値
を用いて、スペクトル線幅の基準値、例えば初期のスペ
クトル線幅に対応する値ω₀からのω値の変動量Δωを
次式（４）に基づいて演算する。

【００７１】 Δω＝ω₀−ω ……（４）

【００７２】さらに、レーザコントローラ１６ｅは、上
記Δλと中心波長λとを用いて、レーザビームＬＢのコ
ヒーレント長Ｌを次式（５）に基づいて算出するととも
に、その算出したコヒーレント長Ｌのコヒーレント長の
基準値、例えば初期のコヒーレント長Ｌ₀からの変動量
ΔＬを次式（６）に基づいて演算する。

【００７３】Ｌ＝λ²／｜Δλ｜ ……（５） ΔＬ＝Ｌ₀−Ｌ ……（６）

【００７４】さらに、本実施形態では、光源ユニット１
６には、前記レーザ共振器１６ａを構成するエタロン２
０４（又はグレーティング及びエタロン２０４、あるい
はグレーティングやプリズム）等の分光素子の駆動機構
１９が設けられている（図２（Ａ）参照）。そして、こ
の駆動機構１９が、前述の波長ずれ量Δλに基づいてレ
ーザコントローラ１６ｅにより制御され、中心波長λが
所望の範囲内に制御されるようになっている。但し、駆
動機構１９を用いて調整が可能な波長ずれΔλの範囲は
限られているので、この範囲を超える波長ずれΔλが生
じる可能性は否定できない。本実施形態では、このよう
な波長ずれΔλが生じた場合には、後述するような露光
量制御を行い、波長ずれに起因するパターンの空間像分
布におけるコントラストの低下を抑制するようになって
いる。

【００７５】また、レーザコントローラ１６ｅでは、通
常の露光時には、前記エネルギモニタ１６ｈの出力ＥＳ
に基づいて検出したエネルギパワーに基づいて、レーザ
共振器１６ａから出力されるレーザビームＬＢの１パル
スあたりのエネルギが、主制御装置５０からの制御情報
により与えられる１パルスあたりのエネルギの目標値に
対応した値となるように、レーザ電源部１６ｄ内部の高
圧電源での電源電圧をフィードバック制御する。

【００７６】また、レーザコントローラ１６ｅは、主制
御装置５０からの制御情報に基づきレーザ電源部１６ｄ
内部のパルス圧縮回路に対するトリガ信号の印加タイミ
ングあるいは印加間隔を制御することにより、ウエハＷ
上の１ショット領域に対する露光中のパルス数あるいは
パルス発振の繰り返し周波数をも制御する。

【００７７】この他、光源ユニット１６のハウジング１
７内におけるビームスプリッタ１６ｂの照明光学系側に
は、主制御装置５０からの制御情報に応じてレーザビー
ムＬＢを遮光するためのシャッタ１６ｆも配置されてい
る。

【００７８】図１に戻り、前記ビーム整形光学系１８
は、エキシマレーザ１６からパルス発光されたレーザビ
ームＬＢの断面形状を、該レーザビームＬＢの光路後方
に設けられたフライアイレンズ２２に効率良く入射する
ように整形するもので、例えばシリンダレンズやビーム
エキスパンダ（いずれも図示省略）等で構成される。

【００７９】エネルギ粗調器２０は、ビーム整形光学系
１８後方のレーザビームＬＢの光路上に配置され、ここ
では、回転板３４の周囲に透過率（≒１−減光率）の異
なる複数個（例えば６個）のＮＤフィルタ（図１ではそ
の内の２個のＮＤフィルタ３６Ａ、３６Ｄが示されてい
る）を配置し、その回転板３４を駆動モータ３８で回転
することにより、入射するレーザビームＬＢに対する透
過率を１００％から等比級数的に複数段階で切り換える
ことができるようになっている。駆動モータ３８は、後
述する主制御装置５０によって制御される。

【００８０】前記フライアイレンズ２２は、エネルギ粗
調器２０後方のレーザビームＬＢの光路上に配置され、
レチクルＲを均一な照度分布で照明するためにその射出
側焦点面に多数の点光源から成る面光源、すなわち２次
光源を形成する。この２次光源から射出されるレーザビ
ームを以下においては、「パルス照明光ＩＬ」と呼ぶも
のとする。

【００８１】フライアイレンズ２２の射出面近傍、すな
わち本実施形態では照明光学系の瞳面とほぼ一致するそ
の射出側焦点面に、円板状部材から成る照明系開口絞り
板２４が配置されている。この照明系開口絞り板２４に
は、等角度間隔で、例えば通常の円形開口より成る開口
絞り、小さな円形開口より成りコヒーレンスファクタで
あるσ値を小さくするための開口絞り、輪帯照明用の輪
帯状の開口絞り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心
させて配置して成る変形開口絞り（図１ではこのうちの
２種類の開口絞りのみが図示されている）等が配置され
ている。この照明系開口絞り板２４は、後述する主制御
装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０によ
り回転されるようになっており、これによりいずれかの
開口絞りがパルス照明光ＩＬの光路上に選択的に設定さ
れる。なお、開口絞り板２４の代わりに、あるいはそれ
と組み合わせて、例えば照明光学系内に交換して配置さ
れる複数の回折光学素子、照明光学系の光軸に沿って可
動なプリズム（円錐プリズム、多面体プリズムなど）、
及びズーム光学系の少なくとも１つを含む光学ユニット
を、光源１６とオプティカルインテグレータ２２との間
に配置し、オプティカルインテグレータ２２がフライア
イレンズであるときはその入射面上での照明光の強度分
布、オプティカルインテグレータ２２が内面反射型イン
テグレータであるときはその入射面に対する照明光の入
射角度範囲などを可変とすることで、照明光学系の瞳面
上での照明光の光量分布（２次光源の大きさや形状）、
すなわち照明条件の変更に伴う光量損失を抑えることが
望ましい。

【００８２】照明系開口絞り板２４後方のパルス照明光
ＩＬの光路上に、反射率が小さく透過率の大きなビーム
スプリッタ２６が配置され、更にこの後方の光路上に、
固定レチクルブラインド３０Ａ及び可動レチクルブライ
ンド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第
２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系が配置され
ている。

【００８３】固定レチクルブラインド３０Ａは、レチク
ルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカ
スした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域４２Ｒを
規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レ
チクルブラインド３０Ａの近傍に走査方向の位置及び幅
が可変の開口部を有する可動レチクルブラインド３０Ｂ
が配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レ
チクルブラインド３０Ｂを介して照明領域４２Ｒを更に
制限することによって、不要な部分の露光が防止される
ようになっている。

【００８４】リレー光学系を構成する第２リレーレンズ
２８Ｂ後方のパルス照明光ＩＬの光路上には、当該第２
リレーレンズ２８Ｂを通過したパルス照明光ＩＬをレチ
クルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、
このミラーＭ後方のパルス照明光ＩＬの光路上にコンデ
ンサレンズ３２が配置されている。

【００８５】一方、ビームスプリッタ２６で反射された
パルス照明光ＩＬは、集光レンズ４４を介して光電変換
素子よりなるインテグレータセンサ４６で受光され、イ
ンテグレータセンサ４６の光電変換信号が、不図示のピ
ークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して出力ＤＳ
（digit/pulse）として主制御装置５０に供給される。
インテグレータセンサ４６としては、例えば遠紫外域で
感度があり、且つ光源ユニット１６のパルス発光を検出
するために高い応答周波数を有するＰＩＮ型のフォトダ
イオード等が使用できる。このインテグレータセンサ４
６の出力ＤＳと、ウエハＷの表面上でのパルス照明光Ｉ
Ｌの照度（強度）との相関係数（又は相関関数）は予め
求められて、主制御装置５０に併設されたメモリ５１内
に記憶されている。また、前述のエネルギモニタ１６ｈ
の出力ＥＳと、インテグレータセンサ４６の出力ＤＳと
の相関係数（又は相関関数）は予め求められて、メモリ
５１内に記憶されている。

【００８６】前記レチクルステージＲＳＴ上にレチクル
Ｒが載置され、不図示のバキュームチャック等を介して
吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、水平
面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、レチ
クルステージ駆動部４８によって走査方向（ここでは図
１の紙面左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストロ
ーク範囲で走査されるようになっている。この走査中の
レチクルステージＲＳＴの位置は、レチクルステージＲ
ＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレーザ
干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４
Ｒの計測値が主制御装置５０に供給されるようになって
いる。なお、レチクルステージＲＳＴの端面を鏡面加工
してレーザ干渉計５４Ｒの反射面（前述の移動鏡５２Ｒ
の反射面に相当）を形成しても良い。

【００８７】前記投影光学系ＰＬとしては、例えば両側
テレセントリックな縮小系であり、共通のＺ軸方向の光
軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから成る屈折
系が用いられている。また、この投影光学系ＰＬの投影
倍率δは、例えば１／４又は１／５である。このため、
前記の如くして、パルス照明光ＩＬによりレチクルＲ上
の照明領域４２Ｒが照明されると、そのレチクルＲに形
成されたパターンが投影光学系ＰＬによって投影倍率δ
で縮小された像が表面にレジスト（感光剤）が塗布され
たウエハＷ上のスリット状の露光領域（照明領域４２Ｒ
に共役な領域）４２Ｗに形成される。

【００８８】前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ
駆動部５６によってＸＹ面内で走査方向であるＹ軸方向
及びこれに直交するＸ軸方向（図１における紙面直交方
向）に２次元駆動されるようになっている。このＸＹス
テージ１４上に、Ｚチルトステージ５８が搭載され、こ
のＺチルトステージ５８上に不図示のウエハホルダを介
してウエハＷが真空吸着等により保持されている。Ｚチ
ルトステージ５８は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォー
カス位置）を調整すると共に、ＸＹ平面に対するウエハ
Ｗの傾斜角を調整する機能を有する。また、ＸＹステー
ジ１４の位置は、Ｚチルトステージ５８上に固定された
移動鏡５２Ｗを介して外部のレーザ干渉計５４Ｗにより
計測され、このレーザ干渉計５４Ｗの計測値が主制御装
置５０に供給されるようになっている。なお、Ｚチルト
ステージ５８（又はＸＹステージ１４）などの端面を鏡
面加工して、レーザ干渉計５４Ｗの反射面（前述の移動
鏡５２Ｗの反射面に相当）を形成しても良い。

【００８９】さらに、図示は省略されているが、レチク
ルＲの上方には、例えば特開平７−１７６４６８号公報
等に開示されるように、ＣＣＤ等の撮像素子を有し、露
光波長の光（本実施形態ではパルス照明光ＩＬ）をアラ
イメント用照明光とする画像処理方式の一対のレチクル
アライメント顕微鏡が配置されている。この場合、一対
のレチクルアライメント顕微鏡は、投影光学系ＰＬの光
軸ＡＸを含むＹＺ平面に関して対称（左右対称）な配置
で設置されている。また、この一対のレチクルアライメ
ント顕微鏡は光軸ＡＸを通るＸＺ面内でＸ軸方向に往復
移動が可能な構造となっている。

【００９０】通常、一対のレチクルアライメント顕微鏡
は、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴ上に載置され
た状態で、レチクルＲの遮光帯の外側に配置された一対
のレチクルアライメントマークをそれぞれ観察可能な位
置に設定されている。

【００９１】制御系は、図１中、主制御装置５０によっ
て主に構成される。主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演
算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、Ｒ
ＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆ
るマイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）を含
んで構成され、露光動作が的確に行われるように、例え
ばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッ
ピング、露光タイミング等を統括して制御する。

【００９２】具体的には、主制御装置５０は、例えば走
査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを
介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_Rで走査され
るのに同期して、ＸＹステージ１４を介してウエハＷが
露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速
度δ・Ｖ_R（δはレチクルＲからウエハＷに対する投影
倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４
Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部４８、ウ
エハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチクルステ
ージＲＳＴ、ＸＹステージ１４の位置及び速度をそれぞ
れ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置
５０ではレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハ
ステージ駆動部５６を介してＸＹステージ１４の位置を
制御する。

【００９３】また、主制御装置５０では、制御情報を光
源ユニット１６に供給することによって、前述の如く、
光源ユニット１６の発光タイミング、及び発光パワー等
を制御する。また、主制御装置５０は、エネルギ粗調器
２０、照明系開口絞り板２４をモータ３８、駆動装置４
０をそれぞれ介して制御し、更にステージ系の動作情報
に同期して可動レチクルブラインド３０Ｂの開閉動作を
制御する。このように本実施形態では、主制御装置５０
が、露光コントローラ及びステージコントローラの役目
をも有している。これらのコントローラを主制御装置５
０とは別に設けても良いことは勿論である。

【００９４】このようにして構成された、露光装置１０
によると、露光量の制御方法を除き、通常のスキャニン
グ・ステッパと同様の手順で一連の露光処理動作が行わ
れる。以下、露光量の制御動作を中心として、露光装置
１０における所定枚数のウエハの露光を行う際の動作に
ついて、主制御装置５０内のＣＰＵの処理アルゴリズム
を概略的に示す図４のフローチャートに沿って説明す
る。

【００９５】この図４のフローチャートは、オペレータ
により入出力装置６２を介して露光条件の設定情報（設
定露光量、すなわちウエハ面（像面）上における１点当
たりに照射すべきレーザビームの積算エネルギ量である
ドーズ量、あるいは露光量の設定値を含む）が入力さ
れ、その設定情報に応じて必要な設定が行われ、かつレ
チクル交換、前述のレチクルアライメント顕微鏡を用い
たレチクルアライメント、及び不図示のウエハアライメ
ント系のベースライン計測などの準備作業が所定の手順
で行われたときに、開始する。

【００９６】まず、ステップ１０２において、不図示の
ウエハ搬送系にウエハ交換を指示するとともに、所定の
タイミングで光源ユニット１６にレーザビームＬＢのテ
スト発光を指示する。これにより、ウエハ搬送系によっ
てウエハ交換（Ｚチルトステージ５８上のウエハホルダ
が載置されていないときは、単にウエハホルダに対する
ウエハのロード）が行われる。光源ユニット１６に対す
るテスト発光の指示は、例えばウエハ交換中にウエハホ
ルダ上にウエハがないときに行われる。あるいは、シャ
ッタ１６ｆを閉成した状態であれば、ウエハホルダ上の
ウエハの有無とは無関係に行っても良い。

【００９７】上記の光源ユニット１６のテスト発光によ
り、レーザビームＬＢがエネルギモニタ１６ｈ、ビーム
モニタ機構１６ｃで受光され、エネルギモニタの出力Ｅ
Ｓ及び前述のフリンジパターンの撮像信号が、レーザコ
ントローラ１６ｅに供給される。そして、レーザコント
ローラ１６ｅにより、前述の各種演算が行われ、その演
算結果の情報（ω、Δω、Ｌ、ΔＬ、λ、Δλなどを含
む光学特性情報）が出力される。

【００９８】次のステップ１０４において、上記の光学
特性情報を読み込み内部メモリに記憶する。

【００９９】次のステップ１０６で、光学特性情報に含
まれるω値が、予め設定した第１の設定値ω₁（≧ω₀）
より大きいか否かを判断し、この判断が肯定された場合
には、ステップ１１０に進んで、次式（７）に基づい
て、露光量制御目標値（積算エネルギ量の制御目標値）
Ｅを算出し、メモリ内の一次記憶領域に記憶する。

【０１００】Ｅ＝Ｅ₀・（１＋α・Δω） ……（７）

【０１０１】ここで、Ｅ₀は、ω値が基準となるω値＝
ω₀であるときの露光量である。ここでは、例えばデュ
ーティ比１：１の解像限界近傍のＬ／Ｓパターンのレジ
スト像がデューティ比１：１のＬ／Ｓパターン像となる
ときの露光量がＥ₀（ｍＪ／ｃｍ²）であり、このときの
ω値がω₀である。本実施形態では、Ｅ₀が、オペレータ
により設定露光量として設定されているものとする。ま
た、αは正の係数であり、予め実験（あるいはシミュレ
ーション）によって求められ、メモリ５１に記憶されて
いる。

【０１０２】これをさらに詳述すると、例えば、露光量
Dose１のとき、デューティ比１：１の所定線幅のＬ／Ｓ
パターンの空間像に対応する光強度分布として前述の図
１１に示されるような光強度分布が得られ、このときの
レーザビームＬＢのスペクトル線幅が図９中のＦＷＨＭ
＝ＳＷ₀であり、かつビームモニタ機構１６ｃからのフ
リンジパターンの撮像信号に基づいて算出されるω値が
ω＝ω₀であったものとする。

【０１０３】この場合、Ｅ₀としては、レジスト像のラ
イン幅ｗｌとスペース幅ｗｓが等しくなる、すなわち図
１１中のＷＬ＝ＷＳが成立するような露光量が設定され
る。すなわち、Ｅ₀＝Dose１である。

【０１０４】そして、例えば光源ユニット１６内の波長
選択素子の劣化などによりスペクトル線幅が広くなった
結果、上記Ｌ／Ｓパターンの空間像に対応する光強度分
布が図５中に実線で示されるような光強度分布に変化し
たものとする。このとき、図５から明らかなように、レ
ジストが完全に溶解する照度Ｅ_thでは、光強度分布にお
いて、ラインの幅ＷＬ’＜スペースの幅ＷＳ’となって
いる。なお、このときDose１では、ラインの幅ＷＬ＝ス
ペースの幅ＷＳが成立するのは、照度Ｅ_th２である。

【０１０５】上記の状態で、露光量を、徐々に変化させ
ながら、その都度、空間像に対応する光強度分布を求め
ると、図５中に点線で示されるDose２まで露光量を低下
させると、照度Ｅ_thにおいて、ラインの幅ＷＬ＝スペー
スの幅ＷＳとなる。以上のことより、図５中に実線で示
される空間像に対応する光強度分布においてＷＬ＝ＷＳ
となる照度Ｅ_th２とレジストが完全に溶解する照度Ｅ_th
（レジストの種類によってほぼ決まる値）との差ΔＥ_th
は、スペクトル特性の関数として表すことができること
がわかる。ここでは、Ｅ_th、Ｅ_th２がω₀，ωの一次関
数として、Ｅ_th＝ｑ・ω₀，Ｅ_th２＝ｑ・ωとして表す
ことができるものとする。次式（８）において、ｑは正
の係数である。

【０１０６】 ΔＥ_th＝Ｅ_th２−Ｅ_th ＝ｑ・（ω−ω₀）＝−ｑ・Δω ……（８）

【０１０７】また、この場合、Dose２，Dose１及びΔＥ
_thの間には、次式（９）の関係が成立するものとする。
式（９）において、ｐは正の係数である。

【０１０８】 Dose２−Dose１＝−ｐ・ΔＥ_th ……（９）上記のｑ，ｐは、実験により求めることができる。

【０１０９】しかるに、Dose１はＥ₀であり、Dose２は
最適な解像性能が得られる露光量であるから、このDose
２を露光量制御目標値Ｅに置き換えると、式（９）は、
次式（９）’のように表現できる。

【０１１０】Ｅ−Ｅ₀＝−ｐ・ΔＥ_th ……（９）’

【０１１１】式（８）と式（９）’より、次式（１０）
の関係が得られる。

【０１１２】Ｅ−Ｅ₀＝−ｐ・ΔＥ_th ＝ｐ・ｑ・Δω ……（１０）

【０１１３】ここで、実験の結果から、ｐ・ｑが、Ｅ₀
に依存している場合には、ｐ・ｑ＝α・Ｅ₀とおいて、
式（１０）を変形することにより、前述の式（７）が得
られる。従って、式（７）に基づいて算出された露光量
制御目標値（積算エネルギ量の制御目標値）Ｅに基づい
て露光量（ウエハ面に照射されるレーザビームの積算エ
ネルギ量）を制御すれば、スペクトル線幅の変化に影響
を受けることなく、ウエハ上に所望の線幅のパターンを
精度良く転写、形成することが可能となる。

【０１１４】なお、ｐ・ｑが、Ｅ₀に依存していない場
合には、式（１０）を変化させることにより、次式（１
１）が得られる。ここで、α₂は正の係数である。

【０１１５】Ｅ＝Ｅ₀＋α₂・Δω ……（１１）

【０１１６】但し、一般には、Ｅ−Ｅ₀がΔωに比例す
るとは限らないので、次式（１２）で示されるようなΔ
ωの関数ｆ₁（Δω）を実験により求めることとしても
良い。

【０１１７】Ｅ＝Ｅ₀＋ｆ₁（Δω） ……（１２）

【０１１８】ここで、図４のフローチャートの説明に戻
る。上記のステップ１１０における処理が終了すると、
ステップ１２２に移行する。

【０１１９】一方、上記ステップ１０６における判断が
否定された場合には、ステップ１０８に進んで光学特性
情報に含まれるω値が、予め設定した第２の設定値ω₂
（≦ω₀≦ω₁）より小さいか否かを判断し、この判断が
肯定された場合には、ステップ１１０に進み前述と同様
の処理を行った後、ステップ１２２に移行する。ここ
で、スペクトル線幅が予定より小さい場合、投影光学系
ＰＬの収差（色収差）は小さくなるが、アンダー露光と
なるため、これを補正する必要がある。そこで、本実施
形態では、この場合も、露光量制御目標値を新たに算出
することとしている。

【０１２０】すなわち、本実施形態では、ω値が、ω＞
ω₁（≧ω₀）の範囲にある場合に、Δω（＝ω₀−ω）
に応じて露光量制御目標値をＥ₀より小さくし、ω値
が、ω＜ω₂（≦ω₀≦ω₁）の範囲にある場合に、Δω
に応じて露光量制御目標値をＥ₀より大きくする。特
に、ω₁＝ω₂＝ω₀である場合には、ω＞ω₀の場合はＥ
＜Ｅ₀となり、ω＜ω₀の場合はＥ＞Ｅ₀となる。

【０１２１】上記と反対にステップ１０８における判断
が否定された場合には、ω値は、ω ₂≦ω≦ω₁の許容範
囲にあり、スペクトル線幅の変化に基づく露光量制御目
標値の変更は不要であるため、ステップ１１２に移行す
る。特に、ω₁＝ω₂（＝ω₀）の場合に、ステップ１０
８における判断が否定されるのは、ω＝ω₁＝ω₂＝ω ₀
の場合であり、Δω＝０であるから露光量制御目標値の
変更は明らかに不要である。

【０１２２】ステップ１１２では、光学特性情報に含ま
れるコヒーレンス長Ｌが、予め設定した第３の設定値Ｌ
₁（≧Ｌ₀）より大きいか否かを判断し、この判断が肯定
された場合には、ステップ１１６に進んで、次式（１
３）に基づいて、露光量制御目標値Ｅを算出し、メモリ
内の一次記憶領域に記憶した後、ステップ１２２に移行
する。なお、Ｌ₀は、レーザ光ＬＢのコヒーレンス長の
初期値である。

【０１２３】Ｅ＝Ｅ₀・（１−β・ΔＬ） ……（１３）

【０１２４】この式（１３）は、前述の式（７）と同様
にして定められる。従って、正の係数βは、実験によっ
て求められる。なお、この場合も、Ｅ−Ｅ₀がΔＬと比
例関係にあるが、その比例係数がＥ₀に依存する。

【０１２５】この場合において、Ｅ−Ｅ₀がΔＬと比例
関係にあり、かつその比例係数がＥ₀に依存しない場合
には、ステップ１１６において上式（１３）に代えて次
式（１４）を用いることとしても良い。ここで、β₂は
正の係数である。

【０１２６】Ｅ＝Ｅ₀−β₂・ΔＬ ……（１４）

【０１２７】Ｅ−Ｅ₀がΔＬと比例関係にない場合に
は、次式（１５）で示されるようなΔＬの関数ｆ₂（Δ
Ｌ）を実験により求めることとしても良い。

【０１２８】Ｅ＝Ｅ₀＋ｆ₂（ΔＬ） ……（１５）

【０１２９】一方、上記ステップ１１２における判断が
否定された場合には、ステップ１１４に進んで光学特性
情報に含まれるコヒーレンス値Ｌが、予め設定した第４
の設定値Ｌ₂（≦Ｌ₀≦Ｌ₁）より小さいか否かを判断
し、この判断が肯定された場合には、ステップ１１６に
進み前述と同様の処理を行った後、ステップ１２２に移
行する。ここで、コヒーレンス長Ｌが予定より小さい場
合、オーバー露光となるため、これを補正する必要があ
るので、露光量制御目標値を新たに算出することとして
いる。

【０１３０】すなわち、本実施形態では、コヒーレンス
長Ｌが、Ｌ＞Ｌ₁（≧Ｌ₀）の範囲にある場合に、ΔＬ
（＝Ｌ₀−Ｌ）に応じて露光量制御目標値をＥ₀より大き
くし、コヒーレンス長Ｌが、Ｌ＜Ｌ₂（≦Ｌ₀≦Ｌ₁）の
範囲にある場合に、ΔＬに応じて露光量制御目標値をＥ
₀より小さくする。特に、Ｌ₁＝Ｌ₂＝Ｌ₀である場合に
は、Ｌ＞Ｌ₀の場合はＥ＜Ｅ₀となり、Ｌ＜Ｌ₀の場合は
Ｅ＞Ｅ₀となる。

【０１３１】上記と反対にステップ１１４における判断
が否定された場合には、コヒーレンス長Ｌは、Ｌ₂≦Ｌ
≦Ｌ₁の許容範囲にあり、コヒーレンス長の変化に基づ
く露光量制御目標値の変更は不要であるため、ステップ
１１８に移行する。特に、Ｌ₁＝Ｌ₂（＝Ｌ₀）の場合
に、ステップ１１４における判断が否定されるのは、Ｌ
＝Ｌ₁＝Ｌ₂＝Ｌ₀の場合であり、ΔＬ＝０であるから露
光量制御目標値の変更は明らかに不要である。

【０１３２】ステップ１１８では、光学特性情報に含ま
れる波長ずれΔλ（絶対値）が、予め設定した第５の設
定値Δλ₁（≧Δλ₀＝０）より大きいか否かを判断し、
この判断が肯定された場合には、ステップ１２０に進ん
で、次式（１６）に基づいて、露光量制御目標値Ｅを算
出し、メモリ内の一次記憶領域に記憶した後、ステップ
１２２に移行する。なお、Δλ₀は、レーザ光ＬＢの中
心波長の目標波長に対するずれ量（波長ずれ）の初期値
である。

【０１３３】Ｅ＝Ｅ₀・（１−γ・Δλ） ……（１６）

【０１３４】この式（１６）は、前述の式（７）と同様
にして定められる。従って、正の係数γは、実験によっ
て求められる。なお、この場合も、Ｅ−Ｅ₀がΔλと比
例関係にあるが、その比例係数がＥ₀に依存する。

【０１３５】この場合において、Ｅ−Ｅ₀がΔλと比例
関係にあり、かつその比例係数がＥ₀に依存しない場合
には、ステップ１２０において上式（１６）に代えて次
式（１７）を用いることとしても良い。ここで、γ₂は
正の係数である。

【０１３６】Ｅ＝Ｅ₀−γ₂・Δλ ……（１７）

【０１３７】Ｅ−Ｅ₀がΔλと比例関係にない場合に
は、次式（１８）で示されるようなΔλの関数ｆ₃（Δ
λ）を実験により求めることとしても良い。

【０１３８】Ｅ＝Ｅ₀−ｆ₃（Δλ） ……（１８）

【０１３９】ステップ１２２では、メモリ内の一次記憶
領域に記憶されているＥの値を用いて露光量制御目標値
Ｅを更新した後、ステップ１２４に移行する。

【０１４０】この一方、上記ステップ１１８における判
断が否定された場合には、露光量制御目標値の更新は不
要なので、直ちにステップ１２４に移行する。これは、
ステップ１１８における判断が否定されるのは、ω₂≦
ω≦ω₁、Ｌ₂≦Ｌ≦Ｌ₁及びΔλ≦Δλ₁の３つの条件を
同時に満足する場合だからである。

【０１４１】なお、Δλ＜初期値λ₀（＝０）という場
合は、考えられないので、波長ずれΔλは、上限値Δλ
₁のみが設定されている。

【０１４２】ステップ１２４では、例えば特開昭６１−
４４４２９号公報などに開示されているＥＧＡ（エンハ
ンスト・グローバル・アライメント）方式のウエハアラ
イメントを実行するとともに、そのウエハアライメント
結果及び露光量制御目標値に基づいて、以下のような手
順で、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の
複数のショット領域にレチクルＲのパターンを順次転写
する。

【０１４３】まず、ウエハアライメント結果に基づいて
レーザ干渉計５４Ｗの計測値をモニタしつつウエハＷの
ファーストショット（第１番目のショット領域）の露光
のための走査開始位置（加速開始位置）にウエハステー
ジ駆動部５６を介してＸＹステージ１４を移動する。

【０１４４】次いで、レチクルＲ（レチクルステージＲ
ＳＴ）とウエハＷ（ＸＹステージ１４）とのＹ軸方向の
走査を開始する。そして、両ステージＲＳＴ、１４がそ
れぞれの目標走査速度に達すると、パルス照明光ＩＬに
よってレチクルＲのパターン領域が照明され始め、走査
露光が開始される。

【０１４５】そして、レチクルＲのパターン領域の異な
る領域が紫外パルス光で逐次照明され、パターン領域全
面に対する照明が完了することにより、ウエハＷ上のフ
ァーストショットの走査露光が終了する。これにより、
レチクルＲの回路パターンが投影光学系ＰＬを介してフ
ァーストショットに縮小転写される。

【０１４６】上記の走査露光時に、光源ユニット１６か
ら像面（ウエハＷ表面）に照射される１パルス当たりの
エネルギ量、パルス繰り返し周波数、照明領域の走査方
向の幅（いわゆるスリット幅）、及び両ステージＲＳ
Ｔ、１４の走査速度の少なくとも一つを調整することに
より、像面における露光ドーズ量（積算エネルギ量、露
光量）を、露光量制御目標値Ｅに一致するように調整
（制御）する。

【０１４７】このようにして、ファーストショットの走
査露光が終了すると、ＸＹステージ１４をＸ、Ｙ軸方向
にステップ移動し、セカンドショット（第２番目のショ
ット領域）の露光のための走査開始位置（加速開始位
置）に移動する。

【０１４８】そして、セカンドショットに対して上記と
同様の走査露光を行う。

【０１４９】このようにして、ウエハＷ上のショット領
域の走査露光と次ショット領域露光のためのステッピン
グ動作とが繰り返し行われ、ウエハＷ上の全ての露光対
象ショット領域にレチクルＲの回路パターンが順次転写
される。

【０１５０】上記のようにしてウエハＷに対するステッ
プ・アンド・スキャン方式の露光が終了すると、ステッ
プ１２６に進み、予定枚数のウエハＷの露光が終了した
か否かを判断し、この判断が否定された場合には、ステ
ップ１０２に戻り、以後ステップ１０２〜１２６の処
理、判断を繰り返す。そして、予定枚数のウエハＷの露
光が終了すると、ステップ１２６における判断が肯定さ
れ、本ルーチンの一連の処理を終了する。

【０１５１】これまでの説明から明らかなように、本実
施形態では、光源ユニット１６内部のビームモニタ機構
１６ｃ、レーザコントローラ１６ｅによって、レーザ光
学特性計測装置が構成されている。また、主制御装置５
０によって露光量制御装置が構成されている。

【０１５２】以上説明したように、本実施形態に係る露
光装置１０によると、レーザ光学特性計測装置を構成す
るビームモニタ機構１６ｃによってレーザ共振器１６ａ
で発生したレーザビームＬＢが受光され、レーザ光学特
性計測装置を構成するレーザコントローラ１６ｅにより
その光学特性が計測され、該光学特性に関する情報（前
述のω、Δω、Ｌ、ΔＬ、λ、Δλなどを含む光学特性
情報）が出力される。そして、露光処理ルーチンにおい
て、主制御装置５０により図４のフローチャートに沿っ
た処理が実行され、その際に前述の光学特性に関する情
報に基づいてウエハＷ上に与えられるレーザ光の積算エ
ネルギ量（ウエハＷの露光量）が最適な解像性能が得ら
れるように制御される。このため、レーザビーム光の光
学特性が、短期的、一時的、あるいは長期的に変動して
もこれに影響を受けることなく、レチクルＲのパターン
を投影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に精度良く転写す
ることが可能となる。

【０１５３】また、上記実施形態では、レーザビームＬ
Ｂのスペクトル半値幅、コヒーレンス長、及び中心波長
（あるいは重心波長）の目標値からのずれ（波長ずれ）
のいずれか一つが、許容範囲外となる、あるいは所望の
値と異なった場合には、ウエハＷの露光量を最適化する
ことにより、レーザビームＬＢのスペクトル半値幅、コ
ヒーレンス長、及び波長ずれのいずれの要因にも影響を
受けることなく、常に最適な解像性能で露光を行うこと
ができる。

【０１５４】但し、本発明の露光装置を構成するレーザ
光学特性計測装置は、レーザ光のスペクトル半値幅、コ
ヒーレンス長、及び波長ずれのいずれか一つ、あるいは
いずれか２つのみを計測し、露光量制御装置（上記実施
形態では主制御装置５０）は、この計測されたレーザ光
の光学特性に基づいて露光量を制御することとしても良
い。かかる場合であっても、従来の露光装置に比べれ
ば、高精度な露光が可能である。

【０１５５】また、上記実施形態では、光源ユニット１
６内部のビームモニタ機構１６ｃ、レーザコントローラ
１６ｅによって、レーザ光学特性計測装置が構成され、
主制御装置５０によって露光量制御装置が構成された場
合について説明したが、本発明がこれに限定されないこ
とは勿論である。

【０１５６】すなわち、例えばビームモニタ機構１６ｃ
の出力を直接的に主制御装置５０に供給するようにして
も良く、この場合には、ビームモニタ機構１６ｃのみに
よってレーザ光学特性計測装置が構成される。この場
合、主制御装置５０に上記実施形態のレーザコントロー
ラ１６ｅと同様の光学特性に関する各種演算機能を持た
せれば良い。このとき、光源ユニット１６内部にレーザ
コントローラ１６ｅをそのまま残しても良いし、取り去
っても良い。後者の場合には、主制御装置５０にエネル
ギモニタ１６ｈの出力を供給するとともに、主制御装置
５０によりレーザ電源部１６ｄと駆動部１９との制御を
行うようにすれば良い。

【０１５７】また、上記実施形態では、レーザビームＬ
Ｂの中心波長（又は重心波長）λの目標波長に対する波
長ずれΔλの初期値が０であり、波長ずれΔλに上限値
（第５の設定値）Δλ₁のみを設定し、ΔλがΔλ₁より
大きくなった場合のみ主制御装置５０が露光量（基板上
に与えられるレーザビームの積算エネルギ量）を小さく
するものとしたが、例えば投影光学系ＰＬの色収差が非
常に小さい場合などには、波長ずれΔλに下限値（第６
の設定値）Δλ₂（≦Δλ₁）を設けても良い。この場
合、Δλ₂≦Δλ≦Δλ₁の範囲の中心値であるΔλ₀＝
（λ₁＋λ₂）／２のときに、最適な解像性能が得られる
露光量Ｅ₀に調整しておき、Δλ₂≦Δλ≦Δλ₁の範囲
からΔλが外れた場合のみ、波長ずれに起因するアンダ
ー露光又はオーバー露光を防止するために、露光量を制
御することとすれば良い。例えば、中心波長あるいは重
心波長λのずれ量Δλ（絶対値）が、Δλ₁より大きく
なった場合にはオーバー露光（及び空間像の光強度分布
におけるコントラスト低下）を防止するため、露光量を
小さくし、Δλ₁より小さくなった場合には、アンダー
露光を防止するため、露光量を大きくする。

【０１５８】この場合において、Δλ₁＝Δλ₂（＝Δλ
₀）としても良く、かかる場合には、ΔλがΔλ₀から変
化した場合には、必ず基板上に与えられるレーザ光の積
算エネルギ量が変更されることとなる。

【０１５９】また、上記実施形態では、レーザ光学特性
計測装置を構成するビームモニタ機構が、ファブリペロ
ー干渉分光計によって形成される場合について説明した
が、これに限らずグレーティング分光器などを用いてビ
ームモニタ機構を構成しても良い。

【０１６０】また、上記実施形態において、レーザ光学
特性計測装置（１６ｃ、１６ｅ）は、予め設定された測
定タイミングでレーザビームＬＢの光学特性を測定する
こととすることもできるが、これに限らず、例えば、レ
ーザ光学特性計測装置は、レーザビームＬＢを受光して
その光学特性を常時計測することとすることもできる。
後者の場合、レーザ光学特性計測装置は、光学特性に関
する情報を常時出力することとすることもできるし、レ
ーザビームＬＢの光学特性の基準値からの変動量が所定
値に達したときにのみ、光学特性に関する情報を露光量
制御装置（上記実施形態の主制御装置５０に相当）に出
力することとすることもできる。

【０１６１】また、上記実施形態では、主制御装置５０
は、ウエハ上に与えられるレーザビームの積算エネルギ
量を制御するため、レーザ光学特性計測装置（１６ｃ、
１６ｅ）から出力される光学特性情報を予め定められた
間隔、具体的にはウエハ交換の度毎に取り込むものとし
たが、これに限らず、所定枚数、例えば１ロットのウエ
ハの露光の終了毎に光学特性情報を取り込むこととして
も良い。また、主制御装置５０などの露光量制御装置
は、レーザ光学特性計測装置から出力される情報を常時
取り込んで光学特性の変動をモニタし、そのモニタ結果
に応じて前記積算エネルギ量の制御を行うこととしても
良い。この場合には、露光中にレーザビームの光学特性
の変動に応じて常に最適な解像性能が得られるような露
光量のリアルタイム制御が可能となる。

【０１６２】また、上記実施形態の露光装置において、
スペクトル線幅の変化量をパラメータとする露光量の補
正関数である前述の関数ｆ₁（Δω）、コヒーレンス長
の変化量をパラメータとする露光量の補正関数である前
述の関数ｆ₂（ΔＬ）、及び中心波長あるいは重心波長
のずれ量をパラメータとする露光量の補正関数である前
述の関数ｆ₃（Δλ）などは、レジストの種類や形成す
るパターン毎に、あるいは照明条件毎に、予め設定して
おくようにしても良い。

【０１６３】ところで、上記実施形態では、露光量の調
整（変化）として、露光フィールド（前述の露光領域）
内で、そのフィールド内の場所によらず露光量を均一に
増減する調整、すなわち、図１４（Ａ）にイメージ的に
示されるように、ある露光量Ａに対し露光量を大きくす
る場合にはフィールド内（露光領域内）で均一にαだけ
露光量を増加させ（図１４（Ａ）中の露光量Ａ→露光量
Ａ＋α）、逆に露光量を小さくする場合には、フィール
ド内（露光領域内）で均一にαだけ露光量を低減させる
（図１４（Ａ）中の露光量Ａ→露光量Ａ−α）ような調
整方法について説明した。しかしながら本発明における
露光量の調整方法は、図１４（Ａ）のようなフィールド
内で均一に露光量を増減するもののみに限られるもので
はない。例えば、上記実施形態において、ウエハＷ上の
露光フィールド内で露光量の分布を持たせるような露光
量の補正を行っても良い。これは、露光装置の投影光学
系が持つ収差（主として色収差）の影響は、露光フィー
ルド（露光領域）の周辺ほど大きい（投影光学系の周辺
を通る光束ほど収差の影響を受ける）ことに対応する露
光量の調整手法である。図１４（Ｂ）にイメージ的に示
されるように、上記実施形態において露光量を大きくす
る必要がある場合は、ショット領域の中央からの距離に
応じて露光量の補正量を大きくし（図１４（Ｂ）中の
「不均一オーバー補正」参照）、逆に、露光量を小さく
する必要がある場合は、ショット領域の中央からの距離
に応じて露光量の補正量を小さくすれば良い（図１４
（Ｂ）中の「不均一アンダー補正」参照）。

【０１６４】このようなフィールド内（露光領域内）不
均一露光量調整を行う場合には、照明系１２に新たに光
学的なフィルタを追加装着するか、リレーレンズ２８
Ａ、あるいはリレーレンズ２８Ｂの光学特性（光学的な
ボケ）を用いて、レチクルＲ上の照明光量をレチクルＲ
の中心から周辺に行くに従って調整できるような機構を
設けておけば良い。

【０１６５】なお、上述の光学的フィルタとしては、例
えば露光フィールド内の位置に応じて透過率が変化する
ようなフィルタが考えられる。一例として露光フィール
ド内の中央ほど透過率が高く、フィールド内周辺に向か
うほど透過率が低くなるフィルタ（不均一アンダー補正
用のフィルタ）や、逆に、露光フィールド内の周辺ほど
透過率が高く、フィールド内中央に向かうほど透過率が
低くなるフィルタ（不均一オーバー補正用のフィルタ）
等が考えられる。なお、上述した不均一補正を行う場合
には、予め露光装置内のメモリに記憶されている投影光
学系の収差情報（あるいは測定された投影光学系の収差
情報）に基づいて露光量の不均一な制御量（不均一の分
布やその度合い等）を決定する（例えば、種々の不均一
透過率特性をもつ複数のフィルタから収差に応じたフィ
ルタを選択する）ようにすれば良い。

【０１６６】上記実施形態では、レーザビームの光学特
性情報（スペクトル特性、コヒーレンス特性、波長特性
等）を、露光量制御に利用する場合について説明した。
しかしながら、このレーザ光の光学特性情報は、これ以
外にも有効に活用することができる。例えば、被検光学
系（例えば投影光学系）の種々の光学特性（球面収差、
コマ収差、非点収差等の種々の収差情報やフォーカス情
報などを含む）を測定する際に、このレーザ光の光学特
性情報を用いるようにしても良い。

【０１６７】その場合の利用形態としては、被検光学系
の光学特性の測定結果に対して、レーザ光の光学特性情
報に基づく補正を加えることが考えられる。この場合に
は、レーザ光の光学特性の変動影響分を考慮（軽減）し
た、より正確な被検光学系の光学特性情報を求める（算
出する）ことが可能となる。

【０１６８】この補正としては、例えば、レーザ光の光
学特性の変動と、被検光学系の光学特性情報の変動との
関係（関係式やテーブルなど）を、予めシミュレーショ
ンや実験などで求めておき、その求めておいた関係に基
づいて、被検光学系の光学特性の測定結果からレーザ光
の光学特性の変動の影響分を軽減した（ほぼ除いた）純
粋な被検光学系の光学特性情報を求める手法が考えられ
る。

【０１６９】この手法をより具体的に説明すれば、例え
ば投影光学系の測定対象となる光学特性としてフォーカ
ス情報を考えた場合に、予めシミュレーションや実験な
どで、殆ど収差の無い光学系を介して、レーザ光の光学
特性を徐々に変化させた場合のフォーカス情報の変化を
求めておく。これによりレーザ光学特性変動とフォーカ
ス情報変動との関係を求めておく。そして、実際に投影
光学系のフォーカス情報を測定する際に、レーザ光学特
性変動が生じた場合には、その際のフォーカス測定結果
に対して、上述の求められた関係に基づく補正値（レー
ザ光学特性変動量に相当（対応）するフォーカス変動
量）を差し引く補正演算を行う。

【０１７０】このようにして、測定（モニタ）されたレ
ーザ光の光学特性情報（スペクトル特性等）を、被検光
学系の種々の光学特性を測定する際に考慮するようにす
れば、被検光学系の光学特性の測定を、より正確に行う
ことが可能となる。

【０１７１】そして露光装置側では、このようにして測
定（補正演算）された投影光学系の光学特性情報に基づ
いて、例えば投影光学系を構成する一部の光学素子を駆
動したり、光学素子間の気圧を制御したり、或いはレー
ザ光の波長そのものをシフトしたりすることにより、投
影光学系の光学特性を調整し、調整された投影光学系を
介して投影露光を行うので、高精度なパターン形成が可
能となる。

【０１７２】なお、上記実施形態では、本発明がステッ
プ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置に適用され
た場合について説明したが、これに限らず、本発明は、
ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（いわゆる
ステッパ）あるいはステップ・アンド・スティッチ方式
の露光装置にも好適に適用することができる。ステッパ
などに本発明を適用する場合、レーザ装置から出力され
るパルス毎のエネルギ値を一定としウエハ上の１点に照
射されるレーザパルス数を調整する方法、照射パルス数
を固定値としてパルス毎のエネルギ値を変える方法、あ
るいはこれらを組み合わせて制御する方法のいずれかを
採用して、ウエハに対する露光量を制御することとすれ
ば良い。

【０１７３】また、露光装置の用途としては半導体製造
用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガ
ラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用
の露光装置や、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン及びＤ
ＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用
できる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけ
でなく、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、
及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又はマス
クを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハな
どに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用
できる。

【０１７４】また、上記実施形態において、レーザ光と
して、例えばＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザ
から発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光
を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウ
ムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、
非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を
用いても良い。

【０１７５】例えば、単一波長レーザの発振波長を１．
５１〜１．５９μｍの範囲内とすると、発生波長が１８
９〜１９９ｎｍの範囲内である８倍高調波、又は発生波
長が１５１〜１５９ｎｍの範囲内である１０倍高調波が
出力される。特に発振波長を１．５４４〜１．５５３μ
ｍの範囲内とすると、発生波長が１９３〜１９４ｎｍの
範囲内の８倍高調波、即ちＡｒＦエキシマレーザとほぼ
同一波長となる紫外光が得られ、発振波長を１．５７〜
１．５８μｍの範囲内とすると、発生波長が１５７〜１
５８ｎｍの範囲内の１０倍高調波、即ちＦ₂レーザとほ
ぼ同一波長となる紫外光が得られる。

【０１７６】また、発振波長を１．０３〜１．１２μｍ
の範囲内とすると、発生波長が１４７〜１６０ｎｍの範
囲内である７倍高調波が出力され、特に発振波長を１．
０９９〜１．１０６μｍの範囲内とすると、発生波長が
１５７〜１５８ｎｍの範囲内の７倍高調波、即ちＦ₂レ
ーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。なお、単
一波長発振レーザとしてはイッテルビウム・ドープ・フ
ァイバーレーザを用いる。

【０１７７】また、レーザ光源としては、波長１４６ｎ
ｍのＫｒ₂レーザ（クリプトン・ダイマーレーザ）、波
長１２６ｎｍのＡｒ₂レーザ（アルゴン・ダイマーレー
ザ）などの真空紫外光を発生する光源を使用しても良
い。

【０１７８】また、投影光学系の倍率は縮小系のみなら
ず等倍および拡大系のいずれでも良い。

【０１７９】《デバイス製造方法》次に、上記で説明し
た露光装置１０及びその露光方法を使用したデバイスの
製造方法の実施形態を説明する。

【０１８０】図６には、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半
導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マ
イクロマシン等）の製造例のフローチャートが示されて
いる。図６に示されるように、まず、ステップ３０１
（設計ステップ）において、デバイスの機能・性能設計
（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その
機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、
ステップ３０２（マスク製作ステップ）において、設計
した回路パターンを形成したマスクを製作する。一方、
ステップ３０３（ウエハ製造ステップ）において、シリ
コン等の材料を用いてウエハを製造する。

【０１８１】次に、ステップ３０４（ウエハ処理ステッ
プ）において、ステップ３０１〜ステップ３０３で用意
したマスクとウエハを使用して、後述するように、リソ
グラフィ技術によってウエハ上に実際の回路等を形成す
る。次いで、ステップ３０５（デバイス組立ステップ）
において、ステップ３０４で処理されたウエハを用いて
デバイス組立を行う。このステップ３０５には、ダイシ
ング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程
（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。

【０１８２】最後に、ステップ３０６（検査ステップ）
において、ステップ３０５で作製されたデバイスの動作
確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工
程を経た後にデバイスが完成し、これが出荷される。

【０１８３】図７には、半導体デバイスの場合におけ
る、上記ステップ３０４の詳細なフロー例が示されてい
る。図７において、ステップ３１１（酸化ステップ）に
おいてはウエハの表面を酸化させる。ステップ３１２
（ＣＶＤステップ）においてはウエハ表面に絶縁膜を形
成する。ステップ３１３（電極形成ステップ）において
はウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップ３
１４（イオン打込みステップ）においてはウエハにイオ
ンを打ち込む。以上のステップ３１１〜ステップ３１４
それぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成し
ており、各段階において必要な処理に応じて選択されて
実行される。

【０１８４】ウエハプロセスの各段階において、上述の
前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程
が実行される。この後処理工程では、まず、ステップ３
１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハに感光
剤を塗布する。引き続き、ステップ３１６（露光ステッ
プ）において、上記各実施形態の露光装置及び露光方法
によってマスクの回路パターンをウエハに転写する。次
に、ステップ３１７（現像ステップ）においては露光さ
れたウエハを現像し、ステップ３１８（エッチングステ
ップ）において、レジストが残存している部分以外の部
分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ス
テップ３１９（レジスト除去ステップ）において、エッ
チングが済んで不要となったレジストを取り除く。

【０１８５】これらの前処理工程と後処理工程とを繰り
返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターン
が形成される。

【０１８６】以上のような、本実施形態のデバイス製造
方法を用いれば、露光ステップで、上記実施形態の露光
装置及び露光方法が用いられるので、レーザビームＬＢ
の光学特性（スペクトル線幅、コヒーレンス特性、中心
あるいは重心波長のスペクトル特性など）が変動しても
これに影響を受けることなく、最適な解像性能が得られ
る露光量で露光が行われるので、ウエハ上の各ショット
領域にパターンを精度良く形成することができ、これに
よりマイクロデバイスの歩留まりが向上し、結果的にそ
の生産性を向上させることができる。

【０１８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露光装置
及び露光方法によれば、レーザ光の光学特性が変動して
もこれに影響を受けることなく、基板上にマスクのパタ
ーンを精度良く転写することができるという効果があ
る。

【０１８８】また、本発明のデバイス製造方法によれ
ば、マイクロデバイスの生産性の向上を図ることができ
るという効果がある。

【０１８９】また、本発明の測定方法及び測定装置によ
れば、レーザビームの光学特性が変動してもこれに影響
を受けることなく、被検光学系の光学特性を精度良く計
測することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示
す図である。

【図２】図２（Ａ）は、図１の光源ユニットの内部構成
の一例を概略的に示すブロック図、図２（Ｂ）は、ファ
ブリペロー干渉計を含むビームモニタ機構の構成の一例
を概略的に示す図、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）のテレメ
ータレンズの焦点面に形成された干渉縞を示す図であ
る。

【図３】図２（Ｃ）の干渉縞に対応する光強度分布を一
部省略して示す線図である。

【図４】所定枚数のウエハの露光を行う際の主制御装置
５０内のＣＰＵの処理アルゴリズムを概略的に示すフロ
ーチャートである。

【図５】図１の露光装置における露光量制御の原理を説
明するための線図である。

【図６】本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説
明するためのフローチャートである。

【図７】図６のステップ３０４における処理の一例を示
すフローチャートである。

【図８】超狭帯域化レーザのレーザ光のスペクトル分布
の一例を示す線図である。

【図９】レーザ光のスペクトル特性（ＦＷＨＭ）の変化
の一例を示す線図である。

【図１０】ウエハ上に形成されたレジスト像の一例を示
す図である。

【図１１】図１０のレジスト像を形成する際に適正な照
度Dose１で像面に形成される空間像に対応する光強度分
布を示す線図である。

【図１２】レジストの特性を示す線図である。

【図１３】図１１の場合よりレーザ光のスペクトル線幅
が太くなり、同一照度Dose１で像面に形成される空間像
に対応する光強度分布を示す線図である。

【図１４】図１４（Ａ）は露光領域（露光フィールド）
内で均一に露光量補正（積算エネルギ量補正）を行った
場合のイメージ図であり、図１４（Ｂ）はその補正を不
均一に行った場合のイメージ図である。

【符号の説明】

１０…露光装置、１６ａ…レーザ共振器（レーザ装
置）、１６ｃ…ビームモニタ機構（ファブリペロー干渉
分光計、レーザ光学特性計測装置の一部）、１６ｅ…レ
ーザコントローラ（レーザ光学特性計測装置の一部）、
５０…主制御装置（露光量制御装置）、ＬＢ…レーザビ
ーム（レーザ光）、Ｒ…レチクル（マスク）、ＰＬ…投
影光学系、Ｗ…ウエハ（基板）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レーザビームをマスクに照射して、前記
マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基板
上に転写する露光装置であって、前記レーザビームを発生するレーザ装置と；前記レーザ
ビームを受光してその光学特性を計測し、該光学特性に
関する情報を出力するレーザ光学特性計測装置と；前記
情報に基づいて、前記基板上に与えられる前記レーザビ
ームの積算エネルギ量を制御する露光量制御装置と；を
備える露光装置。
【請求項２】前記露光量制御装置は、前記情報が、前
記レーザビームのスペクトル線幅が第１の設定値より広
いことを示す場合には、前記積算エネルギ量を小さくす
ることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】前記露光量制御装置は、前記情報が、前
記レーザビームのスペクトル線幅が前記第１の設定値以
下の第２の設定値より狭いことを示す場合には前記積算
エネルギ量を大きくすることを特徴とする請求項２に記
載の露光装置。
【請求項４】前記露光量制御装置は、前記情報が、前
記レーザビームのコヒーレンス長が第３の設定値より短
いことを示す場合には前記積算エネルギ量を小さくする
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の
露光装置。
【請求項５】前記露光量制御装置は、前記情報が、前
記レーザビームのコヒーレンス長が前記第３の設定値以
下の第４の設定値より長いことを示す場合には前記積算
エネルギ量を大きくすることを特徴とする請求項４に記
載の露光装置。
【請求項６】前記露光量制御装置は、前記情報が、前
記レーザビームの中心波長あるいは重心波長の目標波長
に対するずれ量が第５の設定値より大きいことを示す場
合には、前記積算エネルギ量を小さくすることを特徴と
する請求項１〜５のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項７】前記露光量制御装置は、前記情報が、前
記レーザビームの中心波長あるいは重心波長の目標波長
に対するずれ量が前記第５の設定値以下の第６の設定値
より小さいことを示す場合には、前記積算エネルギ量を
大きくすることを特徴とする請求項６に記載の露光装
置。
【請求項８】前記レーザ光学特性計測装置は、ファブ
リペロー干渉分光計及びグレーティング分光器の少なく
とも一方を用いて前記レーザ装置から出力されるレーザ
ビームの光学特性を検知するビームモニタ機構を有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の
露光装置。
【請求項９】前記レーザ光学特性計測装置は、前記レ
ーザビームを受光してその光学特性を常時計測し、該光
学特性に関する情報を常時出力することを特徴とする請
求項１〜８のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１０】前記レーザ光学特性計測装置は、前記
レーザビームを受光してその光学特性を常時計測し、そ
の光学特性の基準値からの変動量が所定値に達したとき
に、前記光学特性に関する情報を前記露光量制御装置に
出力することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項
に記載の露光装置。
【請求項１１】前記露光量制御装置は、前記レーザ光
学特性計測装置から出力される前記情報に基づいて、前
記光学特性の変動をモニタし、そのモニタ結果に応じて
前記積算エネルギ量の制御を行うことを特徴とする請求
項９に記載の露光装置。
【請求項１２】前記露光量制御装置は、前記積算エネ
ルギ量を制御するため、前記レーザ光学特性計測装置か
ら出力される前記情報を予め定められた間隔で取り込む
ことを特徴とする請求項９に記載の露光装置。
【請求項１３】前記露光量制御装置は、前記積算エネ
ルギ量を、露光フィールド内において不均一に制御する
ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載
の露光装置。
【請求項１４】前記露光量制御装置は、前記投影光学
系の収差に関する情報に基づいて、前記積算エネルギ量
不均一の分布又は度合いを制御することを特徴とする請
求項１３に記載の露光装置。
【請求項１５】リソグラフィ工程を含むデバイス製造
方法であって、前記リソグラフィ工程では、請求項１〜１４のいずれか
一項に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴と
するデバイス製造方法。
【請求項１６】レーザビームをマスクに照射して、前
記マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して基
板上に転写する露光方法であって、前記レーザビームを発生する工程と；前記レーザビーム
を受光してその光学特性を計測し、該光学特性に関する
情報を出力する工程と；前記情報に基づいて、前記基板
上に与えられる前記レーザビームの積算エネルギ量を制
御しつつ、前記パターンの転写を行う工程と；を含む露
光方法。
【請求項１７】前記情報が、前記レーザビームのスペ
クトル線幅、及び中心波長あるいは重心波長の目標波長
に対するずれ量の少なくとも１つが、それぞれの設定値
より大きいことを示す場合には、前記積算エネルギ量を
小さくすることを特徴とする請求項１６に記載の露光方
法。
【請求項１８】前記情報が、前記レーザビームのコヒ
ーレンス長がその設定値より短いことを示す場合には、
前記積算エネルギ量を小さくすることを特徴とする請求
項１６に記載の露光方法。
【請求項１９】被検光学系にレーザビームを照射し
て、前記被検光学系の光学特性を測定する測定方法であ
って、前記レーザビームを受光してその光学特性を計測し、該
光学特性に関する情報を出力する第１工程と；前記情報
に基づいて、前記被検光学系の光学特性の測定結果を補
正する第２工程と；を含む測定方法。
【請求項２０】前記第１工程で計測される前記レーザ
ビームの光学特性は、前記レーザビームのスペクトル特
性、コヒーレンス特性、波長特性のうちの少なくとも１
つを含むことを特徴とする請求項１９に記載の測定方
法。
【請求項２１】被検光学系に照射されたレーザビーム
を受光して、前記被検光学系の光学特性を測定する測定
装置であって、前記レーザビームの光学特性に関する情
報に基づいて、前記被検光学系の光学特性の測定結果を
補正する演算手段を備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２２】前記レーザビームの光学特性は、前記
レーザビームのスペクトル特性、コヒーレンス特性、波
長特性のうちの少なくとも１つを含むことを特徴とする
請求項２１に記載の測定装置。