JP5104305B2 - 露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくは、レーザ装置を露光光源として備える露光装置、該露光装置で行われる露光方法及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
近年、ステッパやスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる）などの逐次移動型露光装置では、光源として放電励起型のスペクトル狭帯域化パルス発振エキシマレーザが用いられている。このエキシマレーザから発振されたパルスビームが、露光装置本体の照明光学系を通り、ウエハステージ上に載置されたウエハ表面に塗布された感光剤に照射され、感光剤が感光され、ウエハが露光される。
レーザ光のスペクトル幅については露光装置の光学系設計、特に色収差許容量から狭帯域化が要求される。この狭帯域化品位について、従来、スペクトル幅に特定の上限値を設けることが一般的に行われ、露光装置の光源に用いられるレーザとしては、種々の要因による変動を含めて上記の特定の上限値以下にスペクトル幅を維持することが求められていた。所望されるスペクトル幅への狭帯域化は、グレーティング、エタロン（Fabry-Perot etalon）などの光学素子により達成される。
また、従来は、レーザ光のスペクトル幅の変動量に対する、露光装置結像性能のセンシティビティも無視できるレベルであった。
逐次移動型露光装置は、半導体素子などの高集積化に対応した結像対象のパターンの更なる微細化に伴い、投影光学系（投影レンズ）の開口数の増大化（高ＮＡ化）が進み、その結果レーザスペクトルの狭帯域化も極限まで進行しているのが現状である。また、今日では、結像対象（解像対象）のパターンの微細化の進行に伴うデバイスルールの徹細化により、スペクトル変動に対する結像のセンシティビティも無視できないレベルになってきている。
特に、レーザ光のスペクトル幅変動が孤立線線幅に与える影響が無視できなくなりつつある。
また、近年、光近接効果（ＯＰＥ；Optical Proximity Effect）を事前に予想し、レチクル・パターンを補正することで、ウエハ上での所望のパターンを得る光近接効果補正（ＯＰＣ；Optical Proximity Correction）と呼ばれるマスク補正（レチクル・パターンの補正）が積極的に実行されている。このＯＰＣ後の線幅誤差の要因として、レーザ光源から発振されるレーザ光のスペクトル特性を変動させる種々の要因も、無視できない要因になりつつある。レーザ光のスペクトル特性を変動させる要因としては、狭帯域化素子の製造誤差、ゲインジェネレータのエネルギ状態、共振器の発光角度特性及び発振条件（ディユーティ）などが、代表的に挙げられる。
従って、露光装置の光源として用いるレーザ装置では、レーザ光のスペクトル幅についてこれまで以上に管理又は制御をする必要があり、同時にスペクトルのモニタについては従来よりも計測精度を向上し、且つモニタの較正誤差も最小限に抑える必要がある。
また、半導体素子の製造に際しては、複数台の露光装置が用いられるので、同一製造ライン内の号機間では光源から発振されるレーザ光のスペクトル特性に極力誤差がないことが望ましい。
本発明は、第１の観点からすると、エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、前記エネルギビームとしてレーザ光を射出するレーザ装置と；物体上に形成されるパターンのサイズ誤差と前記レーザ装置から射出されるレーザ光のスペクトル特性との関係を示すパターンサイズ誤差−スペクトル特性情報が記憶された記憶装置と；前記パターンサイズ誤差−スペクトル特性情報と、使用するパターンに関する情報とに基づいて、前記レーザ光のスペクトル幅を制御するスペクトル制御装置と；を備え、前記使用するパターンに関する情報は、マスクに関するピーク・バイアス情報を含む露光装置である。
これによれば、スペクトル制御装置により、物体上に形成されるパターンのサイズ誤差とレーザ装置から射出されるレーザ光のスペクトル特性との関係を示すパターンサイズ誤差−スペクトル特性情報と、使用するパターンに関する情報とに基づいて、サイズ誤差が抑制されるようなレーザ光のスペクトル幅制御が実行される。
本発明は、第２の観点からすると、レーザ光源から射出されるレーザ光により物体を露光し、該物体上にパターンを形成する露光方法であって、使用するパターンに関する情報を入力する工程と；前記入力された情報と、前記物体上に形成されるパターンのサイズ誤差と前記レーザ光源から射出されるレーザ光のスペクトル特性との関係を示すパターンサイズ誤差−スペクトル特性情報とに基づいて、前記レーザ光のスペクトル幅を制御する工程と；を含み、前記使用するパターンに関する情報は、マスクに関するピーク・バイアス情報を含む第１の露光方法である。
これによれば、使用するパターンに関する情報を入力し、その入力された情報と、物体上に形成されるパターンのサイズ誤差とレーザ光源から射出されるレーザ光のスペクトル特性との関係を示すパターンサイズ誤差−スペクトル特性情報とに基づいて、レーザ光のスペクトル幅を制御する。従って、サイズ誤差が抑制されるようなレーザ光のスペクトル幅制御が行われ、この状態で露光が行われることで、物体上にはパターンがサイズ誤差なく形成される。
本発明は、第３の観点からすると、レーザ光源から射出されるレーザ光により物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、レーザ光源から射出されるレーザ光の積算露光量の情報を取得する工程と；取得した積算露光量の情報に基づいて、スペクトル幅補正値を決定する工程と；を含む第２の露光方法である。
これによれば、レーザ光源から射出されるレーザ光の積算露光量の情報を取得し、その取得した積算露光量の情報に基づいて、スペクトル幅補正値を決定する。この場合、例えばパターンのサイズ誤差が生じないようにレーザ光のスペクトル幅補正値を決定することができる。従って、この算出したスペクトル幅にレーザ光源から出力されるレーザ光のスペクトル幅を調整して物体の露光を行うことで、その物体上にはパターンがサイズ誤差なく形成されるようになる。
また、リソグラフィ工程において、本発明の第１、第２の露光方法のいずれかを用いて感応物体の露光を行うことで、該感応物体上にデバイスパターンを精度良く形成することが可能になる。従って、本発明は、第４の観点からすると、本発明の第１、第２の露光方法のいずれかを用いるデバイス製造方法であるとも言える。
第１の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（Ａ）は、ピーク・バイアスについて説明するための図あって、レチクル上に形成された同一線幅で間隔が異なるｎ本のラインパターンの一例を示す図、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のパターンをウエハ上に転写した結果得られたレジスト像を示す図である。 スペクトル幅（例えば、ＦＷＨＭ）とピーク・バイアスとの関係を示す関数曲線の一例を示す図である。 ある露光条件についてのスペクトル幅（例えば、ＦＷＨＭ）とピーク・バイアスとの関係を示す関数曲線Ｃ１と、レチクルＲ１〜Ｒ３に関するピーク・バイアス情報とを示す図である。 マスクバイアス関数ｆm（Ｐ）と対スペクトルＢＩＡＳ関数ｆj（Ｐ）（ｊ＝１，２，…，ｎ）とを示す図である。 Ｄｏｓｅ−ＣＤ曲線及びスペクトル幅−ＣＤ曲線を示す図である。 ウエハ上にマトリックス状の配列で形成されたレジスト像を模式的に示す図である。 第２の実施形態に係るシステムの構成の一例を示す図である。
≪第１の実施形態≫
以下、本発明の第１の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１には、第１の実施形態に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。この露光装置１０は、露光用光源にレーザ装置を用いたステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である。
この露光装置１０は、レーザ装置１６及び照明光学系１２を含む照明系、この照明系により照明されるレチクルＲを保持して所定の走査方向（ここでは図１の紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲのパターンの像をウエハ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。
前記レーザ装置１６としては、一例として、ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８．３８５ｎｍ）が用いられているものとする。なお、レーザ装置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。
レーザ装置１６は、図１に示されるように、レーザ共振器１６ａ、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、基準光源１６ｈ、前記ビームモニタ機構１６ｃからの出力信号が入力されるレーザ制御装置１６ｅ、及び該レーザ制御装置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１に示されるように、レーザ装置１６の前記構成各部（１６ａ〜１６ｅ、１６ｇ、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の光透過部及び不図示の送光光学系を介して照明光学系１２に入射する。
なお、レーザ制御装置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。
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）６４、該エキシマレーザチューブ６４の後側（図１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）６６、エキシマレーザチューブ６４の前側（図１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）６８、並びにエキシマレーザチューブ６４とフロントミラー６８との間に配置された狭帯域化モジュール７０等を含む。
この場合、リアミラー６６とフロントミラー６８とによって、共振器が構成され、コヒーレンシを少し高めるようにされている。
狭帯域化モジュール７０は、一例としてエキシマレーザチューブ６４とフロントミラー６８との間のレーザビームＬＢの光路上に順次配置される固定のファブリ・ぺロー・エタロン（Fabry-Perot etalon）と可変傾角のファブリ・ペロー・エタロンとを含む。
ファブリ・ペロー・エタロン（以下、「エタロン」と略述する）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。固定のエタロンは粗調用で、可変傾角のエタロンは微調用である。これらのエタロンは、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１／１００〜１／３００程度に狭めて出力する。また、可変傾角のエタロン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。
この他、例えば上記の粗調用のエタロンを取り去り、リアミラー６６の代りに波長選択素子の一種である反射型の回折格子（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６８とによって共振器が構成される。また、グレーティングと微調用のエタロン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、エタロンは微調に用いられる。エタロン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。
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。
前記エキシマレーザチューブ６４内には、所定の混合比のレーザガス（これは媒体ガスであるクリプトンＫｒ、フッ素Ｆ2及びバッファガスであるヘリウムＨｅから成る）が充填されている。このエキシマレーザチューブ６４には、不図示の排気バルブを介して例えばフレキシブルなチューブから成る排気管が接続されている。この排気管には、フッ素を卜ラップする除害用フィルタや排気用ポンプなどが設けられている。これは、フッ素の毒性を考慮し、除外用フィルタにより排気ガスを無害化した後排気用ポンプにより装置の外部ヘ排出することにしたものである。
また、エキシマレーザチューブ６４には、不図示の給気バルブを介してフレキシブルなガス供給管の一端が接続され、このガス供給管の他端はＡｒ、Ｆ2、Ｈｅなどのガスボンベ（図示省略）に接続されている。
上記各バルブは、主制御装置５０によって開閉制御される。主制御装置５０は、例えばガス交換の際等に、エキシマレーザチューブ６４内のレーザガスが所定の混合比及び圧力になるように調整する。また、エキシマレーザチューブ６４内部では、レーザの発振時には、不図示のファンによって常時レーザガスが循環される。
ところで、前記エキシマレーザチューブ６４は、放電部であるため、その温度は非常に高温になる。このため、本実施形態では、このエキシマレーザチューブ６４は、十分に熱的に周囲と隔離した上で、水などの冷媒で一定温度に温度制御が行われる。すなわち、このエキシマレーザチューブ６４の周囲には不図示の冷却水配管が張り巡らされており、この冷却水配管もまた不図示のフレキシブルチューブにて外部と接続されている。この冷却水配管内には外部の冷却装置から水あるいはその他の冷媒が循環供給されており、その冷媒の温度が冷却装置の制御系によって制御されている。
前記ハーフミラー１６ｇは、基準光源１６ｈからの光の光路上に位置している。さらに、ビームスプリッタ１６ｂとハーフミラー１６ｇとの間の光路上には、図１における紙面内左右方向（Ｙ軸方向）に移動して該光路を開閉する第１シャッタ２１が設けられ、また、基準光源１６ｈとハーフミラー１６ｇとの間の光路上には、図１における紙面直交方向（Ｘ軸方向）に移動して該光路を開閉する第２シャッタ２３が設けられている。
従って、ビームモニタ機構１６ｃには、ビームスプリッタ１６ｂで反射されたレーザビームＬＢ及び基準光源１６ｈからの光が入射可能な構成となっている。この場合、第１シャッタ２１及び第２シャッタ２３の開閉が主制御装置５０によって不図示のシャッタ駆動機構を介して制御され、レーザビームＬＢ及び基準光源１６ｈからの光がハーフミラー１６ｇを介して択一的にビームモニタ機構１６ｃに入射する。主制御装置５０は、通常は、図１に示されるように第１シャッタ２１を開状態にし、第２シャッタ２３を閉状態にしているが、後述するビームモニタ機構１６ｃ内のビームモニタの絶対波長キャリブレーションの際等には、第１シャッタ２１を閉状態にし、第２シャッタ２３を開状態にする。
前記ビームモニタ機構１６ｃは、不図示ではあるが、エネルギモニタとビームモニタ（スペクトルモニタ）とを含む。エネルギモニタは、例えばハーフミラー１６ｇの透過光路上に配置された不図示のハーフミラーの反射光路上に配置されている。このエネルギモニタとしては、例えば遠紫外域のパルス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。このエネルギモニタからの光電変換信号（光量信号）はレーザ制御装置１６ｅに出力される。
ビームモニタとしては、例えばハーフミラー１６ｇの透過光路上に順次配置された集光レンズ、コリメータレンズ、エタロン、テレメータレンズ及びラインセンサ等を含むファブリペロー干渉計が用いられている。この場合、エタロンとしては、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）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を透過して強め合い、これにより、テレメータレンズの焦点面に干渉縞（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の焦点面に配置されたラインセンサによって検出される。
２・ｎ・ｄ・ｃｏｓθ＝ｍλ ……（１）
ここで、ｄはエアーギャップであり、ｎはエアーギャップの屈折率、ｍは次数である。
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。
テレメータレンズの焦点面に配置されたラインセンサで検出される光強度の分布は、テレメータレンズの焦点面におけるラインセンサ長手方向に関して所定間隔で干渉縞に対応する山が現れる。各光強度分布の山の高さ１／２に相当する部分の幅がレーザビームＬＢのスペクトル線幅（半値全幅（ＦＷＨＭ））に対応する。また、各光強度分布の山のピークに対応するラインセンサ長手方向の位置は、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、ビームモニタ機構１６ｃ内部のビームモニタからこのフリンジパターンの撮像信号がレーザ制御装置１６ｅに出力される。
前記レーザ電源部１６ｄは、高圧電源と、この高圧電源を用いてエキシマレーザチューブ６４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）等を含む。
前記レーザ制御装置１６ｅは、前述のフリンジパターンの撮像信号及びエネルギモニタの出力信号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む。レーザ制御装置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１６ｃ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）などの情報を得る。
レーザ制御装置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（２）に基づいて演算する。
Δλ＝｜λ0−λ｜ ……（２）
また、レーザ制御装置１６ｅは、上記のスペクトル線幅とスペクトル線幅の基準値、例えば初期のスペクトル線幅との差に基づいてスペクトル線幅の変動量を演算する。
さらに、本実施形態においては、レーザ装置１６には、前記レーザ共振器１６ａを構成する可変傾角のエタロン（又はグレーティング及び可変傾角のエタロン、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。そして、この駆動機構１９が、前述の波長ずれ量Δλに基づいてレーザ制御装置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。
また、レーザ制御装置１６ｅでは、通常の露光時には、前記エネルギモニタの出力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。
また、レーザ制御装置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（発振周波数）をも制御する。
前記基準光源１６ｈは、ビームモニタ機構１６ｃ内部のビームモニタの絶対波長キャリブレーションを行う際の基準光源であって、固体狭帯レーザが用いられる。本実施形態では、基準光源１６ｈとして、Ａｒ倍波レーザ光源（アルゴンイオン２倍高調波レーザ光源）が用いられている。このＡｒ倍波レーザ光源の中心波長は２４８．２５３ｎｍと、ＫｒＦエキシマレーザ装置の中心波長λ0＝２４８．３８５ｎｍに非常に近くそのリファレンスとして好適であり、しかもそのスペク卜ル半値幅が０．０１ｐｍ以下と非常に狭いため、後述するデコンボリューション処理を精度良く行うことができることから、これを採用したものである。
この他、レーザ装置１６のハウジング１７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。
前記照明光学系１２は、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。
エネルギ粗調器２０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の断面形状を整形するビーム整形光学系１８後方のレーザビームＬＢの光路上に配置されている。このエネルギ粗調器２０は、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（本実施形態では減光フィルタであり、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）が円周方向に沿って配置された回転板３４を含み、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。駆動モータ３８は、主制御装置５０によって制御される。なお、エネルギ粗調器２０は、レーザビームＬＢに対する透過率（レーザビームＬＢのパルスエネルギ）を段階的でなく連続的に可変とするものでも良い。
エネルギ粗調器２０後方のレーザビームＬＢの光路上にフライアイレンズ２２を介して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。照明系開口絞り板２４は、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配置されている。
照明系開口絞り板２４は、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、いずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定される。これにより、フライアイレンズ２２によって照明光学系１２の瞳面に形成される多数の点光源から成る面光源、すなわち２次光源の形状及び／又は大きさが変更される。なお、本実施形態例においては、照明系開口絞り板２４を用いて照明光学系１２の瞳面上での照明光ＩＬの強度分布、すなわち照明条件を変更しているが、照明条件を変更する光学素子（光学系）はこれに限らない。例えば米国特許第６，５６３，５６７号、６，７１０，８５５号明細書に開示されているように、交換可能な光学素子（回折光学素子など）と可動の光学素子（ズームレンズ及び／又はプリズムなど）とを有する光学系を用いて照明条件を変更しても良い。なお、本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、その開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
照明系開口絞り板２４から射出されるレーザビームＬＢ、すなわち照明光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を含むリレー光学系が配置されている。
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、不要な露光が防止される。
第２リレーレンズ２８Ｂ後方の照明光ＩＬの光路上には、第２リレーレンズ２８Ｂを通過した照明光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。
一方、ビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬは、集光レンズ４４を介して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、不図示のホールド回路及びＡ／Ｄ変換器などを介して出力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、且つレーザ装置１６から射出されるパルス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。
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）内で微小移動可能であるとともに、レチクルステージ駆動系４８によって走査方向（Ｙ軸方向）に所定ストローク範囲で走査される。レチクルステージＲＳＴの位置は、レチクルステージＲＳＴ上に固定された移動鏡５２Ｒに測長ビームを照射するレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給される。
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を含む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、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（部分像）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。
前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ駆動系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次元移動される。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が真空吸着システム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軸方向の位置（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に測長ビームを照射するレーザ干渉計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。
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号公報及びこれに対応する米国特許第５，６４６，４１３号明細書などに開示されるような露光波長の光（本実施形態では照明光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系が配置されている。この場合、一対のレチクルアライメント系は、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。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記公報及び対応米国特許明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
制御系は、図１中、主制御装置５０を含み、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）、ＲＡＭ（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）を含む。主制御装置５０は、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。
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ＶR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・ＶR（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、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動系４８、ウエハステージ駆動系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系５６を介してＸＹステージ１４の位置を制御する。
また、主制御装置５０は、制御情報をレーザ装置１６に供給することによって、前述の如く、レーザ装置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４０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。
主制御装置５０には、図１に示されるように、メモリ５１及び入出力装置６２が、併設されている。メモリ５１内には、インテグレータセンサ４６の出力ＤＳとウエハＷの表面上での照明光ＩＬの照度（強度）との相関係数（又は相関関数）や、エネルギモニタの出力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）などの情報などや、スペクトル幅の制御のために用いられる種々の情報（詳細は後述）などが記憶されている。
ここで、主制御装置５０によって行われるビームモニタ機構１６ｃ内部のビームモニタの絶対波長キャリブレーションについて簡単に説明する。この絶対波長キャリブレーションに際しては、主制御装置５０は第１シャッタ２１を開き、第２シャッタ２３を閉じた状態で、ビームモニタからのその時のレーザビームＬＢに対応するフリンジパターンの情報を得、その情報をメモリ５１に記憶する。
次に、主制御装置５０は、第１シャッタ２１を閉じてビームモニタ機構１６ｃに対するレーザビームＬＢの入射を遮断すると同時に、第２シャッタ２３を開いて基準光源１６ｈからの光をビームモニタ機構１６ｃに入射させる。そして、このときビームモニタから得られるフリンジパターンと画像メモリ内のフリンジパターン（その直前まで入射していたレーザビームＬＢのフリンジパターン）とを比較することにより、レーザビームＬＢの波長の基準波長からのずれを求め、この求めたずれを補正するように、狭帯域化モジュール７０を調整することによって、レーザビームＬＢの絶対波長キャリブレーションを行う。
ところで、上記のフリンジパターンの比較に際して、デコンボリューション処理を行う必要があるが、このデコンボリューション処理の対象となるコンボリューション（実測スペクトルのフリンジパターンの実スペクトルに対応するフリンジパターンに対する太り方）は各露光装置に固有のものであり、装置関数と呼ばれる量である。本実施形態では、基準光源としてＡｒ倍波レーザを用いており、このＡｒ倍波レーザのスペクトル幅（ＦＷＨＭ）は非常に狭く、０．０１ｐｍ以下であることから、帯域幅が無限に細い光とみなして、Ａｒ倍波レーザの実測波形を装置関数としてデコンボリューション処理を行うことができる。
次に、デコンボリューション処理（取得した装置関数によるスペクトル計算処理）について説明する。以下では、装置関数をｍi（λ）と記述する。このｍi（λ）を定期的に取得し直すことがビームモニタの較正に繋がる。
実測スペクトルをｓ（λ）とすると、該実測スペクトルは実スペクトルｆ（λ）と装置関数ｍi（λ）とのコンボリューションと考えられるので、次式（３）が成立する。
ｓ（λ）＝ｆ（λ）＊ｍi（λ） ……（３）
ここで、標準的なデコンボリューションは，「測定データのフーリエ変換」を「装置関数のフーリエ変換」で割って，さらに逆フーリエ変換するという手順の計算を意味する。
従って、次式（４ａ）の計算を行った後に、その計算結果を次式（４ｂ）で示されるように逆フーリエ変換すれば、実スペクトル信号ｆ（λ）を取得することができる。
Ｆ（ω）＝Ｓ（ω）／Ｍ（ω） ……（４ａ）
Ｆ-1〔Ｆ（ω）〕＝ｆ（λ） ……（４ｂ）
このようにして、本実施形態では、主制御装置５０が、実スペクトル信号を得るためのデコンボリューションを行うことができ、実スペクトル信号に基づいて、正確なスペクトル幅（例えばＦＷＨＭ又は９５％エネルギ純度幅）の情報を得ることができる。また、主制御装置５０は、デコンボリューションの結果に基づいて、レーザビームＬＢの絶対波長キャリブレーション処理を正確に、すなわち設計波長にほぼ正確に調整することができる。
次に、レーザ装置１６から射出されるレーザビームＬＢのスペクトルの管理、制御方法について説明する。
まず、ピーク・バイアス（Peak BIAS）を用いたレーザビームＬＢのスペクトルの管理、制御方法について説明する。
ここで、ピーク・バイアスについて説明する。
図２（Ａ）に示されるように、同一線幅で間隔が異なる（Ｐ、２Ｐ、……）ｎ本のラインパターンが形成されたレチクルを、レチクルステージＲＳＴに搭載し、所定の露光条件下で露光を行った結果、図２（Ｂ）のような線幅Ｌ1、Ｌ2、……Ｌnのレジスト像が得られた場合を考える。
実際の露光では、光近接効果によって、線幅Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3、……、Ｌn-1、Ｌnは異なる。例えば、ポジ型レジスト及び残しパターンの組み合わせの場合には、光近接効果によって、線幅Ｌ1＞Ｌ2＞Ｌ3＞……＞Ｌn-1＞Ｌnになる。設計上の線幅をＬとすると、ΔＬi＝｜Ｌi−Ｌ｜（ｉ＝１、２、…ｎ）が、各ラインパターンのＢＩＡＳ（バイアス）である。すなわち、バイアスとは、ウエハ上における設計上の線幅に対する実際のレジスト像の線幅の誤差であり、このバイアスに応じてＯＰＣにおけるパターン線幅の補正量が決定される。
また、線幅Ｌ1〜Ｌnのうち、最大のものをＬmax、最小のものをＬminとすると、Ｌmax−Ｌminがピーク・バイアス（Peak BIAS）である。
このピーク・バイアスは、露光に用いられるレーザビームのスペクトル幅によって変化する。そこで、本実施形態では、シミュレーションにより、図３に示されるような、スペクトル幅（例えば、ＦＷＨＭ）とピーク・バイアスとの関係を示す関数曲線のデータを、種々の露光条件（照明条件、投影光学系の開口数など）について求め、この求めた関数曲線のデータがメモリ５１内に記憶されている。なお、スペクトル幅の指標としては、例えばＦＷＨＭに代えて９５％エネルギ純度幅などを用いても良い。
そこで、オペレータにより入出力装置６２を介して、使用するレチクル（マスク）に関するピーク・バイアス（Peak BIAS）情報が入力されると、主制御装置５０は、その使用するレチクルに適切なレーザビームのスペクトル幅を求め、スペクトル幅設定要求値としてレーザ制御装置１６ｅへ送信する。
以下、この使用するレチクル（露光対象のパターン）に適切なレーザビームのスペクトル幅、すなわちスペクトル幅設定要求値の求め方について、さらに説明する。
図４には、メモリ５１内に記憶されたある露光条件についてのスペクトル幅（例えば、ＦＷＨＭ）とピーク・バイアスとの関係を示す関数曲線Ｃ１が示されている。また、この図４には、レチクルＲ１、レチクルＲ２、レチクルＲ３に関するピーク・バイアス情報が、それぞれ符号Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を付した棒で示されている。それぞれの棒の横軸方向の位置は、予めシミュレーションにより取得されたそれぞれのレチクルについてのスペクトル幅と線幅誤差との関係に基づいて、線幅誤差が許容限界となるときのスペクトル幅の値に相当する。
例えば、レチクルＲ３の場合、図４中に示されるように、入力されたピーク・バイアス情報で与えられるスペクトル幅を最大値とし、この最大値に対応するピーク・バイアスから所定のΔＢＩＡＳの範囲内の下限に対応するスペクトル幅を最小値とする、Δ３の範囲を、そのレチクルＲ３に適切なレーザビームのスペクトル幅（スペクトル幅設定要求値）として求める。
また、レチクルＲ１の場合、図４中に示されるように、入力されたピーク・バイアス情報で与えられるピーク・バイアス値が曲線Ｃ１に達していないので、入力されたピーク・バイアス情報で与えられるスペクトル幅を設定することはできない。そこで、この場合、入力されたピーク・バイアス情報で与えられるピーク・バイアス値に対応する曲線Ｃ１上の点に対応するスペクトル幅の値を最大値とし、この最大値に対応するピーク・バイアスから所定のΔＢＩＡＳの範囲内の下限に対応するスペクトル幅を最小値とする、Δ１の範囲を、そのレチクルＲ１に適切なレーザビームのスペクトル幅（スペクトル幅設定要求値）として求める。
残りのレチクルＲ２、その他のレチクルについても、入力されたピーク・バイアス情報にもとづいて、上述したレチクルＲ３又はレチクルＲ１の場合と同様にして、そのレチクルに適切なレーザビームのスペクトル幅（スペクトル幅設定要求値）を求める。
上述したスペクトル幅（例えば、ＦＷＨＭ）とピーク・バイアスとの関係を用いる場合とは別に、レチクル上のパターンの特定疎密状態に着目する場合には、図５に示されるように、横軸をPitch（パターン間隔）とし、縦軸をバイアス（ＢＩＡＳ）とする２次元座標系上で表されるマスクバイアス関数ｆm（Ｐ）と、複数のスペクトルについての、対スペクトルＢＩＡＳ関数ｆj（Ｐ）（ｊ＝１，２，…，ｎ）それぞれとの相関係数により、スペクトルの選定（すなわちスペクトル幅の選定）を実施しても良い。
すなわち、それぞれの対スペクトルＢＩＡＳ関数ｆj（Ｐ）について、次式の相関係数φ（Ｐ）を算出し、相関度が最大となる、対スペクトルＢＩＡＳ関数に対応するスペクトルに基づいて、使用するレチクルに適切なスペクトル幅（レーザビームのスペクトル幅（スペクトル幅設定要求値））を決定しても良い。
Figure 0005104305
 いずれにしても、レーザ制御装置１６ｅは、主制御装置５０から送信されたスペクトル幅設定要求値に基づいて、エキシマレーザチューブ６４内部のレーザガスの混合比，充填圧、狭帯域化モジュール７０、及びレーザ電源部１６ｄ内のパルス圧縮回路（スイッチング回路）によるエキシマレーザチューブ６４内部の不図示の放電電極の放電タイミングなどの調整によりスペクトル幅を最適化する。このように、レチクルＲのパターン（Ｐｅａｋ ＢＩＡＳ情報など）や露光条件（照明条件など）などに応じてスペクトル幅が最適化された照明光（露光光）ＩＬを用いることによって、ウエハＷ上に所望の線幅のパターンを形成することができる。
次に、Ｄｏｓｅとスペクトルとの関係を利用した、レーザビームＬＢのスペクトルの管理、制御方法について説明する。
予めシミュレーション又は実験を行い、図６に示されるような、Ｄｏｓｅ−ＣＤ曲線Ｃ２、及びスペクトル幅−ＣＤ曲線Ｃ３を求める。図６において、横軸は、Ｄｏｓｅ、すなわち投影光学系ＰＬの像面（ウエハ面）上における積算露光量（ｍＪ／ｃｍ2）、又はスペクトル幅（例えばＦＷＨＭ）であり、縦軸はＣＤ（クリティカル・ディメンジョン）、すなわち線幅（ウエハ上に形成されるレジスト像の線幅）である。
曲線Ｃ２，Ｃ３を実験で求める場合には、以下のような処理を行えば良い。
ａ．所定のテスト露光用のレチクルをレチクルステージＲＳＴ上に搭載し、スペクトル幅（例えばＦＷＨＭ）をある値に設定した状態で、Ｄｏｓｅを所定量ずつ変更しながら、テストレチクルのパターンをウエハ上の仮想的なマトリックスの第１行目の複数の領域に順次転写する。なお、ここでのテストレチクルのパターンを転写は、ウエハを投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に設定した状態で行われる。ベストフォーカス位置の検出方法等は、焼付けによる方法と、空間像計測による方法などがあるが、いずれの方法も公知であるから詳細説明は省略する。
ｂ．次に、スペクトル幅（例えばＦＷＨＭ）を所定量だけ増加させるように変更する。
ｃ．そして、変更後のスペクトル幅で、上記ａ．と同様にして、テストレチクルのパターンをウエハ上の仮想的なマトリックスの隣接する行の複数の領域に順次転写する。なお、ここでもテストレチクルのパターンを転写は、ウエハを投影光学系ＰＬのベストフォーカス位置に設定した状態で行われる。
ｄ．以後、上記ｂ．とｃ．と同様の動作を、交互に繰り返す。
このようにして、予定数のスペクトル幅のステップについての予定数のＤｏｓｅステップでのテストレチクルのパターンの転写が終了すると、そのウエハを現像する。これにより、ウエハ上には、図７に模式的に示されるようなマトリックス状の配列でレジスト像が形成される。
ｅ．次に、ＳＥＭ等を用いて、各レジスト像の線幅計測等を行い、その計測結果に基づいて、図６のＤｏｓｅ−ＣＤ曲線Ｃ２、及びスペクトル幅−ＣＤ曲線Ｃ３を作成する。
このようにして得られた図６に示されるような、Ｄｏｓｅ−ＣＤ曲線Ｃ２、及びスペクトル幅−ＣＤ曲線Ｃ３に基づいて、Ｄｏｓｅとスペクトル幅との関係、例えばΔＤｏｓｅ／Δスペクトル幅を求める。この「ΔＤｏｓｅ／Δスペクトル幅」は、例えば、スペクトル幅の変化が生じたときに、そのスペクトル幅の変化に起因するパターン線幅の誤差を補償する積算露光量（Ｄｏｓｅ）の補正量を求めるために使用することができる。あるいは、この「ΔＤｏｓｅ／Δスペクトル幅」は、ウエハＷに対する積算露光量（Ｄｏｓｅ）の制御誤差が生じる可能性があるときに、その積算露光量の制御誤差に起因するパターン線幅の誤差を補償するスペクトル幅の補正量を求めるために使用することができる。
このようにして求めたＤｏｓｅとスペクトル幅との関係を示す情報が、メモリ５１内に予め記憶されている。
そこで、主制御装置５０は、実際の露光に際しては、上記のメモリ５１内に予め記憶されているＤｏｓｅとスペクトル幅との関係を示す情報に基づいて、スペクトル幅の変動に起因する線幅誤差が生じないように、その線幅誤差に相当するスペクトル幅の変動に対応する分だけ積算露光量を変更する。すなわち、露光量の調整によりレーザビームＬＢのスペクトル幅の変動がパターン線幅の誤差要因となるのを防止する。
例えば、レーザ装置１６から射出されるレーザビームＬＢのスペクトル幅はレーザ装置１６の運転状態により微小ながら変動を持つが、主制御装置５０が、ビームモニタ機構１６ｃ又はレーザ制御装置１６ｅから逐次スペクトル幅の情報を取得することができるので、その取得したスペクトル幅情報とメモリ５１に記憶されているＤｏｓｅとスペクトル幅との関係とに基づいて、スペクトル幅変動に起因する残留線幅誤差が生じないように露光量補正量を計算し、露光量制御に反映させることとすることもできる。
また、主制御装置５０は、上記とは反対に、露光量に制御誤差が生じる可能性がある場合に、その誤差に起因する線幅誤差が生じないように、その線幅誤差に相当するＤｏｓｅの変動に対応する分だけスペクトル幅を変更することで、露光量の制御誤差がパターン線幅の誤差要因となるのを防止することとしても良い。
例えば、主制御装置５０は、インテグレータセンサ４６の計測値に基づいて、レーザ装置１６から射出されるレーザビームＬＢの積算露光量（Ｄｏｓｅ量）の情報を取得することができるので、その取得した積算露光量の情報、及びメモリ５１に記憶されたＤｏｓｅとスペクトル幅との関係に基づいて、積算露光量の制御誤差に起因する線幅誤差が生じないように、スペクトル幅補正量を求めて、スペクトル幅を調整するようにしても良い。
勿論、パターンの線幅誤差が生じないように、スペクトル幅とＤｏｓｅのどちらか一方のみを変更しても良いし、両方を変更しても良い。従って、スペクトル幅の変動が生じた場合には、スペクトル幅とＤｏｓｅの少なくとも一方を調整（変更）することができる。また、積算露光量の制御誤差が生じる可能性がある場合に、スペクトル幅とＤｏｓｅの少なくとも一方を調整（変更）することができる。
また、積算露光量とスペクトル幅との関係を記憶装置５１に記憶する代わりに、Ｄｏｓｅ−ＣＤ曲線Ｃ２に示される積算露光量と線幅誤差との関係、及びスペクトル幅−ＣＤ曲線Ｃ３に示されるようなスペクトル幅と線幅誤差との関係をメモリ５１に記憶しても良い。この場合、上述の取得されたスペクトル幅情報及び取得された積算露光量の情報の少なくとも一方と、メモリ５１に記憶された情報とに基づいて、パターンの線幅の誤差が生じないように、露光量制御及びスペクトル幅制御の少なくとも一方を実行することができる。
また、Ｄｏｓｅ−ＣＤ曲線Ｃ２に示される積算露光量と線幅誤差との関係、及びスペクトル幅−ＣＤ曲線Ｃ３に示されるようなスペクトル幅と線幅誤差との関係を求めるために、テストレチクルを使用せずに、デバイス製造時に使用されるデバイスパターンが形成されたレチクルを使用しても良い。
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、主制御装置５０により、ウエハＷ上に形成されるパターンのサイズ誤差（例えばＢＩＡＳ又はpeak ＢＩＡＳ）とレーザ装置１６から射出されるレーザビームＬＢのスペクトル特性（例えばＦＷＨＭ又は９５％エネルギ純度幅）との関係を示すパターンサイズ誤差−スペクトル特性情報（例えば、図３に示されるスペクトル幅（例えば、ＦＷＨＭ）とピーク・バイアスとの関係を示す関数曲線）と、使用するパターンに関する情報（例えば図４に示されるレチクル（マスク）に関するピーク・バイアス（Peak BIAS）情報）とに基づいて、露光の際にウエハＷ上に形成されたレチクルのパターンの像のサイズ誤差（例えば線幅誤差）が残存しなくなるようなレーザビームＬＢのスペクトル幅制御がレーザ制御装置１６ｅを介して実行される。ここで、使用するレチクルに関する情報は、前述の如く、オペレータが入出力装置６２を介して入力しても良いが、例えばレチクルＲにそのレチクルに関するピーク・バイアス（Peak BIAS）情報などをバーコード（又は２次元コード）情報として付しておき、主制御装置５０は、そのレチクルＲをロードする際にバーコードリーダなどでバーコード情報を読みとることで取得するようにしても良い。
また、本実施形態に係る露光装置１０によると、主制御装置５０は、例えばインテグレータセンサ４６の計測値に基づいてレーザ装置１６から射出されるレーザビームＬＢの積算エネルギ量（ウエハ面上におけるドーズ量に対応）の情報を取得し、その取得した積算エネルギ量の情報に基づいて、スペクトル幅補正値を決定する。この場合、露光の際にウエハＷ上に形成されたレチクルのパターンの像のサイズ誤差が生じないようにレーザビームＬＢのスペクトル幅補正値が決定される。そして、主制御装置５０は、この算出したスペクトル幅にレーザ装置１６から出力されるレーザビームのスペクトル幅を調整する。
上述のようなスペクトル幅の制御又は調整によりレーザビームＬＢのスペクトル幅が最適な解像性能が得られるように制御される。従って、スペクトル幅の制御又は調整が行われたレーザ光でウエハＷの露光を行うことで、レチクルＲに形成されたパターンがウエハＷ上に転写され、そのウエハＷ上にはパターンの転写像（例えばレジスト像）がサイズ誤差なく形成されるようになる。
また、上記実施形態では、例えばビームモニタ機構１６ｃ内部のビームモニタの出力を主制御装置５０が常時モニタし、レーザビームＬＢのスペクトル幅の変化に応じてウエハＷの露光量制御を最適化することにより、レーザビームＬＢのスペクトル幅変化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も可能である。
なお、レーザビームＬＢの中心波長の変動によって、ウエハＷ上に形成されるパターンに線幅誤差が生じる場合には、ビームモニタ機構１６ｃを使ってレーザビームＬＢの中心波長を常時モニタし、その結果に基づいてスペクトル幅と積算露光量との少なくとも一方を調整（制御）しても良い。
なお、上述の第１の実施形態において、上述の取得された情報（スペクトル幅及び積算露光量の少なくとも一方の情報）に基づくスペクトル幅及び積算露光量の少なくとも一方の制御（調整）は、ウエハＷ上の１つのショット領域に対する露光中に実行しても良いし、ウエハＷ上の１つのショット領域の露光終了後、次のショット領域の露光開始前に行っても良いし、１枚のウエハの露光終了後、次のウエハの露光開始前に行っても良い。
また、上述の取得された情報（スペクトル幅及び積算露光量の少なくとも一方の情報）から求められる線幅誤差の制御量（調整量）に応じて、スペクトル幅の制御（調整）又は露光量の制御（調整）を実行するようにしても良い。例えば、線幅誤差の制御量が所定の閾値よりも大きい場合にはスペクトル幅の調整（制御）を行い、線幅誤差の制御量が所定の閾値よりも小さい場合には積算露光量の制御（調整）を行うようにすることができる。
また、上述の取得された情報（スペクトル幅及び積算露光量の少なくとも一方の情報）に基づいて、スペクトル幅の制御（調整）と、積算露光量の制御（調整）との両方を実行する場合には、各制御を異なるタイミングで実行しても良い。例えば、積算露光量の制御（調整）は、１つのショット領域の露光中に実行し、スペクトル幅の制御（調整）はウエハＷ上にレーザ光が照射されていない期間、例えば２つのショット領域の露光の間で行われるステッピング移動中、ウエハ交換中などに実行するようにしても良い。
従って、主制御装置５０は、ビームモニタ機構１６ｃ内部のビームモニタの出力を常時取り込まなくても良く、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ても良いし、あるいは所定枚数、例えば１ロットのウエハの露光の終了毎に取り込むこととしても良い。
また、上記実施形態の露光装置において、スペクトル幅と線幅誤差との関係及び積算露光量と線幅誤差との関係、あるいはスペクトル線幅の変化量とＤｏｓｅの変化量との関係（例えばΔＤｏｓｅ／Δスペクトル幅）などは、露光条件毎、例えばレジストの種類やウエハ上に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。
ところで、上記実施形態では、露光量の調整（変化）をする場合、露光フィールド（前述の露光領域４２Ｗ）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させても良いし、フィールド内の一部のみを他の部分と異なるように増減させても良い。
なお、上記実施形態における、スペクトル制御に関連する主制御装置５０の機能の一部を、レーザ装置１６内部のレーザ制御装置１６ｅが行うようにしても良い。また、レーザ制御装置１６ｅ及び主制御装置５０の少なくとも一方の少なくとも一部の機能を、複数のハードウェア、例えば記憶装置、演算装置、制御装置などの組み合わせにより実行することとしても勿論良い。
なお、上述の第１の実施形態においては、使用するレチクルの情報（ピーク・バイアス情報など）に基づくスペクトル幅の調整（制御）と、上述の取得された情報（スペクトル幅、積算露光量の情報など）に基づくスペクトル幅及び積算露光量の少なくとも一方の制御との両方を実行しているが、どちらか一方のみを実行しても良い。また、上記実施形態では、「線幅誤差が生じないように」との表現を用いているが、これは、誤差が零の場合に限られるものでなく、誤差が許容範囲内に収まる場合をも含む。
《第２の実施形態》
次に、本発明の第２の実施形態を図８に基づいて説明する。この第２の実施形態のシステムは、複数台の露光装置それぞれの露光光源である複数台のレーザ装置を備えているが、以下では、複雑化を避ける観点から、２台のレーザ装置１６Ａ、１６Ｂのみについて説明する。また、上述の第１の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
図８に示されるレーザ装置１６Ａ、１６Ｂのそれぞれは、基準光源１６ｈ、ハーフミラー１６ｇ、シャッタ２１，２３が設けられていない点を除き、前述のレーザ装置１６と同様に構成されている。レーザ装置１６Ａのレーザ共振器１６ａから射出されるレーザビームＬＢ１の光路上には、透過率が９７％程度のビームスプリッタ７２が配置されている。このビームスプリッタ７２の反射光路上にハーフミラー７６、７７が順次配置されている。
ビームスプリッタ７２におけるレーザビームＬＢ１の透過光路の後方には、不図示の送光光学系を介して前述の露光装置１０と同様に構成された露光装置（以下、第１露光装置と呼ぶ）の照明光学系が配置されている。すなわち、レーザ装置１６Ａは、その第１露光装置の露光光源である。
前記レーザ装置１６Ｂのレーザ共振器１６ａから射出されるレーザビームＬＢ２の光路上には、透過率が９７％程度のビームスプリッタ７４が配置されている。このビームスプリッタ７４の反射光路上には光路を９０°折り曲げるミラー７８が配置され、このミラーで折り曲げられたレーザビームＬＢ２の光路上に前述のハーフミラー７７が配置されている。
ビームスプリッタ７４におけるレーザビームＬＢ２の透過光路の後方には、不図示の送光光学系を介して前述の露光装置１０と同様に構成された露光装置（以下、第２露光装置と呼ぶ）の照明光学系が配置されている。すなわち、レーザ装置１６Ｂは、その第２露光装置の露光光源である。
前記ハーフミラー７６は、ビームスプリッタ７２によるレーザビームＬＢ１の反射光路上でかつ基準光源８２からの光の光路上に位置している。基準光源８２としては、基準光源１６ｈと同様、Ａｒ倍波レーザ光源（アルゴンイオン２倍高調波レーザ光源）が用いられている。
基準光源８２からハーフミラー７６に射出される光の光路上にシャッタ８０が配置されている。このシャッタ８０は、通常時は光路を閉じている。このシャッタ８０は、第１露光装置及び第２露光装置からの情報に基づいて、制御装置８６が、いずれの露光装置のシャッタ１６ｆも閉じられていると判断したときに、制御装置８６によって必要に応じて開かれる。このシャッタが開かれた状態では、基準光源８２からの光がハーフミラー７６、７７を介して分光器８４に入射する。このときの分光器８４の出力信号が装置関数として、制御装置８６に取り込まれる。制御装置８６は、この装置関数の更新を所定のインターバルで実行する。
また、制御装置８６は、それぞれの露光装置の主制御装置との間で通信を行って、シャッタ８０を閉じた状態で、レーザ装置１６Ａ、１６ＢのそれぞれからのレーザビームＬＢ１，ＬＢ２を、分光器８４に択一的に取り込み、その分光器８４の出力信号に前述のデコンボリューション処理を行い、レーザビームＬＢ１，ＬＢ２の実スペクトル信号を得、この得られた実スペクトル信号に基づいて、正確なスペクトル幅（例えばFWHM又は９５％エネルギ純度幅）の情報を得る。このレーザビームＬＢ１，ＬＢ２のスペクトルの計測も定期的又は必要に応じて実行される。
また、制御装置８６がレーザ装置１６ＡからのレーザビームＬＢ１（又はレーザ装置１６ＢからのレーザビームＬＢ２）を分光器８４に取り込む際には、第１露光装置（又は第２露光装置）の主制御装置に対してレーザ装置１６Ａ（又はレーザ装置１６Ｂ）内部のビームモニタ機構１６ｃへのレーザビームＬＢ１（又はレーザビームＬＢ２）の取り込みを指示する。そして、制御装置８６は、そのビームモニタ機構１６ｃ内部のビームモニタの出力、すなわちビームモニタによるスペクトル幅の計測値を、第１露光装置（又は第２露光装置）の主制御装置から得、この計測値と、分光器８４の出力信号に基づいて算出したレーザビームＬＢ１（又はレーザビームＬＢ２）のスペクトル幅とを比較して、ビームモニタ機構１６ｃ内のビームモニタの計測値を較正するための係数を、第１露光装置（又は第２露光装置）の主制御装置に送信しても良い。
なお、図８では、レーザ装置１６Ａ，１６Ｂのシャッタ１６ｆが開いている状態で、レーザ共振器１６ａからレーザビームＬＢ１（又はＬＢ２）が発振されているときは、常にレーザビームＬＢ１（又はＬＢ２）が分光器８４に入射するように図示されているが、実際には、ビームスプリッタ７２によるレーザビームＬＢ１の反射光路、ビームスプリッタ７４によるレーザビームＬＢ２の反射光路をそれぞれ開閉するシャッタが設けられている。これらのシャッタは、レーザビームＬＢ１、ＬＢ２を分光器８４に入射させる必要がないときには、制御装置８６によって閉じられている。
以上説明した本第２の実施形態のシステムによると、基準光源８２を用いて分光器８４の較正を行い、この較正された分光器８４を用いて複数台のレーザ装置１６Ａ，１６Ｂなどから出力されるレーザビームＬＢ１，ＬＢ２などのスペクトル幅測定を行うことにより、それぞれのレーザ装置から出力されるレーザビームのスペクトル幅を精度良く計測することが可能となる。また、それぞれのレーザ装置１６Ａ，１６Ｂのビームモニタ機構１６ｃ内のビームモニタ（スペクトルモニタ）と、較正された分光器８４とを用いてレーザビーム（ＬＢ１又はＬＢ２）のスペクトル幅の同時計測を行うことで、それぞれのビームモニタ（スペクトルモニタ）を精度良く、容易に較正することが可能となる。
また、本第２の実施形態では、レーザ装置１６Ａ，１６Ｂのそれぞれが、別々の露光装置の光源であることから、それらの露光装置を用いたミックス・アンド・マッチ露光を行う場合に、露光装置間のＣＤマッチングの向上、レチクルを共有した際のフレキシビリティの向上が期待される。
なお、上記第２の実施形態において、レーザ装置１６Ａ，１６Ｂなどの較正を、レーザ装置を露光に使用していないとき、例えば所謂レーザ品位を保つ為の自己発振（Selflock発振）の際に実施しても良い。この場合、各レーザ装置からのSync out信号などを装置群共有のインターフェースにて切り替え、スペクトル計測を実施することとしても良い。但し、このようにする場合には、シャッタ１６ｆを閉じた状態で、自己発振の際のレーザビームを、分光器に入射させることができるように、システムの一部の構成の変更を行う必要がある。
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。
この他、例えば国際公開第２００４／０５３９５５号パンフレット及びこれに対応する米国特許出願公開第２００５／０２５９２３４号明細書などに開示される、投影光学系ＰＬとウエハとの間に液体が満たされる液浸型露光装置などにも本発明を適用しても良い。この他、本発明は、特開平６−１２４８７３号公報、特開平１０−３０３１１４号公報、米国特許第５，８２５，０４３号明細書などに開示されているような露光対象のウエハなどの表面全体が液体中に浸かっている状態で露光を行う液浸露光装置にも適用可能である。また、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞を基板上に形成することによって基板上にライン・アンド・スペースパターンを形成する露光装置（リソグラフィシステム）にも本発明を適用することができる。さらに、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号明細書）に開示されているように、２つのレチクルのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも本発明を適用することができる。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記国際公開パンフレット及び上記各公報、並びにこれらに対応する米国特許出願公開明細書又は米国特許明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
なお、上述の実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含む）を用いても良い。本国際出願で指定した指定国（又は選択した選択国）の国内法令が許す限りにおいて、上記米国特許明細書における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。
また、上記実施形態において、レーザ光として、例えば国際公開第１９９９／４６８３５号パンフレット（対応米国特許第７，０２３，６１０号明細書）に開示されているように、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。
また、レーザ光源としては、波長１４６ｎｍ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。
また、投影光学系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。投影光学系は屈折系のみならず、反射系及び反射屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
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ＤＮＡ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。
なお、半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、ウエハ等の物体上にレジストなどの感応材を塗布するコート処理、上記実施形態の露光装置で、レチクルに形成されたパターンを前述の液浸露光により感応材が塗布されたウエハ等の物体上に転写する露光処理、及び露光後のウエハを現像する現像処理を含むリソグラフィステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置及びその露光方法が用いられるので、高集積度のデバイスを歩留り良く製造することができる。
以上説明したように、本発明の露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法は、半導体素子等の電子デバイスを製造するのに適している。また、本発明のシステムは、複数のレーザ装置の光学特性の較正に適している。

Claims (21)

  1. エネルギビームにより物体を露光して前記物体上にパターンを形成する露光装置であって、
    前記エネルギビームとしてレーザ光を射出するレーザ装置と；
    物体上に形成されるパターンのサイズ誤差と前記レーザ装置から射出されるレーザ光のスペクトル特性との関係を示すパターンサイズ誤差−スペクトル特性情報が記憶された記憶装置と；
    前記パターンサイズ誤差−スペクトル特性情報と、使用するパターンに関する情報とに基づいて、前記レーザ光のスペクトル幅を制御するスペクトル制御装置と；を備え、
    前記使用するパターンに関する情報は、マスクに関するピーク・バイアス情報を含む露光装置。
  2. 請求項１に記載の露光装置において、
    前記スペクトル制御装置は、前記パターンサイズ誤差−スペクトル特性情報と、使用するパターンに関する情報とに基づいて、前記サイズ誤差を抑えるための前記レーザ光のスペクトル幅を算出し、その算出結果に基づいて前記スペクトル幅を制御する露光装置。
  3. 請求項２に記載の露光装置において、
    前記使用するパターンが形成された前記マスクが載置されるマスクテーブルをさらに備える露光装置。
  4. 請求項３に記載の露光装置において、
    前記パターンサイズ誤差−スペクトル特性情報は、露光装置に固有のスペクトルバイアス関数を含み、前記使用するパターンに関する情報は、マスクバイアス関数を含み、
    前記スペクトル制御装置は、前記スペクトルバイアス関数と前記マスクバイアス関数との相関係数に基づき、前記サイズ誤差を抑えるための前記レーザ光のスペクトル幅を算出する露光装置。
  5. 請求項１に記載の露光装置において、
    前記スペクトル制御装置の少なくとも一部は、前記レーザ装置に設けられている露光装置。
  6. 請求項１に記載の露光装置において、
    前記記憶装置には、レーザ光のスペクトル幅と積算露光量との関係を示す第２情報がさらに記憶され、
    前記レーザ装置から射出されるレーザ光のスペクトル幅情報を取得し、その取得したスペクトル幅の情報と前記第２情報とに基づいて前記物体に対する積算露光量を制御する露光量制御装置を更に備える露光装置。
  7. 請求項６に記載の露光装置において、
    前記第２情報は、レーザ光のスペクトル幅とパターンのサイズ誤差との関係、及び積算露光量とパターンのサイズ誤差との関係を含む露光装置。
  8. 請求項１に記載の露光装置において、
    前記記憶装置には、レーザ光のスペクトル幅と積算露光量との関係を示すスペクトル幅−積算露光量情報がさらに記憶され、
    前記スペクトル制御装置は、さらに、前記レーザ装置から射出されるレーザ光の前記積算露光量の情報を取得し、その取得した積算露光量の情報と前記スペクトル幅−積算露光量情報とに基づいて、前記レーザ光のスペクトル幅を制御する露光装置。
  9. 請求項８に記載の露光装置において、
    前記スペクトル幅−積算露光量情報は、レーザ光のスペクトル幅とパターンのサイズ誤差との関係、及び積算露光量とパターンのサイズ誤差との関係を含む露光装置。
  10. レーザ光源から射出されるレーザ光により物体を露光し、該物体上にパターンを形成する露光方法であって、
    使用するパターンに関する情報を入力する工程と；
    前記入力された情報と、前記物体上に形成されるパターンのサイズ誤差と前記レーザ光源から射出されるレーザ光のスペクトル特性との関係を示すパターンサイズ誤差−スペクトル特性情報とに基づいて、前記レーザ光のスペクトル幅を制御する工程と；を含み、
    前記使用するパターンに関する情報は、マスクに関するピーク・バイアス情報を含む露光方法。
  11. 請求項１０に記載の露光方法において、
    前記スペクトル幅を制御する工程では、前記パターンサイズ誤差−スペクトル特性情報と、使用するパターンに関する情報とに基づいて、前記サイズ誤差を抑えるための前記レーザ光のスペクトル幅を算出し、その算出結果に基づいて前記スペクトル幅を制御する露光方法。
  12. 請求項１１に記載の露光方法において、
    前記使用するパターンは、マスクに形成され、
    前記使用するパターンに関する情報として、前記マスクに関する情報が用いられる露光方法。
  13. 請求項１２に記載の露光方法において、
    前記パターンサイズ誤差−スペクトル特性情報は、露光装置に固有のスペクトルバイアス関数を含み、前記マスクに関する情報は、マスクバイアス関数を含み、
    前記制御する工程では、前記スペクトルバイアス関数と前記マスクバイアス関数との相関係数に基づき、前記サイズ誤差を抑えるための前記レーザ光のスペクトル幅を算出する露光方法。
  14. 請求項１０に記載の露光方法において、
    前記スペクトル幅に応じて前記物体に対する積算露光量を制御する工程をさらに含む露光方法。
  15. 請求項１４に記載の露光方法において、
    レーザ光のスペクトル幅と積算露光量との関係を示すスペクトル幅−積算露光量情報を取得する工程をさらに含み、
    前記積算露光量を制御する工程では、前記レーザ光源から射出されるレーザ光のスペクトル幅情報を取得し、その取得したスペクトル幅の情報と前記スペクトル幅−積算露光量情報とに基づいて前記物体に対する積算露光量を制御する露光方法。
  16. 請求項１５に記載の露光方法において、
    前記スペクトル幅−積算露光量情報は、レーザ光のスペクトル幅とパターンのサイズ誤差との関係、及び積算露光量とパターンのサイズ誤差との関係を含む露光方法。
  17. 請求項１０に記載の露光方法において、
    レーザ光のスペクトル幅と積算露光量との関係を示すスペクトル幅−積算露光量情報を取得する工程をさらに含み、
    前記スペクトル幅を制御する工程では、前記レーザ光源から射出されるレーザ光の前記積算露光量の情報を取得し、その取得した積算露光量の情報と前記スペクトル幅−積算露光量情報とに基づいて、前記レーザ光のスペクトル幅を制御する露光方法。
  18. 請求項１７に記載の露光方法において、
    前記スペクトル幅−積算露光量情報は、レーザ光のスペクトル幅とパターンのサイズ誤差との関係、及び積算露光量とパターンのサイズ誤差との関係を含む露光方法。
  19. レーザ光源から射出されるレーザ光により物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する露光方法であって、
    レーザ光源から射出されるレーザ光の積算露光量の情報を取得する工程と；
    取得した積算露光量の情報に基づいて、スペクトル幅補正値を決定する工程と；を含む露光方法。
  20. 請求項１９に記載の露光方法において、
    前記取得する工程に先立って、前記積算露光量と、前記スペクトル幅とを所定ステップピッチで変更しつつ、テストマスクを用いて、前記露光装置により、同一テスト基板上に前記テストマスクのパターンをそれぞれ転写する、テスト露光を行い、該テスト露光結果から前記レーザ光のスペクトル幅と積算露光量との関係を求める工程を更に含む露光方法。
  21. 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１０〜２０のいずれか一項に記載の露光方法を用いて感応物体上にパターンを形成するデバイス製造方法。
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