JP2011171521A - レーザ光源の評価方法、並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ光源を露光光源とする場合に、レーザ光のスペクトルの状態の露光パターン又は結像性能に対する影響をより正確に評価する。
【解決手段】レーザ光ＬＢを出力するレーザ光源１６の評価方法において、露光本体部１０側の分光計８でレーザ光ＬＢのスペクトルを計測することと、分光計８による計測結果からレーザ光ＬＢの中心波長を求めることと、そのスペクトル及び中心波長から、レーザ光ＬＢの各波長におけるその中心波長からのずれ量と光強度とに対応する波長オフセットの情報を求めることと、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光源の評価技術、レーザ光源を露光光源とする露光技術、及びこの露光技術を用いるデバイス製造技術に関する。

半導体素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）を製造するためのリソグラフィー工程で、レチクル（又はフォトマスク等）のパターンをフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）に転写するためにステッパー又はスキャニングステッパーなどの露光装置が使用されている。これらの露光装置の露光光源として、近年は、例えば放電励起型でスペクトルが狭帯域化されたパルス発振型のエキシマレーザ等のレーザ光源が用いられている。

そのレーザ光源から射出される露光光としてのレーザ光のスペクトル幅については、特に投影光学系の色収差許容量が小さいことから一層の狭帯域化が要求されているが、それでもそのスペクトルには或る程度の広がりがある。そのスペクトル幅を表す量として、従来より、スペクトルのピーク値に対して強度が１／２に低下するときの２つの波長の幅である半値全幅FWHM（Full Width Half Maximum)と、スペクトルを所定レベルでスライスしたときの２つの波長の幅内の強度分布の積分値がスペクトルの強度分布の全積分値に対して９５％になるときの幅である９５％エネルギー純度幅Ｅ９５とが用いられている。

また、近年、露光パターンの線幅に対する光学的近接効果（ＯＰＥ：Optical Proximity Effect）を事前に予測し、予めレチクルのパターンの幅を補正しておくことで、ウエハ表面で所望の線幅のパターンを得る光学的近接効果補正（ＯＰＣ：Optical Proximity Effect Correction)技術が使用されている。これに関して、レーザ光のスペクトル幅によってもＯＰＥは異なるため、従来より、例えば半値全幅FWHM又は９５％エネルギー純度幅Ｅ９５に基づいて露光パターンの像の線幅の変化量を求め、この変化量をも考慮してＯＰＣの補正量を求めることも行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１４２０５２号公報

レーザ光のスペクトル幅は、ＯＰＥに影響を与えるとともに、レーザ光の実質的な波長ずれによって、投影光学系による像のデフォーカス量にも影響を与えている。即ち、スペクトル幅が広くなると、デフォーカス量も実質的に大きくなると考えられる。しかしながら、例えばレーザ光のスペクトルの半値全幅FWHM又は９５％エネルギー純度幅Ｅ９５の情報から、デフォーカス量を評価すると、半値全幅FWHM又は９５％エネルギー純度幅Ｅ９５の値がほぼ同じでも、露光パターンの実質的なデフォーカス量が異なる場合のあることが分かってきた。これは、半値全幅FWHM又は９５％エネルギー純度幅Ｅ９５では、レーザ光のスペクトルの実質的な波長ずれに起因する露光パターンのデフォーカス量、ひいては投影光学系の結像性能に対する影響を必ずしも正確に評価できない場合があることを意味している。

本発明は斯かる点に鑑み、レーザ光源を露光光源とする場合に、レーザ光のスペクトルの状態の露光パターン又は結像性能に対する影響をより正確に評価することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、レーザ光を出力するレーザ光源の評価方法が提供される。この評価方法は、そのレーザ光のスペクトル情報を計測することと、計測されたそのスペクトル情報からそのレーザ光の中心波長の情報を求めることと、そのスペクトル情報及びその中心波長からそのレーザ光の各波長におけるその中心波長からのずれ量と光強度とに対応するそのレーザ光の波長オフセットの情報を求めることと、を含むものである。

また、本発明の第２の形態によれば、レーザ光源からのレーザ光でパターンを照明し、そのレーザ光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、そのレーザ光源を本発明のレーザ光源の評価方法で評価する露光方法が提供される。
また、本発明の第３の形態によれば、レーザ光源からのレーザ光でパターンを照明し、そのレーザ光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法が提供される。この露光方法は、そのレーザ光のスペクトル情報を計測することと、計測されたそのスペクトル情報からそのレーザ光の中心波長の情報を求めることと、そのスペクトル情報及びその中心波長からそのレーザ光の各波長におけるその中心波長からのずれ量と光強度とに対応するそのレーザ光の波長オフセットの情報を求めることと、を含むものである。

また、本発明の第４の形態によれば、レーザ光源からのレーザ光でパターンを照明し、そのレーザ光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置が提供される。この露光装置は、そのレーザ光のスペクトル情報を計測する計測装置と、計測されたそのスペクトル情報からそのレーザ光の中心波長、及びそのレーザ光の各波長におけるその中心波長からのずれ量と光強度とに対応するそのレーザ光の波長オフセットの情報を求める演算装置と、を備えるものである。

また、本発明の第５の形態によれば、本発明の露光装置又は露光方法を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明によれば、レーザ光の各波長における中心波長からのずれ量と光強度とに対応するそのレーザ光の波長オフセットの情報、言い換えるとレーザ光の実質的に全部のスペクトルの情報を考慮した波長オフセットの情報が求められる。従って、レーザ光源を露光光源とする場合に、その波長オフセットの情報から例えば露光パターンのデフォーカス量の評価が可能になるため、レーザ光のスペクトルの状態の露光パターン又は結像性能に対する影響をより正確に評価できる。

実施形態の一例の露光装置の概略構成を示す一部が切り欠かれた図である。 （Ａ）はスペクトルの評価量Ｆの計算方法を説明するための図、（Ｂ）は半値全幅FWHMを示す図、（Ｃ）は９５％エネルギー純度幅Ｅ９５を示す図である。 レーザ光の種々のスペクトル分布を示す図である。 （Ａ）は評価量Ｆと波長ずれ量Ｓλとの関係を示す図、（Ｂ）はＦ^1/2と波長ずれ量Ｓλとの関係を示す図、（Ｃ）はＦ^1/2又は波長ずれ量とデフォーカス量との関係の例を示す図である。 （Ａ）はデフォーカス量と孤立線パターンの像のＣＤ（Critical Dimension）であるｉＣＤとの関係の一例を示す図、（Ｂ）はＦ^1/2又は波長ずれ量とｉＣＤとの関係の一例を示す図である。 レーザ光源の評価方法及び露光方法の一例を示すフローチャートである。 累進焦点露光法（ＣＤＰ法）で露光を行う場合の露光装置の要部を示す図である。 累進焦点露光法で露光を行う場合の孤立ホールパターンの像のＣＤ（Critical Dimension）と、ウエハのＺ方向の振り幅との関係の一例を示す図である。 電子デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。 ９５％エネルギー純度幅Ｅ９５とｉＣＤとの関係の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態の露光装置ＥＸの構成を概略的に示す。露光装置ＥＸは、露光光源にレーザ光源を用いたスキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置である。図１において、露光装置ＥＸは、露光光源としてのレーザ光源１６と、レーザ光源１６からのレーザ光ＬＢよりなる露光光ＩＬのもとでレチクルＲ（マスク）のパターンの像をフォトレジスト（感光材料）が塗布されたウエハＷ（基板）の表面に露光する露光本体部１０とを備えている。また、露光本体部１０は、露光光ＩＬでレチクルＲを照明する照明光学系１２と、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴと、レチクルＲのパターンの像をウエハＷの表面に投影する投影光学系ＰＬと、ウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴと、露光装置ＥＸ全体の動作を統括的に制御するコンピュータを含む主制御装置５０とを備えている。さらに、露光本体部１０は、レーザ光源１６から出力されるレーザ光ＬＢのスペクトルを計測する分光計８を備えている。

主制御装置５０には、オペレータとの間で制御コマンド及び動作情報等の入出力を行うための入出力装置４９、記憶装置５１、所定の演算を行うための演算装置５３、及びレーザ光源１６の制御を行うための光源制御系５２が接続されている。なお、例えば主制御系５０及び演算装置５３は、コンピュータのソフトウェア上の機能であってもよい。
以下、図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面に平行な面）内で図１の紙面に垂直な方向にＸ軸を、図１の紙面に平行な方向にＹ軸を取って説明する。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転方向をθｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向とも呼ぶこととする。本実施形態では、露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）である。

まず、レーザ光源１６としては、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ（発振波長１９３．３ｎｍ）が用いられている。なお、レーザ光源１６として、ＡｒＦエキシマレーザに代えて、ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８．４ｎｍ）、Ｆ₂ レーザ（発振波長１５７ｎｍ）、又はＹＡＧレーザ若しくは他の固体レーザ（半導体レーザ等）の高調波発生装置等を使用することも可能である。

レーザ光源１６は、レーザ共振器１６ａ、このレーザ共振器１６ａから射出されるレーザ光（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、このビームスプリッタ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、ビームモニタ機構１６ｃからの検出情報が入力されるレーザ制御装置１６ｅ、及びレーザ制御装置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。レーザ光源１６の各構成部材（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を透過したレーザ光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。

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、このエキシマレーザチューブ６４の後側（図１における−Ｙ方向）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＋Ｙ方向）に配置された低反射率ミラー（フロントミラー）６８、及び狭帯域化モジュール７０等を含む。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との間のレーザ光ＬＢの光路上に順次配置される固定の粗調用のファブリ・ぺロー・エタロン（Fabry-Perot etalon）（以下、エタロンと略称する。）と、可変傾角の微調用のエタロンとを含んで構成される。エタロンは、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光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光ＬＢの波長（中心波長）を所定範囲でシフトできる。

なお、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、回折格子とフロントミラー６８とによって共振器が構成される。また、回折格子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。このときに、回折格子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。レーザ光源１６には、その可変傾角のエタロン（又は回折格子及び可変傾角のエタロン、あるいは回折格子やプリズム）等の分光素子を駆動するための駆動機構１９が設けられている。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。

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（例えば媒体ガスであるアルゴンＡｒ、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。そのため、エキシマレーザチューブ６４には、不図示の給気バルブを有する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。エキシマレーザチューブ６４には、不図示の排気バルブを有する例えばフレキシブルな排気管が接続されている。この排気管には、フッ素を卜ラップして除去する除去用フィルタや排気用ポンプなどが設けられている。

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、その光路を開閉する第１シャッタ２１が設けられている。また、基準光源１６ｈとハーフミラー１６ｇとの間の光路上には、その光路を開閉する第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光ＬＢ及び基準光源１６ｈからの光のいずれかが選択的に入射可能である。シャッタ２１，２３の開閉はレーザ制御装置１６ｅによって行われる。通常は、図１に示すように第１シャッタ２１は開状態にされ、第２シャッタ２３は閉状態にされる。

ビームモニタ機構１６ｃは、その内部にエネルギーモニタとスペクトルモニタ（分光計）とを含む。エネルギーモニタは、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。このエネルギーモニタとしては、高い応答周波数を有するフォトダイオードなどの受光素子が用いられる。このエネルギーモニタからの光電変換信号はレーザ制御装置１６ｅに出力される。

スペクトルモニタとしては、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。そのエタロンにレーザ光ＬＢが入射すると、部分反射面での回折光はエアーギャップ間で反射と透過とを繰り返し、所定の入射角の光のみがエタロンを透過して強め合う。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、このフリンジパターンがそ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。そのラインセンサで検出される光強度の分布（干渉縞の撮像信号）を、ビームモニタ機構１６ｃの検出部で処理することによって、レーザ光ＬＢの山型のスペクトル分布が求められる。このスペクトル分布の情報がレーザ制御装置１６ｅに送出される。

図２（Ａ）は、ビームモニタ機構１６ｃのスペクトルモニタによって計測されるレーザ光ＬＢのスペクトル分布の一例を示す。図２（Ａ）の横軸は波長λ、縦軸は光強度Ｉ（λ）である。また、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）もそれぞれ波長軸の方向に圧縮したレーザ光ＬＢのスペクトルの例を示す。
レーザ光源１６側では、通常は、図２（Ｂ）に示すように、レーザ光ＬＢのスペクトルのピーク値ＩＰに対して光強度Ｉが１／２に低下するときのスペクトルの波長λ１及びλ２の幅である半値全幅FWHM（Full Width Half Maximum)が検出される。さらに、図２（Ｃ）に示すように、レーザ光ＬＢのスペクトルをピーク値ＩＰよりも低い所定レベルＩＬＰでスライスしたときの２つの波長λ３及びλ４の幅内の光強度Ｉの積分値がそのスペクトルの光強度分布の全積分値に対して９５％になるときの幅である９５％エネルギー純度幅Ｅ９５も検出される。また、図２（Ａ）におけるスペクトルの中心波長λｃとしては、スペクトルがピーク値ＩＰを取るときの波長が使用される。なお、中心波長λｃとして、光強度分布の重心位置の波長（重心波長）を用いることもできる。

図１に戻り、レーザ光源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（光源制御系５２）からの制御情報に応じてレーザ光ＬＢを遮光するためのシャッタ１６ｆも配置されている。また、レーザ制御装置１６ｅは、図２（Ａ）のスペクトルから中心波長λｃ、半値全幅FWHM、及び９５％エネルギー純度幅Ｅ９５を求める演算部を備えている。

また、レーザ制御装置１６ｅの制御部は、露光時には、露光本体部１０側から供給される発光トリガーパルスＴＰに応じた発光タイミング及びパルスエネルギーでレーザ光ＬＢが発光されるように、レーザ電源部１６ｄを制御する。
次に、基準光源１６ｈは、ビームモニタ機構１６ｃ内部のスペクトル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、例えば所定の固体狭帯化レーザが用いられる。スペクトルモニタの絶対波長キャリブレーションを行う場合には、第１シャッタ２１を開き、第２シャッタ２３を閉じた状態で、スペクトルモニタでその時のレーザ光ＬＢに対応するフリンジパターンの情報を求めて記憶する。その後、第１シャッタ２１を閉じて第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、このときスペクトルモニタで得られるフリンジパターンとその記憶してあるフリンジパターンとを比較することにより、レーザ光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、レーザ光ＬＢの絶対波長キャリブレーションを行うことができる。この結果、ビームモニタ機構１６ｃのスペクトルモニタでは、レーザ光ＬＢのスペクトルの各光強度Ｉに対応する波長λを高精度に求めることができる。

本実施形態では、レーザ制御装置１６ｅ中の演算部は、主制御装置５０から設定されたタイミングで、ビームモニタ機構１６ｃから供給されるレーザ光ＬＢのスペクトルの情報から、中心波長λｃ、半値全幅FWHM、及び９５％エネルギー純度幅Ｅ９５を求め、これらの情報を光源制御系５２に出力する。
また、レーザ光源１６と露光本体部１０の照明光学系１２との間に、レーザ光ＬＢの光路を照明光学系１２側に向かう光路と、分光計８側に向かう光路とのいずれかに切り替える可動ミラー６が配置されている。可動ミラー６の切り替えは主制御装置５０によって行われる。通常の露光時には、可動ミラー６は退避しており、レーザ光源１６からのレーザ光ＬＢは照明光学系１２に向かう。また、露光本体部１０側でレーザ光ＬＢのスペクトルの評価を行うときには、可動ミラー６がレーザ光ＬＢの光路に設置され、可動ミラー６で反射されたレーザ光ＬＢが分光計８に入射する。分光計８は、レーザ光ＬＢのスペクトル分布を計測する。分光計８は、例えば回折格子を含み、レーザ光源１６側のビームモニタ機構１６ｃのスペクトルモニタよりも高精度にスペクトル分布を計測する。分光計８としては、例えばＬＴＢ社（Lasertechnik Berlin GmbH）のARYELLE400等の高分解能の分光計を使用できる。

分光計８で計測されたレーザ光ＬＢのスペクトル分布の情報は、主制御装置５０を介して演算装置５３に供給される。演算装置５３は、そのレーザ光ＬＢのスペクトル分布の情報から、中心波長λｃ、及びレーザ光ＬＢの各波長λにおける中心波長λｃからのずれ量と光強度Ｉ（λ）とに対応するレーザ光ＬＢの波長オフセットの情報である次の評価量Ｆを求め、これらの情報を主制御装置５０に供給する。なお、中心波長λｃについては、レーザ光源１６のビームモニタ機構１６ｃのスペクトルモニタで基準光源１６ｈを用いて計測される値を使用してもよい。ここで、分光計８で計測されるスペクトル分布も図２（Ａ）の分布であるとする。

その評価量Ｆを計算するために、まず図２（Ａ）のスペクトルの光強度Ｉ（λ）をスペクトルの光強度が０レベル（ノイズとみなすことができるレベル）を超える有効波長範囲（波長λａからλｂ）で式（３Ａ）を満たすように（積分値が１になるように）規格化する。そして、この規格化された光強度Ｉ（λ）を用いて、式（３Ｂ）で示すように、各波長λにおける中心波長λｃからのずれ量δλ（＝λ−λｃ）の自乗と光強度Ｉ（λ）との積の有効波長範囲における積分を評価量Ｆと定義する。評価量Ｆの次元は長さの２乗である。

なお、実用上は、例えば有効波長範囲λａ〜λｂをｋｂ個に分割すると（ｋｂは例えば数１００の整数）、その分割された波長幅Δλ、及びその有効波長範囲中のｋ番目の波長λｋについて、次の関係が成立する。

Δλ＝（λｂ−λａ）／ｋｂ …（４Ａ），λｋ＝λａ＋ｋ・Δλ …（４Ｂ），λｂ＝λａ＋ｋｂ・Δλ …（４Ｃ）
なお、波長幅Δλが波長の計測分解能程度になるように分割数ｋｂを選んでも良い。そして、波長λｋにおけるスペクトルの光強度をＩｋとすると、式（３Ａ）に対応する式（５Ａ）で示すように、光強度Ｉｋの積算値が１になるように光強度Ｉｋを規格化してもよい。また、式（３Ｂ）に対応する式（５Ｂ）で示すように、波長λｋにおける中心波長λｃからのずれ量δλｋ（＝λｋ−λｃ）の自乗と規格化された光強度Ｉｋとの積の有効波長範囲（ｋ＝０〜ｋｂ）における積算値を評価量Ｆと定義してもよい。

この場合、評価量Ｆの平方根であるＦ^1/2は、図２（Ａ）のスペクトルの中心波長からの実効的な波長ずれ量を表している。
具体的に、図３に示すレーザ光の種々のスペクトルについて例えば式（５Ａ）及び（５Ｂ）から評価量Ｆを計算すると以下のようになる。図３において、横軸は中心波長λｃからのずれ量δλ[ｐｍ]、縦軸は波長のずれ量がδλのときの光強度Ｉ（δλ）（任意単位）である。また、曲線Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７は、それぞれ半値全幅FWHM［ｐｍ］と９５％エネルギー純度幅Ｅ９５［ｐｍ］との組み合わせ（FWHM，Ｅ９５）がそれぞれ（０．１２，０．３），（０．１２，０．４），（０．１２，０．５），（０．１２，０．６），（０．１６，０．４），（０．２０，０．５），（０．２４，０．６）のスペクトルを表している。

図３の曲線Ｂ１〜Ｂ７で表されるスペクトルの評価量Ｆ［ｐｍ²］は、ほぼ０．００５０，０．００８７，０．００９３，０．０１３５，０．０１４３，０．０１９６，０．０２１０と単調に大きくなる。これに対して、図３の曲線Ｂ１〜Ｂ４は互いに半値全幅FWHMの値が等しく、曲線Ｂ２及び曲線Ｂ５（又は曲線Ｂ３及び曲線Ｂ６、及び曲線Ｂ４及び曲線Ｂ７）は互いに９５％エネルギー純度幅Ｅ９５の値が等しい。従って、曲線Ｂ１〜Ｂ７のスペクトルの状態を互いに区別するためには、半値全幅FWHM又は９５％エネルギー純度幅Ｅ９５ではなく、本実施形態の評価量Ｆが有効であることが分かる。

また、図４（Ａ）は、評価量Ｆ［ｐｍ²］とスペクトルの中心波長λｃに対する波長ずれ量Ｓλ［ｐｍ］との関係を示す。このように、波長ずれ量Ｓλの２乗が評価量Ｆとなっている。従って、次のように波長ずれ量Ｓλは評価量Ｆの平方根に等しい。この関係を示すのが図４（Ｂ）である。
Ｓλ＝Ｆ^1/2 …（６）
図１に戻り、照明光学系１２は、レーザ光源１６からのレーザ光ＬＢを整形するビーム整形光学系１８、レーザ光ＬＢのエネルギーを複数段階に減少させるエネルギー粗調器２０、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ（この他に内面反射型インテグレータなども使用できる）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、レチクルブラインド３０、第２リレーレンズ２８Ｂ、光路折り曲げ用のミラー２９、及びコンデンサレンズ３２等を備えている。レチクルブラインド３０は、固定ブラインドと走査露光時に開閉される可動ブラインドとを含んでいる。

エネルギー粗調器２０は、主制御装置５０によって駆動モータ３８で回転される回転板２０に透過率の異なる複数の減衰板３６Ａ，３６Ｄ等を設けたものであり、いずれかの減衰板がレーザ光ＬＢの光路上に配置される。照明系開口絞り板２４は、フライアイレンズ２２の射出面近傍の照明光学系１２の瞳面に、駆動モータ４０によって回転可能に配置されている。照明系開口絞り板２４には、例えば通常照明用の円形の開口絞り、輪帯照明用の開口絞り、並びに２極及び４極照明用の複数の開口が形成された開口絞り等が形成されている。主制御装置５０からの制御情報に応じて、いずれかの開口絞りをレーザ光ＬＢの光路上に選択的に設定することで、照明条件が設定される。なお、例えば米国特許出願公開第２００３／００２５８９０号明細書などに開示されるように、瞳面における光量分布を設定するために、複数の回折光学素子、１対の間隔可変のアキシコン、及びズームレンズ等を使用してもよい。

照明系開口絞り板２４から射出されるレーザ光ＬＢよりなる露光光ＩＬの光路上に、透過率の大きなビームスプリッタ２６が配置され、ビームスプリッタ２６を透過した露光光ＩＬは、リレーレンズ２８Ａ，２８Ｂ、レチクルブラインド３０、及びコンデンサレンズ３２等を介してレチクルＲのパターン面（下面）のＸ方向に細長い照明領域を均一な照度分布で照明する。また、ビームスプリッタ２６で反射された露光光ＩＬは、集光レンズ４４を介して光電検出器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の検出信号ＤＳが主制御装置５０に供給される。その検出信号ＤＳを用いることによって、ウエハＷに対する露光量制御が行われる。

また、主制御装置５０は、光源制御系５２を介してレーザ光源１６のレーザ制御装置１６ｅに発光トリガーパルスＴＰ及び制御情報等を出力する。そして、レーザ制御装置１６ｅから出力されるレーザ光ＬＢの中心波長λｃ及び半値全幅FWHM等のレーザ光ＬＢのスペクトル情報は、光源制御系５２を介して主制御装置５０に取り込まれる。
また、レチクルステージＲＳＴにレチクルＲが吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、不図示のレチクルベースの上面（ＸＹ平面に平行な面）にＹ方向に一定速度で移動可能に、かつＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向に微小移動可能に載置されている。レチクルステージＲＳＴの少なくともＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向の位置は、レチクルステージＲＳＴに固定された移動鏡５８に計測用ビームを照射するレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、この計測値が主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、その計測値に基づいて、リニアモータ等の駆動系４８を介してレチクルステージＲＳＴの位置及び速度を制御する。

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（投影倍率は例えば１／４、１／５等）である屈折系が用いられているが、反射屈折系等も使用できる。投影光学系ＰＬは、露光光ＩＬのもとで、レチクルＲの照明領域内のパターンの像を、ウエハＷの表面の一つのショット領域内のＸ方向に細長い露光領域に形成する。最近の露光装置に装着される投影光学系の色収差は殆どが軸上成分（軸上色収差）のみである。そして、投影光学系ＰＬの軸上色収差量ＬＣＡ（＝収差量／波長ずれ量）（ｎｍ／ｐｍ）が予め求められており、その情報が記憶装置５１に記憶されている。この場合、レーザ光ＬＢのスペクトルの上記の評価量Ｆの平方根Ｆ^1/2である波長ずれ量Ｓλに、その軸上色収差量ＬＣＡを乗ずることによって、次のように波長ずれ量Ｓλに起因する投影光学系ＰＬの像面のデフォーカス量ＤＦを求めることができる。

ＤＦ＝ＬＣＡ×Ｓλ …（７）
従って、波長ずれ量Ｓλとデフォーカス量ＤＦとの関係は図４（Ｃ）のように一意的に定まる。ただし、軸上色収差量ＬＣＡは、投影光学系ＰＬの構成によって異なるため、投影光学系ＰＬが異なると、波長ずれ量Ｓλとデフォーカス量ＤＦとの関係は図４（Ｃ）の直線Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３等のように異なった関係になる。直線Ｃ１は、軸上色収差ＣＬＡが約２５０ｎｍ／ｐｍである場合に対応している。

また、図１のウエハステージＷＳＴは、ＸＹステージ１４ＸＹと、この上に搭載されたＺステージ１４Ｚと、Ｚステージ１４Ｚの上部でウエハＷを吸着保持するウエハホルダＷＨとを有する。ＸＹステージ１４は、不図示のウエハベースの上面（ＸＹ平面に平行な面）内で、Ｙ方向へ一定速度で移動し、Ｘ方向、Ｙ方向へステップ移動する。Ｚステージ１４Ｚは、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）及びθｘ方向、θｙ方向の傾斜角を調整する機能を有する。また、ＸＹステージ１４の少なくともＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向の位置は、Ｚステージ１４Ｚの側面の反射面（又は移動鏡）に計測用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。主制御装置５０は、その計測値に基づいて、リニアモータ等の駆動系５６を介してＸＹステージ１４ＸＹの位置及び速度を制御する。さらに、駆動系５６は、不図示のオートフォーカスセンサで計測されるウエハＷの表面の複数の計測点におけるフォーカス位置の情報に基づいて、ウエハＷの表面が投影光学系ＰＬの像面に合焦されるようにＺステージ１４Ｚを駆動する。

また、本実施形態の露光装置ＥＸは液浸型であり、投影光学系ＰＬの下端の光学部材の下面に配置される例えばリング状のノズルヘッド６０と、露光光ＩＬを透過する所定の液体Ｌｑ（純水等）の供給及び回収を行う液体供給回収装置６２とを含む局所液浸機構によって、走査露光中に、投影光学系ＰＬの先端の光学部材とウエハＷとの間の局所的な液浸領域に液体Ｌｑが供給される。その局所液浸機構としては、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書等に開示されている液浸機構を使用できる。

また、Ｚステージ１４Ｚには、レチクルＲのアライメントマークの像の位置を検出するレチクルアライメント系（不図示）が設けられ、投影光学系ＰＬの側面にウエハＷのアライメントマークの位置を検出するウエハアライメント系（不図示）が設けられている。これらのレチクルアライメント系及びウエハアライメント系によってレチクルＲ及びウエハＷのアライメントが行われる。

ウエハＷの露光時には、主制御装置５０の制御のもとで、レーザ光源１６にレーザ光ＬＢのパルス発光を行わせ、レーザ光ＬＢよりなる露光光ＩＬでレチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬによる像でウエハＷの一つのショット領域を露光しつつ、レチクルステージＲＳＴ及びウエハステージＷＳＴを駆動して、レチクルＲとウエハＷとを投影倍率を速度比としてＹ方向に同期して移動することで、ウエハＷの当該ショット領域が走査露光される。その後、レーザ光源１６からのレーザ光ＬＢの出力を停止させて、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光とを繰り返すことで、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される。

この露光動作中には、レーザ光源１６のレーザ制御装置１６ｅの制御部から露光本体部１０の光源制御系５２を介して主制御装置５０にレーザ光ＬＢのスペクトルの情報が供給される。また、必要に応じて、分光計８によってレーザ光ＬＢのスペクトルが計測される。以下、本実施形態のレーザ光源１６の評価方法及び露光方法の一例につき図６のフローチャートを参照して説明する。この動作は主制御装置５０によって制御される。

この場合、本実施形態の露光装置ＥＸでは、一例として解像限界に近い線幅の孤立線（孤立ラインパターン）の像をウエハＷに露光するものとする。また、その孤立線のウエハＷ上での像のベストフォーカス状態での線幅を６５ｎｍとして、ウエハＷの表面のベストフォーカス位置からのデフォーカス量ＤＦを変えた場合の、その孤立線の像の線幅であるＣＤ（Critical Dimension）をｉＣＤとする。そのデフォーカス量ＤＦと孤立線の像の線幅ｉＣＤ［ｎｍ］との関係は、一例として図５（Ａ）のようになる。図５（Ａ）の横軸はデフォーカス量ＤＦ［ｎｍ］、縦軸は線幅ｉＣＤ［ｎｍ］であり、線幅ｉＣＤはデフォーカス量ＤＦのほぼ二次関数である。図５（Ａ）の関係は例えば投影光学系ＰＬの結像性能に基づいてシミュレーションによって求められる。

なお、図５（Ａ）の横軸のデフォーカス量ＤＦと、レーザ光ＬＢのスペクトルの広がりによる波長ずれ量Ｓλ（又は評価量Ｆの平方根Ｆ^1/2）との関係は、図４（Ｃ）の直線Ｃ１等で規定されているため、図５（Ａ）の関係は、図５（Ｂ）に示す、線幅ｉＣＤ［ｎｍ］とレーザ光ＬＢの波長ずれ量Ｓλ［ｐｍ］との関係と等価である。所定の係数ａ１，ａ２，ａ３を用いて、線幅ｉＣＤと波長ずれ量Ｓλ（又はＦ^1/2）との関係はほぼ次の二次関数になる。

ｉＣＤ＝ａ１・（Ｓλ）²＋ａ２・Ｓλ＋ａ３ …（８）
また、図５（Ｂ）の曲線に沿った点ｂ１〜ｂ７は、図３の曲線Ｂ１〜Ｂ７のスペクトルに基づいて式（５Ｂ）及び式（６）から計算される波長ずれ量Ｓλ（又はＦ^1/2）と線幅ｉＣＤとの関係を表している。
なお、図１０は、比較例として、図３の曲線Ｂ１〜Ｂ７の９５％エネルギー純度幅Ｅ９５の値［ｐｍ］と、孤立線の像の線幅ｉＣＤ［ｎｍ］との関係を示す。図１０より、９５％エネルギー純度幅Ｅ９５の値が同じであっても、線幅ｉＣＤが異なる場合があることが分かる。同様に、半値全幅FWHMの値が同じであっても、線幅ｉＣＤが異なる場合がある。これより、半値全幅FWHM又は９５％エネルギー純度幅Ｅ９５では、レーザ光ＬＢの実質的な波長ずれ量、及びこれに基づくデフォーカス量、ひいては結像性能を必ずしも正確に表すことができないことが分かる。

次に、図６のステップ１０１において、主制御装置５０は、レーザ光源１６から出力されるレーザ光ＬＢのスペクトル計測を行うかどうかを判定する。スペクトル計測は、例えば露光工程の間に定期的に実行される。スペクトル計測を行わない場合には動作はステップ１１０の露光工程に移行する。ステップ１０１でスペクトル計測を行うと判定された場合、ステップ１０２に移行して、主制御装置５０は、可動ミラー６で反射されたレーザ光ＬＢが分光計８に入射するように、可動ミラー６をレーザ光ＬＢの光路上に切り替える。

次のステップ１０３において、光源制御系５２を介してレーザ制御装置１６ｅに発光トリガーパルスを供給することによって、レーザ光源１６を発光させる。そして、露光本体部１０側の分光計８によってレーザ光ＬＢのスペクトル分布を計測させる。この計測された図２（Ａ）のようなスペクトルの情報は演算装置５３に供給される。また、ステップ１０３と実質的に並行して実行されるステップ１０４において、レーザ光源１６側のビームモニタ機構１６ｃのスペクトルモニタでもレーザ光ＬＢのスペクトルを計測する。さらに、レーザ光源１６側では、そのスペクトルモニタで基準光源１６ｈからのレーザ光のスペクトルを計測し、絶対波長キャリブレーションによってレーザ光ＬＢの中心波長λｃ’を求める。この中心波長λｃの情報は、レーザ制御装置１６ｅから光源制御系５２及び主制御装置５０を介して演算装置５３に出力される。

次のステップ１０５において、演算装置５３は、分光計８から供給されたスペクトル分布からレーザ光ＬＢの中心波長λｃを求める。なお、この中心波長λｃがレーザ光源１６で計測された中心波長λｃ’となるように、分光計８で計測されたスペクトルの波長にオフセットを加えてもよい。この場合、レーザ光ＬＢの中心波長としてレーザ光源１６側で計測された値を用いることを意味する。

次のステップ１０６において、演算装置５３は、式（５Ａ）、（５Ｂ）からスペクトル分布（レーザ光ＬＢ）の波長ずれの評価量Ｆを計算する。次のステップ１０７において、演算装置５３は、計算された評価量Ｆから式（６）より波長ずれ量Ｓλを計算する。さらに、演算装置５３は、計算された波長ずれ量Ｓλ及び投影光学系ＰＬの既知の軸上色収差量ＬＣＡを用いて、式（７）から波長ずれ量Ｓλを投影光学系ＰＬの像面のデフォーカス量ＤＦ（フォーカスオフセット）に換算する。

一例として、スペクトルの状態が図３の曲線Ｂ１で示すように、半値全幅FWHMが０．１２ｐｍで９５％エネルギー純度幅Ｅ９５が０．３０ｐｍの場合に相当するものとすると、評価量Ｆは約０．００５ｐｍ²となり、式（６）から波長ずれ量Ｓλｘは約０．０７ｐｍとなる。また、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡが液浸時に１．３０で、軸上色収差量ＬＣＡを約２５０ｎｍ／ｐｍとすると、式（７）（図４（Ｃ）の直線Ｃ１）からデフォーカス量ＤＦｘは約１８ｎｍであることが分かる。

さらに、このデフォーカス量ＤＦｘを図５（Ａ）の孤立線の像の線幅ｉＣＤとデフォーカス量ＤＦとの既知の関係に当てはめることによって、レーザ光ＬＢの波長ずれ量Ｓλに起因するデフォーカスによって変化した後の孤立線の像の線幅はｉＣＤｘであることが分かる。このデフォーカス量ＤＦｘ及び線幅ｉＣＤの情報は主制御装置５０に供給される。
次のステップ１０８において、主制御装置５０は、一例としてレーザ光ＬＢのスペクトルの波長ずれ量Ｓλ（評価量Ｆ）に起因する投影光学系ＰＬの像のデフォーカス量ＤＦｘ（フォーカスオフセット）を、Ｚステージ１４ＺによるウエハＷのＺ位置の制御誤差と比較する。一例として、主制御装置５０は、レーザ光ＬＢに起因するデフォーカス量ＤＦｘと、Ｚステージ１４ＺのＺ位置の制御誤差との和が予め定められているデフォーカス量ＤＦｔになるように、Ｚステージ１４Ｚの制御誤差を調整してもよい。その予め定められているデフォーカス量ＤＦｔは、例えばそのデフォーカス量ＤＦｔのときに、孤立線の像の線幅が目標値（例えば６５ｎｍ）になるように、孤立線に対応するレチクルＲのパターンの線幅が補正してあるものである。

その後、ステップ１０９で、可動ミラー６をレーザ光ＬＢの光路外に退避させた後、ステップ１１０の露光工程に移行することによって、レーザ光ＬＢのスペクトルに起因するデフォーカス量が存在しても、孤立線の像の線幅を目標値に近づけることができる。
また、孤立線ではなく、微細な線幅のライン・アンド・スペースパターン（Ｌ＆Ｓパターン）の像の線幅を制御する場合にも、同様にレーザ光ＬＢのスペクトルの評価量Ｆに基づく波長ずれ量Ｓλに起因するデフォーカス量ＤＦを考慮することができる。この場合にも、Ｌ＆Ｓパターンの像の線幅の制御精度を向上できる。

また、露光工程中には、所定のタイミングでレーザ光源１６から光源制御系５２を介して主制御装置５０に、レーザ光ＬＢの中心波長λｃ、半値全幅FWHM、及び９５％エネルギー純度幅Ｅ９５の情報が供給される。これらの情報から主制御装置５０は、例えばレーザ光源１６の発振状態をモニタしてもよい。
本実施形態の効果等は以下の通りである。

（１）本実施形態のレーザ光ＬＢを出力するレーザ光源１６の評価方法は、露光本体部１０側の分光計８でレーザ光ＬＢのスペクトル分布を計測するステップ１０３と、計測されたそのスペクトル分布からレーザ光ＬＢの中心波長λｃを求めるステップ１０５と、そのスペクトル分布及び中心波長λｃからレーザ光ＬＢの波長オフセットの情報である式（３Ｂ）又は式（５Ｂ）の評価量Ｆを求めるステップ１０６と、を含んでいる。

また、本実施形態の露光装置ＥＸの露光方法は、レーザ光源１６からのレーザ光ＬＢでレチクルＲのパターンを照明し、レーザ光ＬＢでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基板）を露光する露光方法である。この露光方法は、分光計８でレーザ光ＬＢのスペクトル分布を計測するステップ１０３と、そのスペクトル分布からレーザ光ＬＢの中心波長λｃを求めるステップ１０５と、そのスペクトル分布及び中心波長λｃから評価量Ｆを求めるステップ１０６と、を含んでいる。

本実施形態によれば、レーザ光ＬＢのスペクトル分布から求められる評価量Ｆは、レーザ光ＬＢの実質的に全部のスペクトルの情報を考慮した波長オフセットの情報であり、評価量Ｆから例えば式（６）よりレーザ光ＬＢの実質的な波長ずれ量Ｓλを求めることができる。従って、レーザ光源１６を露光光源とする場合に、仮に投影光学系ＰＬの軸上色収差ＬＣＡが分かっていれば、式（７）から露光パターンのデフォーカス量ＤＦ（投影光学系ＰＬの像位置のオフセット量）を求めることができる。従って、評価量Ｆを用いることによって、レーザ光ＬＢのスペクトルの状態の露光パターン又は投影光学系ＰＬの結像性能に対する影響をより正確に評価できる。

さらに、その露光方法によれば、評価量Ｆによってレーザ光ＬＢのスペクトルの状態が投影光学系ＰＬの像位置のオフセットに与える影響を評価できるため、例えばその影響を補正することによって、露光精度（解像度、重ね合わせ精度等）を向上できる。
（２）また、分光計８は、回折格子を含む高精度の分光器であるため、レーザ光ＬＢのスペクトルを高精度に評価できる。なお、分光計８（計測装置）としてエタロンを含む簡易型の分光器を使用してもよい。

（３）また、本実施形態の露光装置ＥＸは、レーザ光源１６からのレーザ光ＬＢでレチクルＲのパターンを照明し、レーザ光ＬＢでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基板）を露光する露光装置である。この露光装置は、レーザ光ＬＢのスペクトル分布を計測する可動ミラー６及び分光計８（計測装置）と、その計測されたスペクトル分布からレーザ光ＬＢの中心波長λｃ、レーザ光ＬＢの各波長λにおける中心波長λｃからのずれ量δλと光強度Ｉ（λ）とに対応するレーザ光ＬＢの式（３Ｂ）又は式（５Ｂ）の評価量Ｆ（波長オフセットの情報）を求める演算装置５３と、を備えている。

この露光装置によれば、評価量Ｆによってレーザ光ＬＢのスペクトルの状態が投影光学系ＰＬの像位置のオフセットに与える影響を評価できるため、例えばその影響を補正することによって、露光精度（解像度、重ね合わせ精度等）を向上できる。
（４）また、露光装置ＥＸの演算装置５３は、レーザ光ＬＢの評価量Ｆ（波長ずれ量Ｓλ）と投影光学系ＰＬの軸上色収差ＬＣＡ（色収差情報）とを用いて、露光パターンのデフォーカス量ＤＦ（投影光学系ＰＬの像位置のオフセットの情報）を求めている。従って、評価量Ｆからレーザ光ＬＢのスペクトルの投影光学系ＰＬの結像性能に与える影響を容易に評価できる。

次に、本実施形態の露光装置ＥＸを用いる露光工程において、累進焦点露光法（又はＣＤＰ露光法）を用いる場合につき、図７及び図８を参照して説明する。累進焦点露光法は、露光対象のレチクルＲのパターンが例えばコンタクトホールのような孤立パターン又は複数の孤立パターンが近接して配置された孤立的なパターンである場合に、投影光学系ＰＬの見かけ上の焦点深度（ＤＯＦ）を深くするために使用される。

図７は、累進焦点露光法で露光を行う場合の図１の露光装置ＥＸの要部の概略構成を示す。なお、図７では、局所液浸機構の図示を省略している。図７において、レチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＬに対してＹ方向に同期して走査する走査露光時に、ウエハＷの表面は、投影光学系ＰＬの像面ＢＦＰに対してθｘ方向に角度θｐで傾斜した方向ＢＰに走査される。これは、ウエハステージＷＳＴのＸＹステージ１４ＸＹがＹ方向に移動するときに、Ｚステージ１４Ｚの例えば３箇所のＺ駆動部３Ａ，３Ｂ，３ＣによるＺ方向の駆動量を次第に増加（又は減少）することによって行われる。この場合、ウエハＷの表面の各点は、投影光学系ＰＬの露光領域をＹ方向に横切るときに、それぞれ像面ＢＦＰを中心としてＺ方向の幅（以下、ＣＤＰ振り幅という。）がＺｃｄの範囲を移動する。従って、ウエハＷの各点において、累進焦点露光法の効果が同様に得られる。

一例として、投影光学系ＰＬの開口数ＮＡを１．０（液浸時）として、露光光ＩＬ（レーザ光ＬＢ）の照明条件をコヒーレンスファクタ（σ値）が０．８の非偏光の通常照明とする。そして、６％透過ハーフトーン膜によって、理想状態でウエハＷの表面に１１０ｎｍ角の孤立ホールパターンの像を形成できるパターンが形成されたレチクルＲを用いて、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄが０の条件（通常露光）で、ウエハＷの表面に幅が１００ｎｍの孤立ホールパターンの像が形成されるように露光条件を設定する。この条件下で、シミュレーションによって、累進焦点露光法によってＣＤＰ振り幅Ｚｃｄを次第に大きくしながら、ウエハＷの表面にその孤立ホールパターンの像を露光したときの、その像の幅であるＣＤ（Critical Dimension）を計算した。

図８の曲線ＣＡは、そのシミュレーションによって計算されたＣＤＰ振り幅Ｚｃｄと、孤立ホールパターンの像の幅であるＣＤとの関係を示している。図８の横軸はＣＤＰ振り幅Ｚｃｄ［ｎｍ］、縦軸はその像の幅であるＣＤ［ｎｍ］である。図８の曲線ＣＡより、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄが次第に増加すると、像の幅であるＣＤは次第に狭くなることが分かる。

この場合、図７の累進焦点露光法による露光時に、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄ内の各フォーカス誤差の重みは均一であるため、各フォーカス誤差の自乗和にその重みを掛けた総和の平方根をとった、等価フォーカスオフセットは、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄを２×３^1/2で割った値となる。そこで、シミュレーションによって、通常の露光方法で、かつ次第にウエハＷの表面をその等価フォーカスオフセットだけデフォーカスさせながら、ウエハＷの表面にその孤立ホールパターンの像を露光したときのその像の幅を計算した結果が、図８の曲線ＣＢである。

即ち、図８の曲線ＣＢは、通常の露光方法でウエハＷの表面をＺｃｄ／（２×３^1/2）だけデフォーカスさせて露光した場合の孤立ホールパターンの像の幅を示している。曲線ＣＢは曲線ＣＡとほぼ一致していることから、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄに対応する等価フォーカスオフセットによって、十分な精度で、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄの累進焦点露光法で露光する場合の孤立ホールパターンの像の幅のＣＤを推定できることが分かる。

なお、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄは図８の所定の目標値（例えば２００ｎｍ）に設定されるとともに、この場合の像の幅のＣＤの減少量を相殺するように、レチクルＲのパターンの幅が広く設定されている。また、実際にはＺステージ１４Ｚの制御誤差によって、ＣＤＰ振り幅Ｚｃｄはその目標値に対して所定の誤差をもって設定されるが、その誤差に起因する像の幅の誤差は、図８の等価フォーカスオフセットに基づいて計算された曲線ＣＢから容易に推定できる。

このとき、さらに図６のステップ１０２〜１０８のレーザ光源１６の評価動作によって、レーザ光源１６から出力されるレーザ光ＬＢのスペクトルの式（３Ｂ）又は式（５Ｂ）の評価量Ｆ、式（６）の波長ずれ量Ｓλ、及び式（７）の投影光学系ＰＬの像面のデフォーカス量ＤＦが求められているものとする。この場合には、図８のＣＤＰ振り幅Ｚｃｄの誤差に実質的にそのレーザ光ＬＢのスペクトルに起因するデフォーカス量ＤＦが加算されるため、このデフォーカス量ＤＦも考慮してＺステージ１４Ｚの制御誤差を調整することによって、累進焦点露光法による露光精度を向上できる。

なお、上記のＣＤＰ振り幅Ｚｃｄの設定誤差の影響の計算は、上記の単純な振り幅の変化に限定されるものではない。例えばＺステージ１４Ｚの制御誤差によって、累進焦点露光法による露光時の各時刻におけるウエハＷのフォーカス位置が、その目標値に対してランダムな値の誤差を持つときにも、各時刻のフォーカス誤差を計測して、そのフォーカス誤差の自乗和の平方根をその等価フォーカスオフセット（換算フォーカスオフセット）として、図８の曲線ＣＢに対応する像の幅の変化を計算してもよい。

なお、上記の実施形態においては、次のような変形が可能である。
まず、図６（Ａ）のステップ１０６において、演算装置５３は、評価量Ｆを求めているが、演算装置５３さらに評価量Ｆの平方根Ｆ^1/2を計算してもよい。この場合には、式（６）からその平方根Ｆ^1/2は波長ずれ量Ｓλそのものであるため、ステップ１０７において、演算装置５３は、式（７）から直接にデフォーカス量ＤＦを計算できる。

また、上記の実施形態では、レーザ光ＬＢのスペクトルの波長オフセットの情報として、式（３Ｂ）又は式（５Ｂ）の評価量Ｆ（又はこの平方根）を求めている。この他にその波長オフセットの情報として、次式から、レーザ光ＬＢのスペクトルの中心波長λｃからの波長λのずれ量δλの絶対値と規格化された光強度Ｉ（λ）との積の積分値である評価量Ｆ’を計算してもよい。

この評価量Ｆ’の次元は長さであるため、この評価量Ｆ’はそのまま式（６）の波長ずれ量Ｓλの近似値として使用可能である。なお、式（９）の代わりに、積和の形式を用いてもよい。

なお、レーザ波長幅による評価量Ｆ１（デフォーカス換算量Ｄ１）及びＣＤＰによる評価量Ｆ２（デフォーカス換算量Ｄ２）は独立に制御する必要はなく、例えばＦ１とＦ２との和（Ｄ１とＤ２との自乗和）が一定となるような制御を行ってもよい。この場合には、レーザ波長幅の変化が検出されたときには、そのＦ１の変化に応じてＣＤＰ振り幅を変化させ、Ｆ１とＦ２との和を一定に保てばよい。一方、実効的なＣＤＰ振り幅が変化した場合には、そのＦ２の変化に応じてレーザ波長幅を変化させてＦ１とＦ２との和を一定に保つことで、結果として、ＣＤＰ方式の露光においても結像性能を一定に保つことができる。

次に、上記の実施形態の露光装置ＥＸ又は露光方法を用いて半導体デバイス（電子デバイス）を製造する場合、この半導体デバイスは、図９に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいてマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、露光装置ＥＸによりレチクルのパターンをレジストが塗布された基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像してレジストパターンを形成する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、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、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置又は露光方法を用いて基板（ウエハ）上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理することとを含んでいる。このとき、その露光装置又は露光方法では、レーザ光ＬＢ（露光光）のスペクトルの結像性能に与える影響を正確に評価でき、結像性能を向上できるため、微細パターンを有するデバイスを高精度に製造できる。

なお、上記実施形態では、本発明がスキャニングステッパーよりなる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、ステッパー等の一括露光型の露光装置にも好適に適用できる。また、本発明は、ドライ露光型の露光装置にも適用できる。
また、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスへの適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置の製造プロセスや、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems：微小電気機械システム)、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスの製造プロセスにも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグラフィ工程を用いて製造する際の、製造工程にも適用することができる。

このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得る。

ＥＸ…露光装置、ＰＬ…投影光学系、８…分光計、１０…露光本体部、１２…照明光学系、１６…レーザ光源、１６ｃ…ビームモニタ機構、１６ｅ…レーザ制御装置、５０…主制御装置、５３…演算装置

Claims (19)

1. レーザ光を出力するレーザ光源の評価方法において、
   前記レーザ光のスペクトル情報を計測することと、
   計測された前記スペクトル情報から前記レーザ光の中心波長の情報を求めることと、
   前記スペクトル情報及び前記中心波長から前記レーザ光の各波長における前記中心波長からのずれ量と光強度とに対応する前記レーザ光の波長オフセットの情報を求めることと、
   を含むことを特徴とするレーザ光源の評価方法。
2. 前記レーザ光の波長λにおける前記中心波長からのずれ量をδλ、波長λにおける前記レーザ光の規格化された光強度をＩ（λ）として、前記レーザ光の波長オフセットの情報は、光強度Ｉ（λ）の値が有効な波長範囲における次の積分で計算される評価量Ｆに関する情報であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ光源の評価方法。
   Ｆ＝∫δλ²×Ｉ（λ）ｄλ
3. 前記波長オフセットの情報はＦ^1/2を含む情報であることを特徴とする請求項２に記載のレーザ光源の評価方法。
4. レーザ光源からのレーザ光でパターンを照明し、前記レーザ光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
   前記レーザ光源を請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザ光源の評価方法で評価することを含むことを特徴とする露光方法。
5. 前記レーザ光の中心波長及び波長オフセットの情報と、前記投影光学系の色収差情報とを用いて、前記投影光学系の像位置のオフセットの情報を求めることを含むことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。
6. 前記基板を移動するステージの前記投影光学系の光軸方向の位置の制御誤差と、前記像位置のオフセットとを比較することを含むことを特徴とする請求項５に記載の露光方法。
7. 前記基板を露光する際に、前記基板を前記投影光学系の像面に対して傾斜した面に沿って移動するとともに、
   前記基板の各点が前記投影光学系の露光領域を横切る際の前記各点の前記投影光学系の光軸方向の移動量を前記投影光学系の像位置の等価的なオフセットに換算することを含むことを特徴とする請求項５又は６に記載の露光方法。
8. レーザ光源からのレーザ光でパターンを照明し、前記レーザ光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光方法において、
   前記レーザ光のスペクトル情報を計測することと、
   計測された前記スペクトル情報から前記レーザ光の中心波長の情報を求めることと、
   前記スペクトル情報及び前記中心波長から前記レーザ光の各波長における前記中心波長からのずれ量と光強度とに対応する前記レーザ光の波長オフセットの情報を求めることと、
   を含むことを特徴とする露光方法。
9. 前記レーザ光の波長λにおける前記中心波長からのずれ量をδλ、波長λにおける前記レーザ光の規格化された光強度をＩ（λ）として、前記レーザ光の波長オフセットの情報は、光強度Ｉ（λ）の値が有効な波長範囲における次の積分で計算される評価量Ｆに関する情報であることを特徴とする請求項８に記載の露光方法。
   Ｆ＝∫δλ²×Ｉ（λ）ｄλ
10. 前記波長オフセットの情報はＦ^1/2を含む情報であることを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
11. 請求項４〜１０のいずれか一項に記載の露光方法を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
12. レーザ光源からのレーザ光でパターンを照明し、前記レーザ光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
    前記レーザ光のスペクトル情報を計測する計測装置と、
    計測された前記スペクトル情報から前記レーザ光の中心波長、及び前記レーザ光の各波長における前記中心波長からのずれ量と光強度とに対応する前記レーザ光の波長オフセットの情報を求める演算装置と、
    を備えることを特徴とする露光装置。
13. 前記レーザ光の波長λにおける前記中心波長からのずれ量をδλ、波長λにおける前記レーザ光の規格化された光強度をＩ（λ）として、前記レーザ光の波長オフセットの情報は、光強度Ｉ（λ）の値が有効な波長範囲における次の積分で計算される評価量Ｆに関する情報であることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
    Ｆ＝∫δλ²×Ｉ（λ）ｄλ
14. 前記波長オフセットの情報はＦ^1/2を含む情報であることを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
15. 前記演算装置は、前記レーザ光の中心波長及び波長オフセットの情報と、前記投影光学系の色収差情報とを用いて、前記投影光学系の像位置のオフセットの情報を求めることを特徴とする請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の露光装置。
16. 前記計測装置は、回折格子を含むことを特徴とする請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の露光装置。
17. 前記基板を移動するステージと、
    前記ステージの前記投影光学系の光軸方向の位置の制御誤差と、前記像位置のオフセットとを比較する制御装置とを備えることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
18. 前記ステージは、前記基板を露光する際に、前記基板を前記投影光学系の像面に対して傾斜した面に沿って移動するとともに、
    前記演算装置は、前記基板の各点が前記投影光学系の露光領域を横切る際の前記各点の前記投影光学系の光軸方向の移動量を前記投影光学系の像位置の等価的なオフセットに換算することを特徴とする請求項１７に記載の露光装置。
19. 請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、基板に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。

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