JPH02135723A - 露光制御装置並びに露光方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、適宜の感応物体に対する照射エネルギー量の
制御、及び照度均一化制御にかかるものであり、例えば
、露光光としてエキシマ等のパルスレーザを使用する露
光装置の露光量制御に関するものである。

［従来の技術］ 従来、パルスレーザを光源とした露光装置における露光
量制御は、レーザ光が一般にパルス毎に±１０９６程度
のばらつきを有している上、短期的、長期的にレーザ密
度の低下現象があることから、各パルス毎の光量を検出
して積算し、この積算結果が所望の値となるまで発光を
行なうという方法で行なわれていた。レーザ密度の低下
現象は、ガスレーザを用いた場合に顕著であり、内部ガ
スの劣化に伴って出力の低下が起こる。通常、内部ガス
が劣化して出力が低下してきた場合には放電印加電圧等
を増加させたり、場合によっては部分的なガス交換を行
って出力の低下を少なくする様な工夫がなされているが
、一定のパルス数で所望の露光量に制御することは困難
であった。

こうした中で、例えは半導体素子製造用の露光装置にお
ける露光制御のように、より高い精度での露光量制御が
要求される場合の制御装置としては、例えば特開昭６０
−１６９１３６号公報に開示されているものがある。

この装置は、感応体（レジスト付きウェハ等）へ与える
露光エネルギーを、適正露光量よりわずかに少ない露光
エネルギーを与える粗露光と、残りの必要とされる露光
エネルギーを与える修正露光の２段階に分けることによ
り、全体として露光エネルギーのばらつきを制御するよ
うにしたものである。

即ち、複数パルスで１シヨツトの露光を行う場合、エネ
ルギー量を小さくした最終パルスによって露光量を制御
することにより、最適露光量を得るようにしている。

尚、ここで１シヨツトとは一括露光方式の場合は、マス
クを介してウェハ全体に露光エネルギーが照射されるこ
とであり、ステップアンドリピート方式（後述）の場合
は、ウェハ上の部分的な１つの領域に露光エネルギーが
照射されることである。

ところで近年半導体素子製造用の露光装置において採用
されているステップアンドリピート方式では、１枚のウ
ェハを露光するにあたって、露光すべき領域を複数の露
光領域に分割し、各露光領域毎に露光を行ない、１つの
露光領域の露光が終了した段階で次の露光領域に移動し
て再び露光を行うという動作をくり返すことにより最終
的にウェハ全面の露光を行っている。

従って単位時間当たりの半導体素子の生産量を多くする
には、各露光領域の間の移動時間を極力短くするととも
に、各露光領域に於ける露光時間を短くすることが重要
である。このため特開昭６０−１６９１３６号公報に開
示されている手段により露光を行う場合でも、なるべく
大きなエネルギーで粗露光を行い、修正露光の時間を短
くすることが必要である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前述の特開昭６０−１６９１３６号公報
に開示されたような方法では、最小パルスに含まれるエ
ネルギー量の誤差（ばらつき）に対して何等配虜されて
いないため、依然として露光量が適格に制御されず、適
切な露光を行うことができないという不都合がある。

又、最終パルスの設定エネルギーは、適正露光量より粗
露光分を差し引いた値となる為、最終パルスの露光量を
設定する手段のダイナミックレンジを大きく゛とらなけ
ればならず、装置の′ａ雑化を招く上、高い制御精度が
得られないという問題点がある。

又、特開昭６３−８１８８２号公報に開示されているよ
うに修正露光を複数パルスとして適正露光量を得る方法
もあるが、この場合においても露光時間が長くなるとと
もに、露光量設定手段のダイナミックレンジが大きくな
るという問題点は解消されない。

さらに、上記のような修正露光で露光量を調整する方法
においては、修正露光時の１パルスのエネルギー量及び
露光パルス数が粗露光を完了した時点での積算露光量に
依存する為、各ショット毎に一定とならないという欠点
が有る。即ち、露光エネルギー源がレーザ光源の場合、
レーザ光の持つ可干渉性により露光面においてスペック
ルと呼ばれる照度むらが生じることが有るが、上記の光
量制御方法ではこのスペックルを効果的に低減すること
ができない。この問題について以下（説明する。

スペックルは半導体素子製造のフォ］・リソグラフィー
工程におけるパターン線幅のコントロールに重大な影響
を与えるので、例えば特開昭５９−２２６３１７号公報
に開示されているようにパルス光の発光毎にスペックル
パターン（又は干渉パターン）を移動させて（レーザ光
を振動させて）スペックルを最終的に平滑化することも
考えられている。しかるにこの特開昭５９−２２６３１
７号の方法と特開昭６３−８１８８２号の方法を組み合
せ、露光量を最適化しつつもスペックルを低減すること
を行う場合、特開昭５９−２２６３１７号公報に示され
ている様に投影レンズの１００面での光源像（レーザス
ポット）を瞳面内に於てなるべく均一に分布させる必要
が有る。これを実現するには瞳面に於けるレーザスポッ
トの点数を一定とし、その整数倍のパルス数で露光を行
うとともに、露光中はレーザ強度を一定に保つ必要が有
る。ところが、前述の特開昭６３−８１８８２号の方法
では、修正露光時に露光強度を変える為、瞳面に於て、
修正露光時に対応する領域のみ他の領域より積算エネル
ギーが低く、結果として充分にスペックルを低減出来な
い。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、露光
量を要求される精度に応じて制御するどともに、効果的
に照度均一化を行なうことができ、かつ露光時間の短縮
も図ることのてきる露光制御装置を提供することを目的
とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明では、発振のたびに所定の範囲内で光量変動を
伴う可干渉性のパルス光の複数の照射によって、第１物
体に形成されたパターンを所定の露光量で感光性の第２
物体に転写する装置の第２物体への露光量を制御する露
光制御装置に、第１物体もしくは第２物体上に生じる干
渉パターンを、パルス光の照射毎に移動させて平滑化す
る為に必要な必要パルス数と、目標とする適正露光量に
応じた値とに基づいて、各パルス光の平均光量値を予め
決定する第１演算手段と；平均光量値のもとでパルス光
を照射した時に第２物体へ与えられるべき目標積算光量
に対応じた目標値を、必要パルス数の各パルス毎に決定
する第２演算手段と； 第２物体へ与えられた実際の積算光量に対応じた実測値
を検出する光量計測手段と； 先行して照射されたパルス光によって得られた実測値と
、それに対応じた目標値との差分を算出する第３演算手
段と； 算出された差分に応じた値だけ、次に照射すべきパルス
光の光量を前記平均光量値から補正して調整する光量調
整手段とを備えたことによって、上記の課題を達成して
いる。

また、前記パルス光が非干渉性である場合、又は可干渉
性であってもパターン転写の際に問題とならない場合、
さらには光以外に例えばＸ線等のパルスエネルギーを照
射することによりパターンの転写を行なう場合には、 パルスエネルギーのエネルギー変動の範囲と目標とする
適正露光量に対する許容制御精度とによって定められる
必要パルス数と、前記所定の露光量に応じた値とに基づ
いて、必要パルスの照射のたびに前記第２物体に与えら
れるべき目標積算エネルギー量に対応じた目標値を求め
る演算手段と； 先行して照射されたパルスエネルギーによって得られた
実際の積算エネルギー量に対応じた実測値を検出するエ
ネルギー量計測手段と；次のパルスエネルギーのエネル
ギー量を、次のパルスエネルギーの照射に対応して達成
されるべき目標値と、それまでに計測されている実測値
との差分に対応する如く調整するエネルギー量調整手段
とを備えることによって、良好な露光制御を行なうこと
ができる。

［作　用］ 本発明に於ては、露光すべき全パルスにわたって露光エ
ネルギーが所定の平均光量値になるように制御するとと
もに、各ショット毎のパルス数をほぼ一定とする構成を
とっている為、スペックルパターンをパルス光の照射に
同期させて移動させることにより、最終的にスペックル
パターンをほぼ完全に平滑化することができる。

また、本発明では従来のように最後の数パルス又はｌパ
ルスの光量を低下させて修正露光を行なうことをしない
ので、ショット毎の露光時間が最短かつ一定となり得る
。

さらに、各パルス毎に光量を実測し、各パルス毎に光量
を調整するようにしていることから、従来のように目標
露光量にかなり接近した段階で光量の調整を行なう場合
に比較して、光量を実測する光量調整手段及次のパルス
の光量を調整する光量調整手段のダイナミックレンジが
小さくて済み、露光量の制御精度を向上さ、せることが
できる。

［実施例］ 第１図は本発明実施例の構成を示し、ここではレチクル
Ｒ（第１物体）のパターンをウェハＷ（第２物体）へ半
導体製造用投影露光する縮小投影露光装置（ステッパー
）に応用した構成を示す。

第１図において、外部トリガパルスを出力するトリガ制
御部９は、エキシマレーザ光等のパルス光を射出するパ
ルスレーザ光源１０の発振を制御する。このパルスレー
ザ光源１０は、レーザチューブを挟んで両端に配置され
る２枚の共振ミラーの間の一部にエタロン、分散素子等
で構成される狭帯化波長安定化機構を有し、安定共振器
を持つレーザ光源として構成されている。パルスレーザ
光源１０からの射出ビーム　ＬＢｏは、例えば波長２４
８ｎｍのディープＵＶ域であって、そのビーム断面は縦
横比がｌ／２〜１１５程度の長方形をしている。レーザ
ビームはシリンドリカルレンズを組み合せたビームエク
スパンダ−１２に入射し、エクスパンダ−１２はビーム
断面を長方形からほぼ正方形に整形してビームＬＢＩ　
として射出する。

高速減光部１３は入射したビームＬＢ、のビーム光ｉ（
エネルギー）を、例えば離散的な６段階又は連続的に減
衰させる。この高速減光部１３は、レチクルＲのパター
ンを投影レンズＰＬを介してウェハＷに露光している間
に高速に減光率を切替えられるように構成さている。−
例としてレーザビームに対して透明な部分と不透明な部
分を有する２枚の明暗ａ格子を一定の間隔を置いて相対
移動可能に配置したものが採用される。

第２図は高速減光部１３の一例を示す構成図であり、高
速減光部１３は、２枚の明日１１格子１６ａ、１６ｂと
格子駆動部ｆ６ｃから成っている。明暗格子１６ａ及び
１６ｂは、石英ガラス等の紫外光に対して透過率の良い
材質のガラス板の上にクロム等の蒸着により紫外光に対
して不透明な部分を適当な間隔でスリット上に構成した
もので作られており、２枚の格子ｆ６ａ、１６ｂは適当
な間隔で平行に並べられている。そして、一方の格子１
６ａはレーザビームＬｔｌ、に対して固定されており、
他方の格子１６ｂには格子駆動部１６Ｃが結合されてい
て、光量制御部１４からの指令により格子のピッチ方向
に微動するようになっている。

第３図に明暗格子の部分拡大図及びその動作を示す。格
子のピッチをＧＰ、不透明部（遮蔽部）の幅をＧｗとす
る。第３図（ａ）に於ては２つの格子は全くずれておら
ず、透明部と遮蔽部が一致している場合であり、入射光
ＬＢ、に対する減光率はＧｗ／Ｇｐとなる。第３図（ｂ
）は明暗格子１６ａ（固定）と明０９格子１６ｂ（可１
ｒＩＩＪ）カ△ｄタケスれている場合であり、入射光Ｌ
Ｂ、に対する減光率は（ａ　Ｗ＋△ｄ　）／ＧＰとなる
。但し、△ｄはＧｗ〉△ｄの範囲である。

例えばＧＰを１０μｍ　、　Ｇ、を２．５７１ｍとする
とこの構成により入射ビームＬＢ＋　に対しで出射ビー
ムＬ８．゛は７５ｔから５０零まで減光可能である。こ
の例の場合は△ｄの最大の移動ＩはＧｗで規定される為
、最大２．５μｍ移動させれば良い。従って格子駆動部
１６Ｃはピエゾ素子等を用いても充分に機能を果たすこ
とが出来、一般的なエキシマレーザ等の場合のくり返し
周波数１００Ｈｚ〜５００１１ｚに対して、各パルス発
光毎に完全に追随して制御可能であり、高速減光が実現
出来る。

第１図の説明に戻って、所定の減衰を受けたほぼ平行な
ビームＬＢ、’は干渉縞を含むスペックルパターンを平
滑化するためスペックル低減部２０をＡＡすることによ
り、微小な角度で一次元（又は二次元）に撮れる振動ビ
ームとなった後、ミラー２１で折り返されオプチカルイ
ンチグレーターとしてのフライアイレンズ２８に入射す
る。フライアイレンズ２８は複数本のロッド状のエレメ
ントレンズを束ねたもので、その射出端にはエレメント
レンズの数だけ２次光源像（ここではビームＬ８．°の
部分光束の夫々の集光スポット）が形成される。

従ってフライアイレンズ２８に入射するビームＬ［ｌ、
’は、そのフライアイレンズ２８の入射面における入射
角が時々刻々変化する。第４図はフライアイレンズ２８
の入射ビームと２次元光源像（スポット光）との関係を
示し、特開昭５９−２２６３１７号公報に開示された原
理に従う模式的な説明図である。フライアイレンズ２８
の各ロッドレンズ２８ａは両端に凸球面が形成された石
英の四角柱である。光軸ＡＸと平行にビームＬＢｂ　　
（平行光束）がフライアイレンズ２８に入射すると、フ
ライアイレンズ２８の各ロッドレンズ２８ａの射出端、
又は射出端から所定量だけ空気中に出た位置には、スポ
ット光ＳＰｈが集光する。このスポット光ＳＰｂは第４
図では１つのロッドレンズのみについて表わしたが、ビ
ームＬＢｂの照射されるロッドレンズの全ての射出側に
形成され、ビームＬＢｂに対して、各スポット光ＳＰ、
はロッドレンズ射出面のほぼ中心に集光される。さらに
光軸＾Ｘに対して右に傾いた平行なビームＬＢＣがフラ
イアイレンズ２８に入射すると、各ロッドレンズ２８ａ
の射出面の左側にスポット光ＳＰＣとして集光される。

従ってスペックル低減部２０内でのビームの一次元の振
動によって、フライアイレンズ２８の射出側に生じる複
数のスポット光の全てが、フライアイレンズ２８（光軸
ＡＸ）に対して一方向に同時に往復移動することになる
。

こうして、フライアイレンズ２８の射出側にできた各ス
ポット光を成す複数のビームは、第１図に示されるよう
にビームスプリッタ２９で大部分が透過し、コンデンサ
ーレンズ３０に入射し、レチクルＲ上で、それぞれ重ね
合わされる。これによってレチクルＲは、はぼ−様な照
度分布で照明され、レチクルＲのパターンは投景三レン
ズＰＬによってステージ上に載置されたウェハＷのレジ
スト層に所定の露光量で転写される。即ち、スペックル
低減部２０は、フライアイレンズ２８に入射するビーム
を振動することにより、レチクル面又はウェハ面に生じ
る干渉縞（−次元のスペックルパターン）を微小量移動
させて、露光完了時におい−Ｃは、結果的にレジスト層
に転写された明囲絹を平滑化し、干渉縞のビジビリデイ
を低減させる。（ただし、各スポット光からの光の干渉
による露光ムラは生じる。）像（ウェハ）側テレセント
リックの投影レンズＰＬのＩＩ！　（入射瞳）ｅｐには
、フライアイレンズ２８の射出端にできる複数のスポッ
ト光が再結像され、所謂ケーラー照明系が構成される。

なお、この実施例ではスペックルパターンを平滑化する
にあたって、フライアイレンズ２８に入射するレーザ光
を振動させているが、この他に例えば回転拡散板をパル
ス光の発光に同期して回転させる構成としても良い。

次に、ビームスプリッタ−２９で分割された一部のビー
ムは集光光学系２３によって受光素子２４に集光される
。受光素子２４はビームＬＢｏ　　（又はＬＢＩ）の各
パルス発光の光量に応じた光電信号を正確に出力するよ
うに、紫外域において十分な感度を有するＰＩＮフォト
ダイオード等で構成される。その光電信号は光量モニタ
一部２６に人力され、ここで各パルス発光毎の光量が順
次積算される。受光素子２４．光量モニタ一部２６が本
発明における光量計測手段を構成し、計測された実測値
（実際の光量に対応じた値であれは良く、光量自体であ
る必要はない。以下同様。）は、主制御系８に送られる
。この主制御系８はトリガ制御部９、光量制御部１４．
スペックル制御部２２にそれぞれ指令信号を送り装置全
体の動作を制御する。

主制御系８に備えられた入出力装置７はオペレータと装
置本体とのマン・マシンインターフェイスてあり、露光
に必要な各種パラメータをオペレータから受器プ付ける
とともに、装置の状態をオペレータに知らせる。

また、メモリ６には入出力装置７から入力された露光動
作及び各ｆ１演算等に必要なパラメータ（定数）やテー
ブル等が記憶されている。本実施例では、ビームが半周
期たけ振動する間に良好にスペックルパターンを平滑化
するのに必要な最小発光パルス数を決定するための情報
がメモリ６に記憶されている。ここでビームの半周期と
は、′ｆＪ４図においてスポット光を５Ｐａ−５ｌ’ｂ
−５Ｐｃの順（又は逆）に移動させるのに、ビームをＬ
Ｂａ→Ｌｌｌ、−１８ｅ（又は逆）の順の揺動角α　た
り傾けることに対応している。

主制御系８では、メモリ６に予め記憶されているところ
のスペックルパターンを平滑化するために必要なパルス
数とウェハＷに塗布されたレジストの適正露光量に関す
るデータに基づいて、第１演算手段（図示せず）によっ
て各パルス光の平均光量値が決定される。

主制御系８は、さらにこの平均光量値で各パルスを照射
した時にウェハＷに与えられるべき目標積算光量に対応
する目標値を第２演算手段（図示せず）によって算出し
、第３演算手段（図示せず）によって、この目標値と前
述した光ヱモニタ一部２６から送られてきた実測値との
差分を算出する。そして、この差分に基づいて、完全制
御部１４に対して高速減光部１３での光量調整のための
指令を出力する。

また、主制御系８はレーザ光源１０のパルス発光とスペ
ックル低減部２０によるビームの振れ角とが同期するよ
うに、スペックル制御部２２に駆動信号を出力する。尚
、この同期は、ビームの振れ角を高精度にモニターする
検出器の出力に追従してトリガ制御部９へ発振開始及び
停止の信号を出力するようにしても良い。

ところで、以上の説明では、高速減光部１３を２枚の明
暗格子にて構成する場合を示したが、高速減光部１３は
これに限定されるものではなく、例えばレーザビームＬ
Ｂｏ　（ＬＢ、）を直！Ｓ偏光とした場合等では、偏光
板を回転させる構成にしてもよい。この場合は偏光板の
回転位置によフてビームの透過率を連続可変することが
できる。

また、高速減光部１３としてレーザの波長帯域を狭くす
る為に用いられるエタロンを使用しても良い。一般にエ
タロンは２枚のガラス板（この場合は紫外光に対する透
過率を上げる為に石英ガラスを用いる。）を一定の間隔
をおいて平行に保持したものであり、その間隔に応じて
特定の波長に対して高い透過率を有するものであるる。

このエタロンを用いた時の高速減光部の構成を第５図に
示す。第５図に於ける高速減光部は２枚の石英ガラス板
４０．２枚の石英ガラス板４０を一定の間隔をおいて平
行に保持する為のスペーサー４１．エタロンを保持する
為の保持枠４５゜エタロンを支点４４のまわりに回転微
動させる為のアクチュエーター４２及び保持枠を固定部
４６に引きつけておく為のバネ４３から構成されている
。

かかる構成のエタロンにおいては、２枚のガラス板４０
の間隔をｄとし、光軸に対して垂直な而に対する傾き角
をθとすると ２　ｄ　ＣＯｓθ−Ｉλ−（１） の関係の成り立つ波長λに最も高い透過率が得られる。

ここでｍは整数値であり、−例としてθ−０”　、　ｄ
　＝５９．９８４μｍ　、　λ＝　２４８．３８０ｎｌ
ｌｌの条件では、ｍ＝４８３という値で最大透過率を有
する。逆に言えばｍが一定の条件に於ては、角度θを可
変にすることにより最大透過率を得る波長λを変えるこ
とが可能となる。

エタロンの波長に対する透過率の代表的な例を第６図に
示す。第６図に示す様にエタロンの波長に対する透過率
特性はいわゆる“くし形”のＢａｎｄ−Ｐａｓｓフィル
ター特性となっており、ｍの次数によりほぼ一定の間隔
で透過率の高い部分が存在する。透過率のピーク間の間
隔Ｒは一般にフリースベクトルレンジと呼ばれ、（１）
式の関係が成立している場合には 購　　　　　　　　　　　　　　　−十　１となる。又
、各帯域に於けるフィルターのＱ値は、フィネスと呼ば
れる表現が用いられており、Ｒ／△Ｂで表現される。△
Ｂは第６図に示す様に、フィルターの１つの山の半値幅
を示している。

上記で示したエタロンを高速減光部１３として用いる場
合には、レーザ光の波長帯域幅より少し広い弗：域幅を
有するエタロンを用いると都合が良い。通常露光装置に
用いられるレーザの波長帯域幅は５／１０００〜３／ｌ
ｏｏＯｎｍ程度である為、１０／　１１００Ｑｎ以上の
帯域を有するエタロンを使用すると良い。

エタロンを使用してレーザ光を減光する場合の原理を第
７図に示す。第７図に於て（ａ）はパルスレーザ光源１
０より発するレーザの波長に対する強度分布を示してお
り、その帯域幅は３／１０００ｎ刊から５／１０００ｎ
＋＋＋程度である。又、その中心波長はパルスレーザ光
源１０内又は外部で安定化され、安定性は！／１１００
０ｎ以下に制御されている。一方、高速減光部１３とし
て用いられるエタロンの特性は第７図（ｂ）　に示され
、くし形のフィルター特性を有している。エタロンを実
際に高速減光部１３として用いる場合には、フィルター
の中心波長λ。

は、フィルターの帯域幅△Ｂに対し、λ。±ΔＢの間で
制御される（実際にはλ。＋ΔＢ〜λ。の間で制御を行
うか又はえ。−△Ｂ〜λ０の間て制御を行えば良い）。

フィルターの中心波長λ、の制御は先述した様にエタロ
ンの傾き角を変えることで実現可能である。

高速減光部を透過したあとのレーザ強度は第７図（ａ）
のプロファイルと第７図（ｂ）のプロファイルの積で決
定され、第７図（Ｃ）　に示す様なパワーのレーザか出
力される。ここでλ。とλ１を完全に一致させておけば
最大の透過率か得られ、実際には９０％以上の透過率と
なる。一方、λ。に対してλ、＝λ、。−△Ｂとして設
定すると透過率は１０ｔぐらいの値が得られる。（λ、
−λ。＋ΔＢとしても同様の効果が得られる。）又、λ
、をλ。

＝λ。−△Ｂの値よりももう少し小さい値に設定すれば
、Ｏ１近いレベルの透過率も得られる。

実際の制御に際しては、エタロンの角度に対する光の透
過率をあらかじめ測定しておき、このデータをメモリー
６に格納しておき、所望の透過率に対するエタロンの角
度制御量を求めることによりアクチュエータ４２に対し
駆動指令を与えれは良い。

一例としてガラス板の間隔が６０μｍのエタロンを用い
てλ。＝　２４８．３８０ｎｌｌのレーザに対して減光
制御を行う場合には、θ＝　６．５２６２度にてλ。と
λイが一致する。この時ｍの次数は４８０である。

１つ晴りの次数　ｍ　＝　４８１の時の中心周波数はλ
＝　２４７．８６４ｎｉである為、このエタロンのフリ
ースベクトルレンジは０．５１６ｎｌｌとなる。フィネ
スをｌＯとすれば帯域の半値幅は約０．Ｏ５ｎｍとなる
。従って、０．Ｏ５ｎｍ分の中心波長シフトを行えば透
過率は１０％程度になり、この時の角度は６．４２４６
度となる。故に、約０．ｌｏのエタロンの傾斜により９
０零から１０％まで透過率の制御が可能なる。エタロン
の回転中心４４に刻して半径５０ｓｕｎの位置にて駆動
する場合０．ｌｏの傾きを制御するには駆動点にて約９
０μ−移動すれば良い、この程度で制御可能である為、
アクチュエータとしては、ピエゾ素子等を用いれば十分
に高速に駆動することが可能である。

なお、かかる高速減光部１３は、図１にて示した位置の
みでなく、パルスレーザ光源！０とエクスパンダ−１２
の間、又はパルスレーザ光源１０内の共振器ミラーの間
に入れても同様の効果が得られる。さらにスペックル低
減部で、前述したビームを微小角振動させる方式を採ら
ない場合はスペックル低減部２０とフライアイレンズ２
８の間に入れても良い。しかし、いづれにしてもこの高
速減光部１３は、フライアイレンズ２８にレーザ光を入
射する前の段階に入れておく必要が有る。

なんとなればエタロンの透過率はそのＧａｐ値にも依存
する為、エタロンの透光部に対し極力均一なＧａｐ値に
保つことが好ましいが、製造誤差もある為、全面で全く
同じ透過率に維持することは事実上不可能である。従っ
て、エタロンによる照度均一性の劣化（ビーム断面での
強度分布のむら）をフライアイレンズによって解消する
ためには、フライアイレンズの前段にこのエタロンを挿
入することが望ましい。エタロンを用いた場合の特徴は
、制御田来る減光比が大きくとれること、最大透過率が
高いこと、又、第２図に示した明暗格子による方式に比
較して照明むらや、干渉（格子エツジから発生）が生じ
にくいという利点を有することである。

高速減光部１３のさらに別の例としては、第８図に示し
たような透過型二重位相格子がある。かかる位相格子は
、一定のピッチで所定の段差を有する２枚の回折格子を
、一定の間隔おいて平行に保持したものである。回折格
子の段差ｄは格子の部材（この場合は紫外光に対して透
明な部材を用いる。）の屈折率をｎとすると ｄ＝λ／２（ｎ−１）　　・・・（３）となる様に作ら
れている。ここでλはこの位相格子を透過する光の波長
である。

第８図のように２つの位相格子を一定量ずらして配置す
ることにより、光の通る道筋（以下バスという）として
は、Ａ（凹−凸）、Ｂ（凸−凸）Ｃ（凸−凹）４Ｄ（凹
−凹）の４種類が°考えられる。この中でＡとＣは光路
長的には全く同一であるが、Ｂのパスはへのバスと比較
するとｄ（ｎ−１）の光路差がある（但し空気の屈折率
を１とした）、従って（３）式よりＡとＢの光路差はλ
／２となりＡの部分とＢの部分の光は互いに干渉し合っ
て打ち消し合い、結果としてこの２枚の位相格子による
光の透過率が減少する。この減光の度合は２枚の位相格
子のずれ士（△Ｘ）に依存する。上記と同様にＢとＣ７
Ｃとり、ＤとＡの部分を透過する光がそれぞれお互いに
干渉し合うことにより減光される。本方式の場合も回折
格子の凹凸ピッチはｌＯμｍ程度で良く、従って２枚の
回折格子を相対移動させる為のアクチュエーターもピエ
ゾ素子を用いれば十分に高速に駆動することが可能であ
る。

次に、第９図のフローチャート図を用いて実施例の動作
を説明する。

動作開始後、まず最初にステップ１０１において、予め
メモリ６に格納されているスペックルの低減に必要なパ
ルス数Ｎｍ１ｎ、ウェハに塗布されたレジストに見あっ
た最適（目標）総露光量Ｓ。

露光量制御の許容精度の各データに基づいて、主制御系
８に備えられた第１演算手段により１パルス当りの平均
光量値を算出する。

ここで、スペックルの低減に必要なパルス数Ｎ　ａｋｉ
ｎは、スペックル（−次元の王渉縞も含む）のビジビリ
ティ−をどこまで低減するかによって決まる値であり、
大きな値とすればそれだけスペックルの影響は少なくな
り照度の均一化が計れるが余り大きな値とすると露光時
間が長くなり、露光装置としてのスループットが低下し
てしまうので、これらを考慮して設定される。

一方、単位パルス当たりの平均露光エネルギー（露光前
に高速減光部１３でセットされた初期減光値のもとで）
をＰとし、１つの露光域に対する総エネルギー（目標と
する適正露光量）をＳとすると、１つの露光域に対する
露光パルス数Ｎ　ＥＸＰはＮｔｘｐ　＝　ｉ　ＮＴ　（
Ｓ／Ｐ）となる。ここて１ＮＴ（α）は実数値αに０．
５を加え四捨五入により整数値に変換することを示して
いる。

ところで、この露光パルス砂Ｎ　ｒ、ｘｐはスペックル
低減の為には前述したＮ　ｍｉｎの整数倍でなりねばな
らない。従って ＮＥＸＰ　　＝　　（）＝ｙｙＩ　Ｎ１．　　・１４）
Ｐ　β となる。ここでｍは１以上の整数値、βは１以下、０以
上の係数であり、平均減光率と称する。

又、各パルス毎の光強度のバラツキを△Ｐとすると、各
パルス毎に光量を制御する場合にあっては、最終的な積
算露光量の誤差は最終パルスの強度バラツキ△Ｅ＝△Ｐ
・βとなるから、これが露光量制御の許容誤差に入る様
にずれは良い。

即ち、露光量制御制度をＡとすれば △Ｐ　・　β □−く　　Ａ・・・（５） 、゛、　　β＜Ａ　−Ｓ／ΔＰ 又、（４）式より Ｐ’１ｌＩＮ＋ｅｉｎ 又、βは１以下である為、 よって、（６）　、　（７）式を満足する整数値ｍを求
め、露光パルス数を決定するとともに平均減光率β（即
ち平均光量値Ｐβ）を決定すれば良い。

−例として、１パルスの平均エネルギーＰが２１ｉＪ／
ｃｍ２．　ｄ玉露光量が１５３ｍＪ／ｃｍ２．　　Ｎ　
ｍｉｎを５０パルスとすると、適正露光量，１１御のみ
の場合に必要なパルス数は７７バルスとなるが、ｍ−８
１，が５０の整数倍でなければならないことから、ｍ＝
２、即ち１００パルスで露光を行う様になる。この時の
平均減光率βは０．７６５となる。又、１パルスの露光
エネルギーのバラツキを±ＩＯ零とすれば、△Ｐは±０
．２ｍＪ／ｃｍ２　となりβ・△Ｐ＝±０．１５３ｍＪ
／ｃｎ＋２となる。

続いて、ステップ１０２で高速減光部１３の減光率をβ
に設定し、ステップ１０３でパルスカウンターｎ及び光
量モニタ部２６の積算光景に対応する値Ｓ、を、それぞ
れＮ　（ＩＸＩ＋及びＴに設定する。

そして、次のステップ＋０４でパルスカウンタの値が雫
であるか否か判断し、雫でなければ、ステップ１０５に
進んで、トリガ制御部９からトリガ信号を光源１０に送
って１パルスを発光させるとともに、受光素子２４で発
光したパルスの実際の光量に対応する値Ｐａを検出する
。続く、ステップ１０６では光量モニタ部２６における
ｆＡ算光量の設定をｓ、＋ｐａとするとともに、パルス
カウンタの設定をｎ−１とする。

次に、ステップ１０７で、（８）式に従って第２演算手
段で先のステップ１０１で決定した平均光ｆｃ（ｉＰβ
によって与えられるべき目標積算光量を求めるとともに
、第３演算手段で目標積算光量と実測した積算光量の差
分りを求める。

Ｄ＝（Ｎｏ、−ｎ）　・Ｐ・β−Ｓ　ａ−（ａ）そして
、この差分りに基づいて次のパルスにおける減光率をβ
。を（９）式によって決定する。

Ｐ・β＋Ｄ β。＝　　　　　　・・・（９） 但し、各パルス光の露光エネルギーのバラツキをａ％と
した時に、β、＞１−ａ／１００である場合には、β。

＝Ｉ−ａ／１００（最大透過率）とする。

次に、ステップ１０９において、光量制御部１４によっ
て高速減光部１３の減光率を前のステップ１０８で決定
したβ。に設定し、ステップ１０４に戻る。このステッ
プ１０４で前述したと同様にパルスカウンターの値がτ
であるか否か判断し、零でなければステップ１０５に進
んで前述したと同様の動作を行なって再びステップ１０
４に戻り、零であれば露光動作を終了する。

次に、第１０図のパルス数と積算露光量の関係を示すグ
ラフを用いて本実施例における露光量制御の状態を説明
する。第１０図は８パルスで露光が終了する場合を示し
ており、横軸がパルス数、縦軸が積算露光量である。

図において、二点鎖線で示した直線はステップ１０１で
決定した平均光量値のパルス光によフて与えられるべき
積算光量の目標値を示しており、本発明ではこの目標値
に添って露光が行なわれるように各パルス光毎に光量を
制御する。

第１発註のパルス光がＰＩ　という露光量を目標として
発光され、発光後の実際に検出された露光量がＰ’ｌで
あったとすると、第２発註は目ｔＭ　Ｑ７．光量２Ｐ、
とＰ′１の差（２Ｐ＋　　Ｐ）＝Ｐ２の光量に設定され
て発光が行なわれることになる。

同様に、２発目の光量の実測値かＰ°２であったとする
と第３発註は３Ｐｌ　−Ｐ、’−Ｐ２’に設定された光
量で発光を行う。これをくり返してゆくことにより二点
鎖線の目標ラインからのずれが少ない状態で８パルス目
で露光が完了する。最終的な制御精度（適正露光量に対
する誤差）は８パルス目の光量誤差となる。

なお、上記の例では次のパルス光を設定する場合に、次
のパルス光が発光したあとの積算露光量の目標値と過去
の積算光量の差から次のパルスの光量を設定したが、パ
ルス毎のばらつき方に何らかの傾向がある場合には、単
位パルス毎の目標値と単位パルス毎の実測値の比を過去
の複数パルスに対して平均し、目標値をこの比の平均値
で除算したもので新ｊＳな目標値を設定しても良い。

また、上記の実施例では、光源から発振されるパルスエ
ネルギーが可干渉性のし・−ザ光である場合について述
べたが、露光装置の光源が非干渉性のパルス光を射出す
る場合や、例えはＸ線等の光以外のパルスエネルギーを
射出する場合には、スペックルの低減ということについ
ては考慮する必要がないので、パルスエネルギーの変動
範囲と許容制御精度に基づいて必要パルス数を定め、こ
の必要パルス数と最適露光量の値から各パルス毎の目標
値を設定すれば良い。即ち、最終的な適正露光量に対す
る誤差は最終パルスの誤差によって訣まるわけであるか
ら、１パルスのばらつきが許容誤差内に入るように１パ
ルスのエネルギー量を設定すれば良い。

［発明の効果］ 以上のように、本発明においてはｌショットの露光中に
射出されるパルス数が予め設定された定の値となってい
るとともに、各パルス毎に露光量制御が行なわれるので
、干渉パターンをパルス毎に移動させて平滑化する一Ｌ
で好都合であり、かつ、必要最低限のパルス数で露光が
行われるのて生産性の向上を図ることかできる。又、露
光量制御が１パルス毎に行なわれることから、従来に比
較してより正確に光量（エネルギー量）の制御かできる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による露光装置の構成を示す図
、第２図は高速減光部の一例を示す構成図、第３図は第
２図の構成により減光を行う場合の説明図、第４図はオ
プチカルインチグレーターとしてのフライアイレンズと
入射ビームの関係を模式的に示す図、第５図は高速減光
部の別の例を示す構成図、第６図及び第７図は第５図の
構成により減光を行なう場合の説明図、第８図はさらに
別の高速減光部の例を示す構成図、第９図は第１図に示
された実施例の動作を示すフローチャート図、第１０図
は第１図に示された実施例における露光量制御の様子を
示すグラフである。 ［主要部分の符号の説明］ Ｒ・・・レヂクル Ｗ・・・ウェハ ｐｔ、・・・投影レンズ ８・・・主制御系 １０・・・光源 １３・・・高速減光部 １４・・・光量制御部 ２０・・・スペックル低減部 ２２・・・スペックル制御部 ２６・・・光量モニタ部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振のたびに所定の範囲内で光量変動を伴う可干
   渉性のパルス光を射出する光源と、該パルス光を第１物
   体に照射する照射光学系とを備え、複数のパルス光の照
   射によって前記第１物体に形成されたパターンを所定の
   露光量で感光性の第２物体に転写する装置にあって、前
   記第２物体への露光量を前記所定の露光量に制御する露
   光制御装置において、 前記第１物体もしくは第２物体上に生じる干渉パターン
   を、前記パルス光の照射毎に移動させて平滑化する為に
   必要な必要パルス数と、前記所定の露光量に応じた値と
   に基づいて、各パルス光の平均光量値を予め決定する第
   １演算手段と；該平均光量値のもとで前記パルス光を照
   射した時に前記第２物体へ与えられるべき目標積算光量
   に対応した目標値を、前記必要パルス数の各パルス毎に
   決定する第２演算手段と； 前記第２物体へ与えられた実際の積算光量に対応した実
   測値を検出する光量計測手段と； 先行して照射されたパルス光によって得られた前記実測
   値と、それに対応した前記目標値との差分を算出する第
   ３演算手段と； 該算出された差分に応じた値だけ、次に照射すべきパル
   ス光の光量を前記平均光量値から補正して調整する光量
   調整手段とを備えたことを特徴とする露光制御装置。
2. （２）発振のたびに所定の範囲内でエネルギー変動を伴
   うパルスエネルギーを射出するエネルギー源と、該パル
   スエネルギーを第１物体に照射する照射系とを備え、複
   数のパルスエネルギーの照射によって前記第１物体に形
   成されたパターンを所定の露光量で感応性の第２物体に
   転写する装置にあって、前記第２物体への露光量を前記
   所定の露光量に制御する露光制御装置において、 前記パルスエネルギーのエネルギー変動の範囲と前記所
   定の露光量に対する許容制御精度とによって定められる
   必要パルス数と、前記所定の露光量に応じた値とに基づ
   いて、前記必要パルスの照射のたびに前記第２物体に与
   えられるべき目標積算エネルギー量に対応した目標値を
   求める演算手段と； 先行して照射されたパルスエネルギーによって得られた
   実際の積算エネルギー量に対応した実測値を検出するエ
   ネルギー量計測手段と； 次のパルスエネルギーのエネルギー量を、次のパルスエ
   ネルギーの照射に対応して達成されるべき前記目標値と
   、それまでに計測されている前記実測値との差分に対応
   する如く調整するエネルギー量調整手段とを備えたこと
   を特徴とする露光制御装置。
3. （３）前記エネルギー量調整手段として、前記パルスエ
   ネルギーを透過する透過部と前記パルスエネルギーを遮
   蔽する遮蔽部が所定のピッチで連設された２枚の明暗格
   子を、前記実測値と前記目標値の差分に対応して前記ピ
   ッチ方向に相対移動するように配置したことを特徴とす
   る請求項２記載の露光制御装置。
4. （４）前記エネルギー源として、所定の波長成分を含む
   パルス光を発振する光源を備え、前記エネルギー量調整
   手段として、２枚の平板を所定の間隔をおいて平行に保
   持したエタロンを、前記実測値と目標値の差分に対応し
   て、前記パルス光の光軸に対する角度が変化するように
   配置したことを特徴とする請求項２記載の露光制御装置
   。
5. （５）前記エネルギー源として、所定の波長成分を含む
   パルス光を発振する光源を備え、前記エネルギー量調整
   手段として、所定のピッチで凹凸が形成された２枚の回
   折格子を平行に保持した透過型位相格子であって、前記
   パルス光の部分毎に位相差を与える透過型位相格子を、
   前記実測値と目標値の差分に対応して２枚の回折格子が
   ピッチ方向に相対移動するように配置したことを特徴と
   する請求項２記載の露光制御装置。