JPH03179357A - 露光制御装置、露光装置及び方法 - 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、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係るものであり、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
光量制御及び照度均一化制御に好適な露光制御装置に関
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±１０％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、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続け
るという方法で行われていた。さて、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、レーザガ
スチャンバー内部に密封された活性媒質（例えば、Ｋｒ
Ｆ、ＸｅＣｆ等）の混合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、チャンバー内部にレーザ光の光軸に沿って
平行に設けられた２枚の電極間の印加電圧を増加させた
り、場合によっては部分的なガス交換を行って出力の低
下を少なくするような工夫がなされているが、実際に検
出される積算露光量を常に略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、例えば半導体素子製造用の露光装置（ス
夢ツバ−、アライナ−等）のように、より高精度な露光
量制御が要求される装置の露光制御装置としては、例え
ば特開昭６０−１６９１３６号公報に開示されているも
のがある。

この種の装置では１．感応体（レジスト付ウェハ等）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との２段階に分ける
ことによって、適正な露光エネルギーに対する積算露光
エネルギーのばらつき（誤□差）を、例えば±２％程度
に制御するようにしたもめである。つまり、複数のパル
ス光で１シヨツトの露光を行う場合、最終パルスのエネ
ルギー量を小さく設定することにより、積算露光量のば
らつきを露光量制御精度の許容誤差内に抑え、ｌショッ
トの露光で適正露光量を得るようにしている。

ここで１シヨツトとは、−括露光方式の場合はマスク或
いはレチクル（以下、単にレチクルと呼ぶ）を介してウ
ェハ全面に露光エネルギーが照射されることである。一
方、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のフォトリソグラフィー
工程では、レチクルパターンを高分解能でウェハ上に転
写する装置として、ステップ・アンド・リピート方式の
縮小投影型露光装置（所謂、ステッパー）が多用される
ようになっている。この種のステッパーでは、１枚のウ
ェハを露光するのにあたって、露光すべき領域を複数の
露光領域に分割し、１つの露光領域に対する露光が終了
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
う動作を繰り返し行うことによって、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、露光領域間の移動時間を極力短くすると共に、
１つの露光領域に対する露光時間を短くすることが重要
である。このため、上記特開昭６０−１６９１３６号公
報に開示されている装置を用いて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って修正露光の
時間を短くすることが重要となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記の如き従来の技術においては、最終
パルスに含まれるエネルギー量のばらつきに対して何等
配慮されていないため、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。

また、最終パルスの設定エネルギー量は、適正露光量よ
り粗露光針を差し引いた値となるため、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、装置の複雑化を招く上、高い制御精度
が得られないとい、う問題点がある。

そこで、例えば本願出願人が先に出願した特開昭６３−
８１８８２号公報に開示されているように、修正露光を
複数パルスで行うようにし、そのパルス毎のエネルギー
量が順次小さくなるように設定することで、全体として
露光エネルギーのばらつきを低減して適正露光量を得る
方法も提案されている。しかし、このような装置におい
ても修正露光の複数パルス化に伴って露光時間が長くな
ると共に、露光量設定手段としてダイナミックレンジの
広いものが必要になるという問題点は解消されない。

さらに、上記のような複数パルスによる修正露光で露光
量を調整する方法においては、修正露光時のｌ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ことになる。このため、ｌ
パルスのエネルギー量及び露光パルス数がショット（露
光領域）毎に一定とならないという欠点がある。即ち、
露光エネルギー源がパルスレーザ光源の場合、レーザ光
の持つ可干渉性によって露光面（レチクル若しくはウェ
ハ）上には規則的な干渉パターンが発生する。

さらに、照明光学系内の傷、ゴミ、面不良等によって位
相の異なった多数の光束が発生し、それらが重なった不
規則な干渉パターン（スペックル）も発生する。これら
干渉パターンによって露光面には照度むらが生じ得るが
、上記の露光量制御方法では干渉パターンを効果的に低
減することができない。そこで、この照度均一性の問題
について以下に説明する。

上記２つの干渉パターン、特に規則的な干渉パターンは
、半導体素子製造のフォトリソグラフィ工程におけるパ
ターン線幅のコントロールに重大な影響を与える。そこ
で、例えば特開昭５９−２２６３１７号公報に開示され
た手法と同等の手法で、規則的な干渉パターンやスペッ
クル（以下、まとめて干渉パターンと呼ぶ）を平滑化す
ることも考えられている。

上記公報における干渉パターンの平滑化（インコヒーレ
ント化）は、振動ミラー（ガルバノミラ−、ポリゴンミ
ラー等）によりレーザ光を一定周期で一次元又は二次元
移動（ラスタースキャン）させて、空間的にコヒーレン
ジイーを低減させていくものである。つまり、■パルス
毎に照度均一化手段（オブチカルインテグレータ）への
レーザ光の入射角を変化させることで、干渉パターンを
レチクル上で移動させ、最終的に干渉パターンを平滑化
する、換言すれば照度均一性を高めるものである。

尚、このような手法の照明光学系にエキシマレーザ光の
ようなパルスエネルギーを通す場合は、振動ミラーによ
る一次元又は二次元走査に同期させて複数のパルスを照
射することになる。通常、エキシマレーザの発振パルス
幅は２０　ｎ５ｅｃ程度と極めて短く、振動ミラーを１
０Ｈｚ程度で振動させたとしてもエキシマレーザの１パ
ルスは、振動ミラーの振動周期中は恰も静止しているよ
うに振る舞う。

而るに、上述した特開昭５９−２２６３１７号（照度均
一化）の方法と特開昭６３−８１８８２号（露光量制御
）の方法とを組み合せて、露光量の最適化と干渉パター
ンの平滑化とを同時に行う場合には、特開昭５９−２２
６３１７号公報に示されているように投影レンズの瞳面
の２次光源像（レーザスポット）を、瞳面内においてな
るべく均一に分布させる必要がある。これを実現するた
めには、露光中はレーザ強度を一定に保つ必要がある。

ところが、前述の特開昭６３−８１８８２号の方法では
、修正露光時に複数パルスのエネルギー量を順次変えて
いく。従って、修正露光に対応する時間領域のみ、他の
時間領域（粗露光に対応）より積算露光エネルギーが低
くなり、結果として充分に干渉パターンを平滑化できな
いという問題点がある。

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と共に、効果的に照
度均一化を行うことができ、且つ露光時間の短縮も図る
ことので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。

〔課題を解決する為の手段〕

かかる問題点を解決するため本発明においては、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
光を射出するパルスレーザ光源ｌと、オプチカルインテ
グレータ（フライアイレンズ）６を含み、パルス光を第
１物体〔レチクルＲ〕に照射する照明光学系とを備え、
複数のパルス光の照射によってレチクルＲに形成された
パターンを適正露光量Ｓで第２物体〔ウェハＷ〕に転写
する装置にあって、ウェハＷへの露光量を適正露光量Ｓ
に制御する露光制御装置において、 レチクルＲに照射されるパルス光の光量を減光率βで一
律に調整する第１光量調整手段〔減光部３〕と； パルス光の照射によってレチクルＲ若しくはウェハＷ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
平滑化するために必要なパルス数Ｎｓｐと、複数のパル
ス光の照射によってウェハＷへ与えられる積算光量を所
望の露光量制御精度Ａで制御するために必要なパルス数
Ｎｅと、適正露光量Ｓとに基づいて、減光部３の減光率
βとパルス光の平均光量値ｐ・βとを予め決定する第１
演算手段と； この平均光量値ｐ・βのもとでパルス光を照射した時に
ウェハＷへ与えられるべき目標積算光量をパルス毎に決
定する第２演算手段と；ウェハＷへ与えられた実際の積
算光量を検出する光量計測手段〔受光素子９、光量モニ
タ一部１８〕と； 先行して照射されたパルス光によってウェハＷへ与えら
れた実際の積算光量と、それに対応した目標積算光量と
の差分りを算出する第３演算手段と； この算出された差分りに基づいて、次に照射すべきパル
ス光の光量を調整する第２光量調整手段〔第２光量制御
部１５）とを設ける。

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う場合には、 レチクルに照射されるパルスエネルギーのエネルギー量
を所定の調整度で一律に調整する第１エネルギー量調整
手段と： 複数のパルスエネルギーの照射によってウェハＷへ与え
られる積算エネルギーを所定の設定精度で制御するため
に必要なパルス数と適正露光量とに基づいて、第１エネ
ルギー量調整手段の調整度とパルスエネルギーの平均エ
ネルギー値とを予め決定する第１演算手段と； 平均エネルギー値のもとでパルスエネルギーを照射した
時にウェハＷへ与えられるべき目標積算エネルギー量を
パルス毎に決定する第２演算手段と； ウェハＷへ与えられた実際の積算エネルギー量を検出す
るエネルギー量計測手段と； 先行して照射されたパルスエネルギーによってウェハＷ
へ与えられた実際の積算エネルギー量と、それに対応し
た目標積算エネルギー量との差分を算出する第３演算手
段と； この算出された差分に基づいて、次に照射すべきパルス
エネルギーのエネルギー量を調整する第２エネルギー量
調整手段とを設けることによって、良好な露光制御を行
うことができる。

〔作　用〕

本発明では、全てのパルス光の光量を一律に調整する第
１光量調整手段と、パルス毎にその光量を調整する第２
光量調整手段とを設け、１シヨツトの露光に必要なパル
ス光の全てにわたって露光エネルギーが所定の平均光量
値と略一致するように制御すると共に、ショット毎のパ
ルス数を一定とする構成をとっている。このため、露光
量の最適化を行うと共に、干渉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って、最終的に干渉
パターンを略完全に平滑化（照度均一化）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またはＩ
パルスの光量を低下させて修正露光を行うことをしない
ので、ショット毎の露光時間が最短且つ一定となり得る
。

さらに、パルス毎に光量を実測して、その光量を微調整
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調整を行う場合と比較して
、光量を実測する光量計測手段、及び次のパルスの光量
を調整する第２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。

また、感光性の第２物体への露光条件（例えば、レジス
トの感度特性に応じた１シヨツト当たりの適正露光量）
が大きく変化する場合であっても、第１光量調整手段に
より全てのパルス光の光量を一律に調整できるため、第
２光量調整手段のダイナミックレンジを大きくすること
なく、簡単に露光条件の変化に対応することができる。

〔実　施　例〕

第１図は、本発明の実施例による露光制御装置の概略的
な構成を示す平面図であって、ここではレチクルＲのパ
ターンをウェハＷへ投影露光するステッパーに応用した
構成を示す。

第１図において、外部トリがパルスを出力するトリガ制
御部１３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ｌの発振（パルス数、発振間隔等）を
制御する。また、本発明の第２光量調整手段としての第
２光量制御部Ｉ５は、パルスレーザ光源ｌの高圧放電電
圧を制御するものであって、本実施例では後述する主制
御系１０からの指令信号に基づいて放電電圧を制御して
、パルス毎にその露光エネルギーの微調整を行うものと
する。

パルスレーザ光源ｌ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１においてレーザ光の光軸に沿って平行に
設けられた２枚の電極間に高電圧の放電を起こすことに
よって、レジスト層を感光するような波長のＤｅｅｐＵ
Ｖ光、例えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８　ｎ
ｍ）が発振されることになる。パルスレーザ光源ｌから
射出されるレーザビームＬＢ、は、２枚の電極の配置形
状に応じた矩形断面、即ちビーム断面の縦横比が１７２
〜１１５程度の長方形となっている。そこで、レーザビ
ームＬＢ、は２組（凹凸）のシリンドリカルレンズを組
み合わせたビームエクスパンダ−２（ビーム断面形状変
換光学系）に入射し、エクスパンダ−２はビームＬＢ０
の短手方向の幅を拡大して、ビーム断面が略正方形に変
換されたビームＬＢ、として射出する。

エクスパンダ−２からの射出ビームＬＢ、は、本発明の
第１光量調整手段である減光部３に入射し、減光部３は
そのビーム光量（エネルギー）を０％（完全透過）から
１００％（完全遮光）の間で連続的若しくは段階的に減
衰させる。尚、後述するように減光部３の減光率（又は
透過率）は、レチクルＲ又はウェハＷ上に生じる干渉パ
ターンを平滑化するために必要なパルス数Ｎｓｐと、ウ
ェハＷへ与えられる積算光量を所望の露光量制御精度で
制御するために必要なパルス数Ｎｅとから定められる実
際の露光に必要なパルス数Ｎｅｘｐ　、及び適正露光量
から決定されるものである。

ここで、例えば減光部３の減光率が離散的な６段階に設
定されるものとすると、その減光率は露光開始前にパル
ス数Ｎ　ｅｘｐ及び適正露光量に基づいて選択され、少
なくとも１つのショットの露光中に別の値に変更される
ことはない。換言すれば、減光部３はウェハＷへの露光
条件（例えば、レジストの感度特性に応じた１シヨツト
当たりの適正露光量）に変化がない限り、常に全てのパ
ルス光の光量を所定の減光率で一律に減衰させるもので
あって、応答速度（減光率の切替速度）が比較的低い光
量調整機構で構わないことになる。

本実施例における減光部３は、例えばターレット板に６
種の減衰率（透過率）の異なるメツシュフィルターを取
付け、このターレット板を回転させる方式が採用される
。第２図は、回転ターレット板１６と６種類のメツシュ
フィルター１６ａ〜１６ｆとの構造の一例を示すもので
、フィルター１６ａは単なる開口（透明）部であり、減
衰率０％（即ち、透過率！００％）に定められている。

各フィルター１６ａ〜１６ｆは回転ターレット板１６の
回転軸を中心とする円に沿った６ケ所に、約６０’おき
に配置され、いずれか１つのフィルターがエキスパンダ
ー２からの略正方形なビームＬＢ、の光路中に位置する
ように構成されている。

第３図は、第２図に示した回転ターレット板１６の回転
量と透過率との関係をホするものである。

ここでは、フィルター１６ａがビームＬＢ、の光路中に
位置する時の回転量を零とし、第２図において紙面内で
反時計回りに回転ターレット［１６を回転させたものと
して示している。第３図では、回転ターレット板１６を
約６０６　（π／３）ずつ回転させると、所定の割合で
ビームＬ　Ｂ　＋が減光される。尚、回転量が２π（３
６０°又は０６）の時はフィルター１６ａが選ばれるた
め、透過率は１００％になる。

ここで、回転ターレット板１６に取り付ける減光素子と
しては、メツシュフィルター以外のものとして、異なる
透過率を持った誘電体ミラーでも構わない。また、２組
の回転ターレット板１６を一定の間隔をおいて相対回転
可能に設け、例えば第１回転ターレット板の減光素子の
透過率を１０６％、９０％、８０％、７０％、６０％、
５０％とし、第２回転ターレット板の減光素子の透過率
を１００％、４０％、３０％、２０％、１０％。

５％に設定すれば、両者の組合せで、計３６通りの透過
率が実現できる。

ま□た、減光部３として所定の短形アパーチャーとズー
ムレンズ系とを組み合わせて、ズーム比やアパーチャー
径を変えることで連続的に減光を行゛う方式、２枚のガ
ラス板（石英等）を所定間隔で略平行に保持した、所謂
エタロンを回転させる方式、セ枚の位相格子若しくは明
暗格子を相対的に移動させる方式、或いは露光光として
直線偏光のレーザ光を用いる場合には偏光板を回転させ
る方式等を採用しても構わない。

第１図の説明に戻って、減光部３において所定の減衰を
受けた略平行なビームＬＢ、’は、干渉パターンを平滑
化する干渉パターン低減部４に入射する。干渉パターン
低減部４は、アクチュエータ（ピエゾ素子等）によって
−次元（又は二次元）に振動する振動ミラー（ガルバノ
ミラ−、ポリゴンミラー等）を有し、ｌパルス毎にプラ
イアイレンズ６へのビームＬ　Ｂ　、＋の入射角を変化
させることで、干渉パターンをレチクル上で一次元（又
は二次元）移動させて最終的に平滑化する、換言すれば
照度均一性を高めるものである。

さて、干渉パターン低減部４を通過したビームＬＢ、’
は、微小な角度で一次元（又は二次元）に振れる振動ビ
ームとなった後、ミラー５で折り返されてオプチカルイ
ンテグレータとしてのフライアイレンズ６に入射する。

従って、フライアイレンズ６に入射するビームＬＢ、’
は、そのフライアイレンズ６に入射面における入射角が
時々刻々変化する。ここで、フライアイレンズ６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ＬＢ、’の部分光束の夫々の集光スポット）
が形成されることになる。

第４図は、フライアイレンズ６の入射ビームと２次光源
像（スポット光）との関係を示し、特開昭５９−２２６
３１７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６の各ロッドレンズ６ａは、両
端に凸球面が形成された石英ガラスの四角柱である。光
軸ＡＸと平行にビームＬＢｂ（平行光束）がフライアイ
レンズ６に入射すると、フライアイレンズ６の各ロッド
レンズ６ａ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ＳＰｂ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
ついて表したが、実際にはビームＬＢｂが照射されるロ
ッドレンズの全ての射出側に形成されることになる。し
かも、ビームＬＢｂに対して各スポット光ＳＰｂは、ロ
ッドレンズの射出面の略中心に集光される。一方、光軸
ＡＸに対して右方に傾いた平行なビームＬＢｃがフライ
アイレンズ６に入射すると、各ロッドレンズ６ａの射出
面の左側にスポット光ＳＰｃとして集光される。同様に
、光軸ＡＸに対して左方に傾いた平行なビームＬＢａは
、ロッドレンズ６ａの射出面の右側にスポット光ＳＰａ
として集光される。

従って、干渉パターン低減部４による平行ビームＬＢ、
’の一次元の振動によって、プライアイレンズ６の射出
側に生じる複数のスポット光の全てが、プライアイレン
ズ６（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６の射出側にできた各スポ
ット光を成す複数のビームＬＢ、は、第１図に示される
ようにビームスプリッタ−７で大部分が透過して、コン
デンサーレンズＣＬに入射した後、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は略−様な照度分布で照明さ
れ、レチクルＲのパターンは投影レンズＰＬによってス
テージ（不図示）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。

この際、少なくとも像（ウェハ）側テレセントリックの
投影レンズＰＬの瞳（入射瞳）Ｅｐには、プライアイレ
ンズ６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。

以上のように、干渉パターン低減部４はフライアイレン
ズ６に入射するビームを振動させることにより、レチク
ル面又はウェハ面に生じる干渉縞（−次元の干渉パター
ン）を微小量移動させ、露光完了時においては、結果的
にレジスト層に転写された明暗縞を平滑化し、干渉縞の
ビジビリティを低減させるものである。尚、本実施例で
は干渉パターンを平滑化するにあたって、フライアイレ
ンズ６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−７で分割されたビームＬＢ２
の一部は、集光光学系８により受光素子９の受光面上に
集光される。受光素子９は、ビームＬＢ、の各パルス毎
の光量（光強度）に応じた光電信号を正確に出力するも
ので、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。受光素子９から出力される
光電信号は光量モニタ一部１８に入力し、光量モニター
部１８において各パルス発光毎の光量を順次積算してい
くことになる。従って、受光素子９と光量モニタ一部１
８とが本発明における光量計測手段を構成し、このよう
に計測された実測値（実測した積算光量に対応した値で
あれば良く、光量値自体である必要はない。以下同様）
は、主制御系１０に送られる。この実測値（積算光量値
）は、主制御系ＩＯにおいて露光量制御、即ちパルスレ
ーザ光源ｌに対する！パルス毎の印加電圧制御、及びト
リガ制御部１３から発振されるトリがパルスのｌショッ
ト毎の発振制御の基礎データとなっている。尚、受光素
子９は予めパワーメータ等によリレーザ光の実際の光量
と受光素子９の感度との関係が求められ、メモリー１１
に記憶されている。

さて、主制御系ＩＯはメモリー１１と入出力装置１２と
を有し、上述した光量モニタ一部１８の実測値に基づい
てトリが制御部１３に制御指令を出力する他、第１光量
制御部１４．第２光量制御部１５及び干渉パターン制御
部４の各々に所定の指令信号を送って、ステッパー全体
の動作を統括制御する。入出力装置１２は、オペレータ
ーとステッパー本体とのマン・マシーン・インターフェ
イスであり、露光に必要な各種パラメータをオペレータ
から受は付けると共に、ステッパーの動作状態をオペレ
ータに知らせる。

また、メモリーｌｌには入出力装置１２から入力された
露光動作、及び各種演算等に必要なパラメータ（定数）
やテーブル、或いは上記受光素子９の感度特性等が記憶
されている。特に本実施例では、干渉パターン低減部４
によりビームＬ　Ｂ　、’が半周期だけ振動する間に、
良好な干渉パターンの平滑化に最低限必要なパルス数（
後述のＮｖｉｂ）を決定するための情報が記憶されてい
る。ここで、ビームの半周期とは、第４図においてスポ
ット光をＳ　Ｐａ　４Ｓ　Ｐｂ　→Ｓ　Ｐｃの順（又は
逆）に移動させるのに、ビームをＬ　Ｂａ　４Ｌ　Ｂｂ
　−）Ｌ　Ｂｅの順（又は逆）に揺動角α０だけ傾ける
ことに対応している。尚、実際の振動ミラーの傾き量は
、倍角定理からα０／２になる。

また、主制御系ｌＯにおいてはメモリー１１に予°め記
憶されている干渉パターンを平滑化するために必要なパ
ルス数Ｎｓｐと、ｌショットの露光１こおいて所望の露
光量制御精度を達成するのに必要なパルス数Ｎｅと、レ
ジストの感度特性に応じたｌショット当たりの適正露光
量Ｓに関するデータとに基づいて、本発明の第１演算手
段（不図示）が減光部３の減光率βと後述するｌノ＜ル
ス当たりの平均光量値（Ｐ・β）とを算出する。

さらに、主制御系ｌＯはこの平均光量値で各ノくルスを
照射した時に、ウニ／）Ｗに与えられるべき目標積算光
量を第２演算手段（不図示）によって算出した後、この
目標積算光量と前述した光量モニタ一部１Ｂから送られ
てきた実測値との差分りを第３演算手段（不図示）によ
って算出する。そして、この差分りに基づいて、本発明
の第２光量調整手段である第２光量制御部１５に対して
、ノくルスレーザ光源ｌの印加電圧制御による光量調整
のための指令を出力する。言い換えれば、主制御系ｌＯ
は上記差分りに基づいて、次に照射すべきパルス光の光
量を平均光量値（Ｐ・β）から補正して求め、この補正
値に基づいて第２光量制御部１５、はパルスレーザ光源
ｌの印加電圧を制御する、即ち上記補正値に対応した分
だけ印加電圧を修正してパルスレーザ光源１に与えるこ
とになる。ここに、パルスレーザ光源ｌへの印加電圧と
その射出パルスの光量（パルスエネルギー）との関係の
一例を第５図に示しておく。

また、主制御系ｌＯはパルスレーザ光源ｌのパルス発光
と干渉パターン低減部４によるビームの振れ角とが同期
するように、干渉パターン制御部１７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、パルスレーザ光源ｌに
パルス発光のトリガをかけるように、トリガ制御部１３
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
。

ここで、本発明の第２光量調整手段は本実施例のような
パルスレーザ光源ｌへの印加電圧を制御する方式に限定
されるものではなく、例えば連続的な透過率（減光率）
が得られるものであっても構わない。具体的には、減光
部３の一例として先に挙げたアパーチャーとズームレン
ズ系を組合せたもの、エタロン、２枚の位相格子或いは
明暗格子、回転偏光板（直線偏光レーザの場合）等を用
いても良い。

そこで、例えば第２光量調整手段として第８図（Ａ）に
示すような２枚の明暗格子２０ａ、２０ｂと格子駆動部
２０ｃとから成る高速減光部を用いる場合について述べ
る。２枚の明暗格子２０ａ。

２０ｂは、紫外光に対して透過率の良い材質のガラス板
（石英）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（遮光部）を適当な間隔でスリット状に構成
したもので、適当な間隔で平行に並べられている。そし
て、一方の明暗格子２０ａはレーザビームＬＢに対して
固定されており、他方の明暗格子２０ｂには格子駆動部
２０ｃが結合され、主制御系ＩＯからの指令により格子
のピッチ方向に微動するように構成すれば良い。

第８図（Ｂ）、（Ｃ）は２枚の明暗格子の部分拡大図で
あって、格子のピッチをＧｐ、不透明部（遮光部）の幅
をＧｗとしている。第８図（Ｂ）においては２枚の明暗
格子は全くずれておらず、光透過部と遮光部とが一致し
ている場合であり、レーザビームＬＢに対する減光率は
Ｇｗ／Ｇｐとなる。第８図（Ｃ）では明暗格子２０ａ（
固定）と明暗格子２０ｂ（可動）とがΔｄだけずれてい
る場合であり、レーザビームＬＢに対する減光率はＩ　
（Ｇｗ＋Δｄ）／Ｇｐ　］　となる。但し、ずれ量Δｄ
はＧｗ＞Δｄの範囲である。

ここで、格子ピッチＧｐを１０μｍ１遮光部の幅Ｇｗを
２．５μｍとすると、上記構成により、レーザビームＬ
Ｂに対して射出ビームＬＢ’　は７５％から５０％まで
減光可能となる。この際、明暗格子２０ａ、２０ｂの最
大相対移動量（最大ずれ量Δｄｍａｘ）は幅Ｇｗで規定
されるため、明暗格子２０ｂを最大２．５μｍ移動させ
れば良い。

従って、格子駆動部２０ｃとして圧電素子（ピエゾ素子
等）を用いることができ、一般的なエキシマレーザ等で
の繰り返し周波数１００Ｈｚ〜５００Ｈｚに対して、パ
ルス発光に完全に追随して減光率の設定が可能となり、
高速減光が実現できる。

尚、上記構成の高速減光部を用いる場合には、後方のプ
ライアイレンズ６への入射ビームを遮光しないように、
２枚の明暗格子２０　ａ、　　２０　ｂを挟んで１対の
フォトカプラを配置する。例えば、ビームＬＢ、ＬＢ’
　の光路外において明暗格子の入射側に半導体レーザ、
ＬＥＤ等の発光素子を配置し、且つこの発光素子と対向
するように射出側に光電検出器（シリコンフォトダイオ
ード等）を設ける。そして、この検出器の出力（高速減
光部の透過光量に応じた光電信号）を用いて、格子駆動
部２０ｃをサーボ制御するように構成すれば、より精度
良く２枚の明暗格子２０ａ；２０ｂの相対移動量、即ち
高速減光部の透過率を調整することが可能となる。

この際、発光素子の出力の安定性にもよるが、上述した
如く明暗格子２０ｂの移動量が最大でも２．５μｍ程度
であるため、発光素子の出力（光強度）がばらつくと、
高速減光部の透過率の測定精度、及びその設定精度も低
下することになる。

そこで、実際には光電検出器により発光素子から射出さ
れるビームの一部を受光してその光量を検出するように
し、この値を用いて上記検出器の出力（透過光量）を除
算することによって、正確な高速減光部の透過率（実測
値）を測定することが望ましい。尚、特にフォトカプラ
を用いずとも、単に高速減光部の前後（入射側と射出側
）に２つの光電検出器を配置し、この２つの検出器の出
力を用いて除算を行うようにしても、同様に高速減光部
の透過率を正確に測定することができる。

以上、第２光量調整手段として２枚の明暗格子を用いる
場合について述べたが、他の方式（位相格子等）におい
ても駆動手段（アクチュエータ）としてピエゾ素子等を
用いれば高速駆動が可能となって、十分にパルスレーザ
光源ｌの発振に追従して正確に光量調整（減光率設定）
を行うことができる。

また、減光部３は第１図にて示した位置のみでなく、パ
ルス光源１とエクスパンダ−２の間、又はパルス光源ｌ
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、上述した干渉パターン低減部４によりビーム
を微小角振動させる方式を採らない場合は、干渉パター
ン低減部４とフライアイレンズ６の間に入れても良い。

しかし、いずれにしても減光部３は、フライアイレンズ
６にレーザ光が入射する前の段階に入れておく必要があ
る。なんとなれば、メツシュフィルター等の減光素子は
、ビーム断面での照度均一性の劣化を招くことが多いた
め、これをフライアイレンズ６によって解消する必要が
あるからである。尚、第２光量調整手段として高速減光
部（２枚の明暗格子等）を用いる場合には、減光部３と
同様にその高速減光部をフライアイレンズ６の前のいず
れかの光路中に配置すれば良い。

次に、干渉パターンの平滑化（照度均一化）を行うため
に最低限必要なパルス数Ｎｓｐについて述べるが、干渉
パターンの平滑化については、例えば特開平１−２５７
３２７号公報に開示されているので、ここでは簡単に説
明する。上記公報では、オプチカルインテグレータ、特
にフライアイレンズを備えた照明光学系を採用する場合
、レチクル（又はウェハ）上に形成される干渉パターン
をある範囲内で移動させつつ、複数のパルス光を照射す
ることで平滑化を行う際には、干渉パターンを１ピッチ
分移動させる間に照射すべき最小のパルス数が予めある
一定値に制限され、その最小パルス数以上の数のパルス
光を照射しなければならないという原理を利用している
。

さて、第４図にも示したように干渉パターンは、フライ
アイレンズ６の各ロッドレンズによって作られたスポッ
ト光が互いに干渉し合うことで生じる。この時、互いに
隣り合った２つのロッドレンズのスポット光のみが干渉
する場合、或いはロッドレンズの配列方向の３つのスポ
ット光が互いに干渉し合う場合等でも良いが、最大でも
ロッドレンズの配列方向の数だけのスポット光が互いに
干渉し合う場合について考えれば良い。

従って、理論上はフライアイレンズを構成するロッドレ
ンズの配列方向の数のうち、互いに干渉し合うスポット
光をもつ数等に応じて、良好な干渉パターンの平滑化に
最低限必要なパルス数Ｎｓｐ、さらには干渉パターンの
１ピツチ移動に必要な振動ミラーによるビーム揺動の半
周期中に照射すべき最小パルス数Ｎｖｉｂ　　（Ｎｖｉ
ｂはＮｖｉｂ≧Ｎｓｐなる任意の整数）も決定されるこ
とになる。

例えば、互いに隣り合った２つのスポット光のみが干渉
する場合、干渉パターンの強度分布は数学上、理論的に
は単純な正弦波状になる。この干渉パターンを平滑化す
るためには、２つのスポット光の位相差をπだけずらす
（干渉パターンのｌ／２周期の移動）前後でｌパルスず
つ、計２パルスを照射すれば良いことになる。また、一
般にｎ個のスポット光が互いに干渉し合う場合は、理論
的には、干渉パターンを１　／　ｎ周期ずつ移動させつ
つ、ｌパルスを照射して、計れパルスで平滑化が可能で
ある。

ここで、レチクル上にｌパルス発光時に生じる干渉パタ
ーンの一方向（例えばＹ方向）の強度分布について考え
てみると、一般的にはＹ方向に所定のピッチｙｐで明る
い縞と暗い縞が交互に並ぶ。

但し、フライアイレンズの２段化等の構成によっては、
フライアイレンズのロッドレンズの配列ピッチ、レーザ
光波長等で決まるピッチＹｐの基本成分以外に、さらに
細いピッチで強度変化する弱い干渉縞が重畳して現われ
ることもある。従って、実際には上記条件で完全に平滑
化が達成されることは少なく、干渉パターンの平滑化に
必要な最小パルス数Ｎｓｐの最適値は実験等によって決
める必要がある。

本実施例では、実験により求めた最小パルス数Ｎｓｐに
基づいて、ｎ・ΔＹ≧Ｙｐなる関係を満すように振動ミ
ラー（不図示）の角度変化と発光パルス間隔（周波数）
とを設定する。そして、干渉パターンを複数パルスの発
光毎にレジスト層上で順次Ｙ方向に微小量ΔＹ（Δｙ＜
ｙｐ）だけずらしていくことで、露光完了時に干渉パタ
ーンの平滑化（照度均一化）を行ない、精度上影響のな
い程度に微小量のリップル分を含む略一定の照度分布を
得るようにするものである。

そこで、照度均一化に必要な条件を考えると、以下の２
つの条件が挙げられる。

（１）　ミラー振動の半周期（ビーム揺動角が０゜から
α°まで変化する期間）内に、略均−にある数Ｎｓｐ以
上のパルス発光が行なわれること。

ここで、パルス数Ｎｓｐは干渉パターンのビジビリティ
（ｖｉｓｉｂｉｌｉｔｙ）によって決まるもので、ビジ
ビリティが大きいほどＮｓｐも大きな値になる。

また、パルス数Ｎｓｐは予め試し焼き等の実験によって
決定され、異なる光学系を備えた装置間では、その数値
も異なってくる。従って、Ｎｓｐよりも小さい数のパル
ス発光をビーム揺動角変化（０°−α０）の半周期内で
略均等に振り分けた場合、照度均一化（像面での照明む
ら）の点で所望の精度内に納まらないことになる。

（２）振動ミラーの所定角度におけるｌパルス当たりの
平均的な露光エネルギーは、ビーム揺動範囲（０°→α
０）内のどの角度に対しても略一定であること。

第２の条件は、実際にｌショットの露光に必要な総パル
ス数Ｎ　ｅｘｐがビーム揺動の半周期中のパルス数Ｎｖ
ｉｂの整数倍であること、及び第１見目のパルス光をミ
ラー振動（０’〜α０／２）の最大角（例えば第４図の
ビームＬＢａが得られる角０°）で発光させることで達
成される。また、パルス数Ｎ　ｅｘｐがミラー振動（０
°〜α０／２）の１周期中のパルス数の整数倍である場
合は、第１見目のパルス光をミラー振動（０°〜α０／
２）の任意の角度で発光させ始めて良い。

以上のことから、上述した２つの条件（１）、（２）を
同時に満すように、ｌパルス当たりの平均露光エネルギ
ーを調整して、最適なパルス数を決定してやれば、照度
均一化と露光量制御とを極めて効率的に両立させること
ができる。また、露光エネルギーのみならず、振動ミラ
ーの振動周期（揺動速度）も変化させてやれば、必要以
上に露光パルスを増加させることがなくなり、スループ
ット上有利である。

さて、第２光量調整手段の調整度（即ち、本実施例の第
２光量制御部１５にあってはパルスレーザ光源ｌに対す
る印加電圧、高速減光部（２枚の明暗格子等）にあって
はその減光率又は透過率）は、パルスレーザ光源ｌから
発振されるパルス毎の露光エネルギーのばらつきを考慮
して、第２光量調整手段の露光エネルギー制御範囲の最
大値よりもやや小さい値に設定され、ｌショットの露光
において上記設定値のもとで第１見目のパルス光を射出
した後、主制御系１０により第２見目以降のパルス毎に
算出される制御値に順次制御される。

そこで、第２光量調整手段の露光エネルギー制御範囲に
ついて述べる。ｌパルス当たりの平均露光エネルギーを
ｐ（減光部３の減光率が１のもとで）、この露光エネル
ギーのパルス間のばらつきをΔｐとし、ｌショットの露
光でＮ回パルス発光させたものとすると、目標積算光量
ｐ−Ｎ　（適正露光量Ｓ）に対する実際の積算光量■　
（実測値）のばらつきは、以下の（１）式で表される。

・・・・・（１） 上記（１）式から明らかなように第２光量調整手段の制
御比率は、（ｌ±（ΔＰ／Ｐ）／　（１−ΔＰ／Ｐ）］
　となる。従って、この制御比率の最大値［１／（１−
ΔＰ／Ｐ）］が露光エネルギー制御範囲の最大値を越え
ないようにするためには、露光前に設定される第２光量
調整手段の平均的な制御値を、上記制御範囲の最大値の
（ｌ−ΔＰ／Ｐ）倍以下にしておけば良い。

ここで、本実施例では第２光量調整手段として、パルス
レーザ光源ｌの印加電圧を制御する第２光量制御部Ｉ５
を用いている。従って、第２光量制御部１５は平均露光
エネルギーＰがパルスレーザ光源１の最大出力の（ｌ−
ΔＰ’／Ｐ）倍以下となるように、第５図に示した関係
に基づいてパルスレーザ光源１への印加電圧（電極間放
電電圧）を設定すれば良い。例えばエキシマレーザの場
合、通常（ΔＰ／Ｐ）＝　ｌｏ％程度であるから、パル
スレーザ光源ｌの最大出力をｌＯｍＪ／ｃｍ”とすると
、露光エネルギーＰが９　ｍ　Ｊ　／ｃａｂ１以下とな
るように印加電圧を設定すれば良い。実際には、レーザ
密度の低下現象（混合ガスの劣化に伴う出力の低下）や
光学部品の寿命等も考慮して、露光エネルギーＰが例え
ば５　ｍ　Ｊ　／ａｍ’以下となるように印加電圧を設
定することが望ましい。

一方、第２光量調整手段として高速減光部を用いる場合
、その減光率は予め９０％（ΔＰ／Ｐ＝１０％の時）程
度に設定され、この設定値を基準として第２発目以降の
パルス毎に算出される減光率に順次設定される。この際
、パルスレーザ光源Ｉの印加電圧はパルス光のレーザ密
度の低下を防止して、ｌパルス当たりの露光エネルギー
を略−定に保つためにのみ制御されることになる。

尚、本実施例ではウェハＷへの露光条件に応じて減光部
３の減光率を変化させるため、第２発目以降のパルス光
の露光エネルギーはパルス間のばらつきによる積算光量
の誤差を補正するためだけに微調整されることになる。

従って、パルスレーザ光源ｌでの電極間放電電圧、若し
くは高速減光部の減光率を大きく変化させる必要がなく
、第２光量調整手段のダイナミックレンジが小さくて済
むことになる。

次に、ｌショットの露光において所望の露光量制御精度
Ａ　（Ａ＝Ｉ／Ｐ−Ｎ）を達成するのに必要なパルス数
Ｎｅについて簡単に説明する。本実施例における露光量
制御は、ｌパルス毎にその露光エネルギーを調整しなが
ら、実際の積算光量■と目標積算光量ｐ−Ｎとを略一致
させるものであるため、最終的な積算光量の誤差は最終
パルス光の露光エネルギーのばらつきとなる。従って、
露光量制御精度を達成するには、最終パルス光の露光エ
ネルギーのばらつきを露光量制御精度の許容誤差内に入
れなければならない。つまり、露光エネルギーＰを小さ
な値に設定しなければならず、ｌショットの露光に必要
なパルス数Ｎ　（Ｎ＝Ｓ／Ｐ）はある程度大きな数でな
ければならない。これより、上記（１）式において（Δ
Ｐ／Ｐ）Ｎは零と見做せるから、各辺をｐ−Ｎで割って
整理すると、露光量制御精度Ａは、 と表される。ここで（２）式において露光量制御精度Ａ
が最大許容誤差となる時、即ち となる時、露光量制御精度を達成するのに必要なパルス
数Ｎが最も少なくなる。これより、上記パルス数Ｎｅは
以下の（４）式で表される。

従って、少なくとも上記（４）式で表されるパルス数Ｎ
ｅ以上の数のパルス光で露光を行えば、最終的な積算光
量Ｉは目標積算光量ｐ・′Ｎに対して、±Ａ（例えば１
％の場合、Ａ＝０．０１）の制御精度が保証されること
になる。

次に、ｌショットの露光パルス数Ｎ　ｅｘｐを決定する
方法について述べる。一般に、露光パルス数Ｎ　ｅｘｐ
は、Ｎｅｘｐ　＝　ｉ　ＮＴ　（Ｓ／Ｐ）となる。尚、
１ＮＴ（ω）は実数値ωの小数点以下を切り上げて整数
値に変換することを示、している。。

さて１．パルスレーザ光源ｌから発振されるパルス光、
は、減光部３により所定の減光率β（０≦β≦１）で−
律に減衰されてレチクルＲに照射されることになる。こ
のため、露光パルス数Ｎ　ｅｘｐは下記の条件式（５）
を満たすことが要求される。

また、先に述べたように露光量制御精度Ａを達成する・
ためには、以下の（６）式も満たす必要がある。

Ｎ　ｅｘｐ≧Ｎｅ　　　　　　　　　　　　・・・・・
（６〉さらに、干渉パターンを平滑化するためには、露
光パルス数Ｎｅｘｐは振動ミラーの半周期中のパルス数
Ｎｖｉｂの整数倍でなければならない。このため、露光
パルス数Ｎ　ｅｘｐは以下の（７〉式で表される。

ＮｅＸｐ＝ｍＩＩＮｖｉｂ≧ｍ・Ｎｓｐ（ｍｕｍ≧１な
る整数）　・・・・・（７）従って、減光部３の減光率
βは（４）〜（６）式から、 と表される。

また、整数ｍは（４〉、（６）、（７）式より、以下の
（９）式で表される。

さらに減光率βはｌ以下であるため、（５）、（７）式
より、以下のように表される。

以上のことから、本実施例においてはまず始めに（８）
式を満たすように減光部３の減光率を定める、即ち回転
ターレット板１６のフィルターを選択し、この選択した
フィルターの減光率のもとで（５）式から算出されるパ
ルス数Ｎ　ｅｘｐが、（６）及び（７）式を満足するか
否かをチエツクする。満足しない場合は、（８）式を満
たすさらに減光率が小さいフィルターを選択して、露光
パルス数Ｎ　ｅｘｐが（６）、（７）式を満たすように
する。このように露光パルス数Ｎ　ｅｘｐが決まれば、
（９）及び（１０）式を同時に満たすようにｍ、Ｎｖｉ
ｂを定めてやれば良い。

−例として、平均露光エネルギーのパルス間のばらつき
ΔＰ／ｐを１０％（ΔＰ／Ｐ＝ｏ、ｌ）、露光量制御精
度Ａを１％（Ａ＝０．０１）とすると、（４）式からパ
ルス数Ｎｅは１２パルスとなる。

一方、減光部３の減光率βが１となる場合の平均露光エ
ネルギーｐを２　ｍ　Ｊ　７０ｍ”、適正露光量Ｓを８
０　ｍ　Ｊ　７０ｍ”、干渉パターンの平滑化に必要な
パルス数Ｎｓｐを５０パルスとすると、（５）式から露
光パルス数Ｎ　ｅｘｐは４０パルスとなるが、このパル
ス数Ｎ　ｅｘｐは（７）式を満たさないことになる。

そこで、減光部３の減光率を１より小さく設定し、この
減光率、即ち平均露光エネルギーｐ・βのもとで（５）
式から算出される露光パルス数Ｎ　ｅｘｐが（７）式を
満たすようにする。

ここで、減光部３の減光率の設定が連続的に可能である
場合、Ｎｅ　＝　１２．　Ｎ５ｐ＝５０パルスであるこ
とから、（９）、（ｌＯ〉式に基づいてｍ、　Ｎｖｉｂ
を設定する。この時、（ｍ、　Ｎｖｉｂ）の組合せは、
例えば（１，５０）、（１，６０）、（２，１００）等
のように種々考えられるが、スルーブツトを考慮して露
光パルス数Ｎｅｘｐ　（Ｎｅｘｐ＝ｍ−Ｎｖｉｂ）を最
小にするため、ここではｍ＝　Ｌ　Ｎｖｉｂ　＝５０に
設定して、露光パルス数Ｎｅｘｐを５０パルスとする。

Ｎｅｘｐ＝５０として露光を行えば、最小のパルス数Ｎ
　ｅｘｐで露光量の最適化及び干渉パターンの平滑化を
行うことができる。この結果、（５）式から減光部３の
減光率βは０．８０に設定されることになる。また、Δ
Ｐ／Ｐ−±ｌＯ％からΔｐは±０　、　２　ｍ　Ｊ　／
ｃｍ２となって、平均光量値ｐ・βのばらつきΔＰ・β
は±Ｏ，ｌ　６０ｍＪ／ｃｍ”となる。従って、最終パ
ルス光の平均光量値のばらつき、即ち最終的な積算露光
量の誤差は±０．　１６０ｍＪ／ｃｍ”程度であると見
做せるから、十分に露光量制御精度（１％）が遠戚され
ることが分かる。

一方、減光部３の減光率の設定が非連続の場合（減光部
３が回転ターレット板等である場合）は、（８〉式を満
足する回転ターレット板１６のメツシュフィルターを選
択し、このフィルターの減光率（例えばβ＝０．５とす
る）のもとで（５）式から算出されるパルス数Ｎｅｘｐ
が、（７）式を満足するか否かをチエツクする。ここで
はＮ　ｅｘｐを最小とするため、（８）式を満たすフィ
ルターのうち、減光率が一番大きいものから選択してい
くようにする。β＝０．５０　　（即ち、ｐ−β＝　１
　ｍ　Ｊ　７０ｍ”）の場合にはＮｅｘｐ＝８０パルス
となって、（６）及び（７〉式を満足することになる。

このようにパルス数Ｎ　ｅｘｐを決定すれば、後はＮｅ
ｘｐ＝８０であることから（９）、（ｌＯ）式を同時に
満たすｍ、　Ｎｖｉｂを定めるだけで良く、ここではｍ
＝１．Ｎｖｉｂ８０となる。

尚、上記のことから明らかなように、減光部３の減光率
の設定が非連続である場合、必ずしもその減光率を計算
から求めた最適値に設定できないので、連続設定可能な
場合と比較してパルス数Ｎｅｘｐが大きくなって、スル
ープット上不利となり得る。このため、減光部３として
は減光率の設定が連続的に可能なもの、若しくは非連続
的なものであっても減衰率（透過率）を細かく設定でき
るもの（例えば、２枚の回転ターレット板を組合せたも
の）等を用いることが望ましい。

次に、第６図のフローチャート図を用いて本実施例によ
る装置の動作を説明する。まず最初のステップ１００に
おいて、ウェハに塗布されたレジストに見合った最適（
目標）総露光量Ｓと、予めメモリー１１に格納されてい
る干渉パターンの平滑化に必要なパルス数Ｎｓｐ、及び
露光量制御精度を達成するために必要なパルス数Ｎｅと
の各データに基づいて、先に述べたように主制御系１０
に備えられた第１演算手段により減光部３の減光率β（
平均光量値Ｐ・β）を算出する。

続いて、ステップｌＯ１において回転ターレット板１６
を回転させて減光部３の減光率をβに設定し、ステップ
１０２でパルスカウンターｎ及び光量モニタ一部１８の
積算光量に対応する値Ｓａを、それぞれＮ　ｅｘｐ及び
零に設定する。

次のステップ１０３において、主制御系ＩＯはパルスカ
ウンターｎが零であるか否かを判断し、零でなければ、
次のステップ１０４に進む。そして、トリガ制御部１３
からトリガパルスをパルスレーザ光源ｌに送って１パル
スを発光させると共に、受光素子９によって発振された
パルス光の実際の光量に対応する値Ｐａを検出する。続
くステップｌＯ５では、光量モニタ一部１８における積
算光量の設定をＳａ　＋Ｐａとすると共に、パルスカウ
ンターの設定を（Ｎｅｘｐ　−１）とする。

次に、ステップ１０Ｂでは（５）式に従って第２演算手
段で先のステップ１００で決定した平均光量値Ｐ・βに
よって与えられるべき目標積算光量を求めると共に、第
３演算手段で目標積算光量と実測した積算光量との差分
りを求める。

Ｄ＝　（Ｎｅｘｐ−ｎ）・Ｉ”β−３ａ　　・・・・・
（１１）そして、ステップ１０７において上記差分りに
基づいて、次に照射すべきパルス光の光量ｐ゛を、（１
２）式によってステップ１００で決定した平均光量値ｐ
・βから補正して求める。

β 次のステップ１０８において、第２光量制御部１５は上
記光量Ｐ°に対応した印加電圧をパルスレーザ光源１に
設定した後、ステップ１０３へ戻る。このステップ１０
３において前述した動作と同様にパルスカウンターｎが
零であるか否かを判断する。零でなければ、ステップ１
０４に進み、ステップ１０４〜１０８において上述と同
様の動作を行った後、再びステップ１０３に戻り、パル
スカウンターｎが零となるまでステップ１０３〜１０８
を繰り返し実行し、パルスカウンターｎが零となった時
点で露光動作を終了する。

ここで、第２光量調整手段として高速減光部を用いる場
合、ステップ１００で決定される平均光量値Ｐ・βが高
速減光部の初期減光率のもとての値であるとすると、ス
テップ１０７において次に照射すべきパルス光を発振す
る際の高速減光部の減光率γｎは、以下の（１３）式に
よって決定される。

但し、パルスレーザ光源ｌから発振されるパルス光の平
均的な露光エネルギーをＰとする。

従って、次のステップ１０８において高速減光部の減光
率をγｎに設定し、以下本実施例と同様の動作で、パル
スカウンターｎが零となるまでステップ１０３〜１０８
を繰り返し実行すれば良い。

次に、第７図を用いて本実施例による装置における露光
量制御の状態を説明する。第７図は、１つのショットを
露光する際のパルス数と積算露光量との関係を示すグラ
フであって、ここでは８パルスで露光が終了する場合を
示している。尚、説明を簡単にするため、減光部３の減
光率βは１に設定されているものとする。

第７図において、二点鎖線で示した直線はステップ１０
０で決定した平均光量値Ｐ・βのパルス光によって与え
られるべき積算露光量の目標値を示している。従って、
本発明では上記目標値に沿って露光量制御が行われるよ
うに、第２見目以降のパルス毎にその光量が調整される
。

さて、第１発目のパルス光がＰｌ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ｐＩ
゛であったとすると、第２発目のパルス光は目標露光量
２ｐ１とｐ、°との差（２ＰＩ−Ｐ、’）＝Ｐ、なる光
量に設定されて発光が行われることになる。この際、第
２光量制御部１５は上記光量ｐ、に対応した印加電圧を
パルスレーザ光源ｌへ与えれば良い。同様に、第２発目
のパルス光量の実測値がＰ２°であったとすると、第３
発目のパルス光は（３Ｆ、−ｐ、’−ｐ、’）＝Ｐ’、
なる光量に設定されて発光が行われる。

従って、以上の動作を繰り返して行うことにより、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。この際、最終的な露光量制御精度（
適正露光量に対する実測値のばらつき）は、第８発目の
パルス光の光量誤差（ばらつき）となることは明らかで
ある。

以上の通り本発明の一実施例では、ｌショットを複数の
パルス光で露光するのにあたり、第（ｉ＋１）発白まで
の積算露光量の目標値と過去（第６発目まで）の積算露
光量との差に基づいて、次に照射すべき第（ｉ＋１）発
白のパルス光の光量を設定していた。しかしながら、パ
ルス毎のばらつき方に何等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化し、目標値をこの比の平均
値で除算したもので新たな目標値を設定しても良い。

また、上記の実施例では露光用照明光源から発振される
パルスエネルギーが可干渉性のレー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、例えば電子線等の光以外のパルスエネ
ルギーを射出する場合には、干渉パターンの低減（平滑
化）ということについては全く考慮する必要がない。従
って、複数のパルス光の照射によってウェハＷへ与えら
れる実際の積算露光量のばらつきを、目標とする適正露
光量に対して所望の露光量制御精度で制御するために最
低限必要なパルス数（本実施例のパルス数Ｎｅに対応）
を、１パルス当たりのパルスエネルギーの変動範囲と露
光量制御精度とから定め、このパルス数と最適露光量と
に基づいてパルス毎にそのパルスエネルギーの目標値を
設定すれば良い。即ち、最終的な積算露光量の適正露光
量に対する誤差は、最終パルス光の光量誤差によって決
定されるわけであるから、最終パルスのばらつきが露光
量制御精度の許容誤差内に入るように（４）式に従って
パルス数を定め、（５）式に従って１パルス当たりの平
均的な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常に予め設定された一定の値とな
っていると共に、ｌショットの露光に必要なパルス毎に
その光量（エネルギー量）を実測して微調整することで
露光量制御を行っている。このため、干渉パターンをパ
ルス光の照射に同期させて移動させることで、最終的な
干渉パターンを略完全に平滑化（照度均一化）する上で
好都合であり、しかも露光量の最適化及び干渉パターン
の平滑化を行いながらも必要最低限のパルス数で１シヨ
ツトの露光が行われるので生産性の向上を図ることがで
きる。また、従来に比較してより高精度に露光量制御を
行うことができ、しかもパルス毎の光量を実測するため
の光量計測手段、及び次のパルス光の光量を微調整する
ための手段（第２光量調整手段）のダイナミックレンジ
が小さくて済むといった効果がある。さらに、感光性の
第２物体への露光条件が変化する場合であっても、全て
のパルス光の光量を一律に減衰させる手段（第１光量調
整手段）を設けているため、第２光量調整手段のダイナ
ミックレンジを大きくすることなく、簡単に露光条件の
変化に対応することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による露光制御装置を備えた
ステッパーの概略的な構成を示す平面図、第２図は減光
部（第１光量調整手段）に適用するのに好適な回転ター
レット板の一例を示す構成図、第３図は第２図に示した
回転ターレット板により減光を行う場合の減光素子の回
転量と透過率との関係を示す図、第４図はオプチカルイ
ンチグレーター（フライアイレンズ）へ入射するビーム
とその２次光源像（スポット光）との関係を模式的に示
す図、第５図はパルスレーザ光源における印加電圧とそ
の出力（パルスエネルギー）との関係の一例を示す図、
第６図は第１図に示した本発明の一実施例による露光制
御装置の動作を示すフローチャート図、第７図は第１図
に示した実施例による露光量制御の様子を示すグラフ、
第８図（Ａ）〜（Ｃ）は第２光量調整手段としての高速
減光部の一例の説明に供する図である。 〔主要部分の符号の説明〕

Claims (4)

【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パルス光源と、該パルス光を
   第１物体に照射する照明光学系とを備え、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物体に照射される各パルス光の光量を、所定の
   調整度で一律に調整する第１光量調整手段と； 前記パルス光の照射によって前記第１物体若しくは第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ために必要なパルス数と、前記複
   数のパルス光の照射によって前記第２物体へ与えられる
   積算光量を所定の設定精度で制御するために必要なパル
   ス数と、前記所定の露光量とに基づいて、前記第１光量
   調整手段の調整度と前記パルス光の平均光量値とを予め
   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を前記パルス毎
   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前記第２物体へ与
   えられた実際の積算光量と、それに対応した前記目標積
   算光量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基づいて、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第２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）前記第２光量調整手段は、前記パルス毎に前記パ
   ルス光源の所定の発振条件を制御することによって、前
   記パルス光の光量を調整することを特徴とする請求項第
   １項記載の露光制御装置。
3. （３）前記第１光量調整手段は、前記第２物体への露光
   条件が変化した時のみ、前記パルス光の光量の調整度を
   連続的若しくは段階的に切り替えることを特徴とする請
   求項第１項又は第２項記載の露光制御装置。
4. （４）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物体に照射する照明系とを備え、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、 前記第１物体に照射される各パルスエネルギーのエネル
   ギー量を、所定の調整度で一律に調整する第１エネルギ
   ー量調整手段と； 前記複数のパルスエネルギーの照射によって前記第２物
   体へ与えられる積算エネルギーを所定の設定精度で制御
   するために必要なパルス数と、前記所定の露光量とに基
   づいて、前記第１エネルギー量調整手段の調整度と前記
   パルスエネルギーの平均エネルギー値とを予め決定する
   第１演算手段と； 該平均エネルギー値のもとで前記パルスエネルギーを照
   射した時に前記第２物体へ与えられるべき目標積算エネ
   ルギー量を前記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エネルギー量を検
   出するエネルギー量計測手段と； 先行して照射されたパルスエネルギーによって前記第２
   物体へ与えられた実際の積算エネルギー量と、それに対
   応した前記目標積算エネルギー量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基づいて、次に照射すべきパルスエ
   ネルギーのエネルギー量を前記平均エネルギー値を補正
   して調整する第２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。