JPH06252022A

JPH06252022A - 露光制御装置

Info

Publication number: JPH06252022A
Application number: JP5035248A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Suzuki; 一明鈴木
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-02-24
Filing date: 1993-02-24
Publication date: 1994-09-09
Anticipated expiration: 2016-12-04
Also published as: US6222615B1; US20010010580A1; JP3235078B2; US5627627A; US6456363B2

Abstract

(57)【要約】【目的】パルス光源を用いてスリットスキャン露光方
式で露光する際に、パルス光毎のパルスエネルギーのば
らつきが所定の範囲を超えた場合でも、感光基板上への
積算露光量を適正露光量に近づける。【構成】スリット状の照明領域に対してレチクル及び
ウエハを相対的に走査して、パルス光による露光を行う
と、１パルス目、２パルス目、‥‥でのウエハ上での照
度分布はそれぞれ分布２６Ａ，２６Ｂ，‥‥となる。パ
ルス発光間に相対的に走査される量をＸ_stepとすると、
それぞれ走査方向に幅Ｘ_stepのパルス数積算領域２７
Ａ，２７Ｂ，‥‥において、それぞれ次のパルス照射に
より与えられるべき積算露光量とそれまでの実際の積算
露光量との差分を求め、これら差分の平均値を次のパル
ス光での露光量とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばパルス光源から
のパルス光により矩形又は円弧状等の照明領域を照明
し、その照明領域に対してマスク及び感光基板を同期し
て走査することにより、マスク上のパターンを感光基板
上に露光する所謂スリットスキャン露光方式の露光装置
において感光基板への露光量を制御する露光制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体素子、液晶表示素子又
は薄膜磁気ヘッド等をフォトリソグラフィー技術を用い
て製造する際に、フォトマスク又はレチクル（以下、
「レチクル」と総称する）のパターンを投影光学系を介
して、フォトレジスト等が塗布されたウエハ又はガラス
プレート等の感光基板上に露光する投影露光装置が使用
されている。最近は、半導体素子の１個のチップパター
ン等が大型化する傾向にあり、投影露光装置において
は、レチクル上のより大きな面積のパターンを感光基板
上に露光する大面積化が求められている。

【０００３】また、半導体素子等のパターンが微細化す
るのに応じて、投影光学系の解像度を向上することも求
められているが、投影光学系の解像度を向上すると同時
に、投影光学系の露光フィールドを大きくすることが容
易でないという問題がある。特に、投影光学系として、
反射屈折系を使用するような場合には、無収差の露光フ
ィールドの形状が円弧状の領域となることもある。

【０００４】斯かる被転写パターンの大面積化及び投影
光学系の露光フィールドの制限に応えるために、例えば
矩形、円弧状又は６角形等の照明領域（これを「スリッ
ト状の照明領域」という）に対してレチクル及び感光基
板を同期して走査することにより、レチクル上のそのス
リット状の照明領域より広い面積のパターンを感光基板
上に露光する所謂スリットスキャン露光方式の投影露光
装置が開発されている。一般に投影露光装置において
は、感光基板上の感光材に対する適正露光量が定められ
ているため、スリットスキャン露光方式の投影露光装置
においても、感光基板に対する露光量を適正露光量に対
して所定の許容範囲内で合致させるための露光制御装置
が設けられている。

【０００５】また、最近は、感光基板上に露光するパタ
ーンの解像度を高めることも求められているが、解像度
を高めるための一つの手法が露光光の短波長化である。
これに関して、現在使用できる光源の中で、発光される
光の波長が短いものは、エキシマレーザ光源、金属蒸気
レーザ光源等のパルス発振型のレーザ光源（パルス発振
光源）である。しかしながら、水銀ランプ等の連続発光
型の光源と異なり、パルス発振光源では発光されるパル
ス光のエネルギー（パルスエネルギー）が、パルス発光
毎に所定の範囲内でばらつくという特性がある。

【０００６】従って、パルス発振光源からのパルス光の
平均エネルギーを〈ｐ〉、そのパルス光のパルスエネル
ギーのばらつきの範囲をΔｐとして、従来の露光制御装
置では、そのパルスエネルギーのばらつきを表すパラメ
ータΔｐ／〈ｐ〉が正規分布をしている（ランダムであ
る）としていた。そして、パルス光によるスリット状の
照明領域と共役な露光領域に対して相対的に走査される
感光基板上の或る領域（これを「パルス数積算領域」と
いう）に照射されるパルス光の数をｎとすると、露光終
了後の積算露光量のばらつきが（Δｐ／〈ｐ〉）／ｎ
^1/2 になることを利用して、その積算露光量が所定の許
容範囲内で適正露光量に達するように制御していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の露光
制御装置においては、パルスエネルギーのばらつき（Δ
ｐ／〈ｐ〉）が所定の値以上に大きくならないことを前
提として露光量を制御していた。例えば、標準偏差σの
３倍でのΔｐ／〈ｐ〉を１０％として、標準偏差σの３
倍での積算露光量の所望の再現精度Ａを１％にするため
には、感光基板上の各パルス数積算領域に照射されるパ
ルス光の数ｎが１００以上になるように、スリット状の
照明領域に対して相対的にレチクル及び感光基板を同期
して走査すればよい。

【０００８】しかしながら、従来の露光量制御の方式は
オープン制御であったために、パルス発振光源の発振状
態に何等かの変動があり、パルスエネルギーのばらつき
（Δｐ／〈ｐ〉）が一時的にその１０％を超えてしまう
と、積算露光量のその所望の再現精度Ａが得られなくな
るという不都合があった。これに関して、例えばステッ
パーのようにレチクルと感光基板とを停止したままレチ
クルのパターンを感光基板上に露光する方式の投影露光
装置では、本出願人が特開昭６３−３１６４３０号公
報、特開平１−２５７３２７号公報に開示しているよう
に、最後の複数個のパルス光を減光して露光を行う修正
露光方式や、積算露光量が目標とする精度範囲内で適正
露光量に到達したときに露光を終了するカットオフ方式
が知られている。カットオフ方式では感光基板上に照射
されるパルス光の数は一定ではなくなる。更に、本出願
人が特開平２−１３５７２３号公報、特開平３−１７９
３５７号公報に開示しているように、１パルス毎にパル
スエネルギーの微調を行う所謂パルス毎のエネルギー微
調方式も知られている。

【０００９】しかしながら、スリットスキャン露光方式
の投影露光装置においては、感光基板上の複数のパルス
数積算領域に対して照射されるパルス光の積算エネルギ
ーがそれぞれ異なるという特殊性から、上記のような非
走査型の露光装置に対して提案されている露光量の制御
方式はそのままでは適用できないという不都合があっ
た。

【００１０】本発明は斯かる点に鑑み、パルス光でスリ
ット状の照明領域を照明し、このスリット状の照明領域
に対して相対的にレチクル及び感光基板を同期して走査
する露光装置用の露光制御装置において、パルス光毎の
パルスエネルギーのばらつきが所定の範囲を超えた場合
でも、感光基板上への積算露光量を適正露光量に近づけ
ることができるようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による露光制御装
置は、例えば図１に示す如く、発振の度に所定の範囲内
で光量変動を伴うパルス光を発生するパルス光源（１）
と、そのパルス光で第１物体（Ｒ）上のスリット状の照
明領域を感光性の第２物体（Ｗ）の方向に照明する照明
光学系（２，５〜１０）とを有し、そのスリット状の照
明領域に対して相対的に第１物体（Ｒ）及び第２物体
（Ｗ）を同期して走査することにより、そのスリット状
の照明領域よりも広い第１物体（Ｒ）上のパターンを第
２物体（Ｗ）上に露光する露光装置に備えられ、第２物
体（Ｗ）へのそのパルス光の露光量を所定の露光量に制
御する装置において、第１物体（Ｒ）に照射されるその
パルス光の光量を調整する光量調整手段（１，３）を有
する。

【００１２】更に、本発明は、そのパルス光によって第
２物体（Ｗ）上に照射される積算露光量を所定の再現精
度で制御するために必要なパルス数、そのスリット状の
照明領域に対する第１物体（Ｒ）及び第２物体（Ｗ）の
相対的な走査速度の許容範囲及びその所定の露光量に基
づいて、そのパルス光の平均光量値及び光量調整手段
（３）の光量の調整度を予め決定する第１演算手段（１
６）と、第２物体（Ｗ）に照射された実際の積算露光量
を検出する露光量計測手段（６，１５）と、第２物体
（Ｗ）上に先行して照射されたパルス光によって第２物
体（Ｗ）上の異なるパルス数積算領域毎に実際に照射さ
れた個別の積算露光量と、その平均光量値のもとでそれ
ら異なるパルス数積算領域毎に次のパルス光の照射によ
り与えられるべき個別の目標積算露光量とのそれぞれの
差分を算出し、これら差分の平均値を以って光量調整手
段（１，３）におけるそのパルス光毎の光量の調整度を
算出する第２演算手段（１６）とを有するものである。

【００１３】この場合、その光量調整手段（１，３）
は、そのスリット状の照明領域に対する第１物体（Ｒ）
及び第２物体（Ｗ）の相対的な１回の走査の期間中は光
量調整度が固定された光量粗調用の第１光量調整手段
（３，１８）と、そのパルス光毎に光量調整度が制御さ
れる光量微調用の第２光量調整手段（１，１９）とから
なるものであってもよい。

【００１４】また、その第２光量調整手段（１，１９）
は、パルス光源（１）がそのパルス光を発光するための
蓄積電荷量（例えば印加電圧）を制御することによって
そのパルス光の光量を調整するものであってもよい。そ
して、第２物体（Ｗ）上のその異なるパルス数積算領域
毎に積算した個別の積算露光量とその所定の露光量との
比較をその異なるパルス数積算領域毎に行い、その異な
るパルス数積算領域内に積算露光量とその所定の露光量
との差分が所定の許容値を超えている領域が存在したと
きに、第２物体（Ｗ）に対する積算露光量が適正でない
と判定する判定手段（１６）を設けることが望ましい。

【００１５】更に、パルス光源（１）が可干渉性のパル
ス光を発振する場合、その照明光学系中にそのパルス光
の可干渉性を制御する干渉縞低減部（４）を設け、その
第１演算手段（１６）は、そのパルス光の可干渉性を制
御するのに必要なそのパルス光の数、そのパルス光によ
って第２物体（Ｗ）上に照射される積算露光量を所定の
再現精度で制御するために必要なパルス数、そのスリッ
ト状の照明領域に対する第１物体（Ｒ）及び第２物体
（Ｗ）の相対的な走査速度の許容範囲及びその所定の露
光量に基づいて、そのパルス光の平均光量値及び光量調
整手段（１，３）の光量の調整度を予め決定することが
望ましい。

【００１６】

【作用】斯かる本発明によれば、パルス光源（１）から
のパルス光を用いてスリットスキャン露光方式で第１物
体（Ｒ）のパターンを第２物体（Ｗ）上へ露光する際
に、例えば図４に示すように第２物体（Ｗ）上の異なる
パルス数積算領域（２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，‥‥）で
は、それぞれ照射されたパルス光の積算露光量が異なる
が、光量を調整すべきパルス光源（１）は１個である。
そこで、露光量計測手段（６，１５）により、パルス数
積算領域（２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，‥‥）毎のそれま
での積算露光量を計測し、第２演算手段（１６）によ
り、それまでの積算露光量と次のパルス光の照射により
与えるべき個別の目標積算露光量との差分をパルス数積
算領域（２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，‥‥）毎に算出す
る。そして、これら差分の平均値分だけパルス光源
（１）で発光を行うというフィードバック制御を行うこ
とにより、第２物体（Ｗ）の全露光面での積算露光量を
平均として適正露光量に所定の許容範囲で合致させるこ
とができる。

【００１７】次に、その光量調整手段（１，３）が、光
量粗調用の第１光量調整手段（３，１８）と、光量微調
用の第２光量調整手段（１，１９）とからなる場合に
は、１回のスリットスキャン露光時にはその第２光量調
整手段を用いることにより、光量調整の応答性を高める
ことができる。また、その第２光量調整手段（１，１
９）が、パルス光源（１）がそのパルス光を発光するた
めの蓄積電荷量（例えば印加電圧又は供給電流等）を制
御することによってそのパルス光の光量を調整するもの
である場合には、光量調整機構が簡単であると共に、応
答性が良い。

【００１８】そして、第２物体（Ｗ）上のその異なるパ
ルス数積算領域毎に積算した個別の積算露光量とその所
定の露光量との比較をその異なるパルス数積算領域毎に
行い、その異なるパルス数積算領域内に積算露光量とそ
の所定の露光量との差分が所定の許容値を超えている領
域が存在したときに、第２物体（Ｗ）に対する積算露光
量が適正でないと判定する判定手段（１６）を設けた場
合には、この判定手段（１６）によりその第２物体
（Ｗ）上への露光量が適正であるかどうかが迅速且つ正
確に判定される。

【００１９】更に、パルス光源（１）が可干渉性のパル
ス光を発振する場合、その照明光学系中にそのパルス光
の可干渉性を制御する干渉縞低減部（４）を設け、その
第１演算手段（１６）が、そのパルス光の可干渉性を制
御するのに必要なそのパルス光の数にも基づいて、その
パルス光の平均光量値及び光量調整手段（１，３）の光
量の調整度を予め決定する場合には、可干渉性のパルス
光を使用した場合でも良好な露光が行われる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明による露光制御装置の一実施例
につき図面を参照して説明する。本実施例は、光源とし
てエキシマレーザ光源等のパルス発振型の露光光源を有
するスリットスキャン露光方式の投影露光装置に本発明
を適用したものである。図１は本実施例の投影露光装置
を示し、この図１において、エキシマレーザ光源等のパ
ルスレーザ光源１には、外部トリガパルスを出力するト
リガー制御部２０が接続されている。このトリガー制御
部２０は、装置全体の動作を制御する主制御系１６から
の指令信号に応じて、パルスレーザ光源１の発振を制御
する。本例のパルスレーザ光源１からのパルス光は可干
渉性を有する。

【００２１】また、本実施例では光量制御手段として粗
調用の第１光量制御部１８と、微調用の第２光量制御部
１９とが設けられ、後者の第２光量制御部１９は、パル
スレーザ光源１のパルス発光のための印加電圧を制御す
るものである。この第２光量制御部１９は、主制御系１
６からの指令信号に基づいて、パルスレーザ光源１に対
する印加電圧を制御して、パルスレーザ光源１から射出
されるパルス光毎にこのパルスエネルギー（露光エネル
ギー）の微調整を行う。

【００２２】図２は印加電圧とパルスエネルギーとの関
係の一例を示し、この図２に示すように、パルスレーザ
光源１に対する印加電圧を変えることにより、この印加
電圧にほぼ直線関係でパルスレーザ光源１から射出され
るパルス光のエネルギーを変えることができる。本例で
は、パルスレーザ光源１に対する印加電圧を変えること
により、パルス光毎にパルスエネルギーの微調整を行
う。なお、パルスレーザ光源１に供給する電流を変える
ことにより、パルスエネルギーの微調整を行う手法も考
えられる。

【００２３】図１に戻り、パルスレーザ光源１は、レー
ザチューブを挟んで両端に配置される２枚の発振ミラー
の間の一部に、エタロン及び分散素子等で構成される狭
帯化波長安定化機構を有する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、ウエハＷ上
のフォトレジスト層を感光するような波長の紫外光、例
えばＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）が発振
される。パルスレーザ光源１から射出されるレーザビー
ムＬＢ０は、それら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１／２〜１／５程度の
長方形となっている。そのレーザビームＬＢ０は、シリ
ンドリカルレンズやビームエクスパンダから成るビーム
整形光学系２に入射し、ビーム整形光学系２からは、ビ
ーム断面が正方形で且つ後述のフライアイレンズ５に効
率よく入射できる大きさに整形されたレーザビームＬＢ
１が射出される。

【００２４】そのレーザビームＬＢ１は減光部３に入射
する。減光部３は、入射したレーザビームに対する透過
率を１００％（完全透過）から０％（完全遮光）の間で
連続的又は離散的に変化させることにより、その入射し
たレーザビームを所望の割合で減衰させる。減光部３の
透過率は、レチクルＲ又はウエハＷ上に生じる干渉パタ
ーンを平均化するために必要なパルス数Ｎ_spと、ウエハ
Ｗ上の１点に与えられる積算露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Ｎ_e とから定めら
れる実際の露光に必要なウエハＷ上の１点に対するパル
ス数Ｎ_exp 、及び目標露光量から決定されるものであ
る。

【００２５】減光部３の透過率が例えば離散的な６段階
に設定されるものとすると、その透過率は露光開始前に
選択され、少なくともレチクルＲ上の１つの露光フィー
ルド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、ウエハＷへの露光条件（ウエハＷ上
の１点に対する目標露光量）に変更がない限り、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
ものである。従って、減光部３としては、応答速度（異
なる透過率間の切替え速度）が比較的遅い光量微調機構
でも構わない。本実施例の減光部３としては、例えばレ
ボルバに６種類の透過率の異なるメッシュフィルタを取
り付け、このレボルバを回転させる方式の機構を採用す
る。

【００２６】図３はそのレボルバ方式の減光部３を示
し、この図３において、円板状のレボルバ板３０に回転
軸を中心として略６０°間隔で６種類のメッシュフィル
タ３０ａ〜３０ｆが取り付けられている。そして、メッ
シュフィルタ３０ａ〜３０ｆの内の何れか１つのメッシ
ュフィルタが、図１のビーム整形光学系２からの略正方
形の断面形状のレーザビームＬＢ１の光路中に設置され
るように構成されている。この場合、メッシュフィルタ
３０ａの透過率は略１００％であり、他のメッシュフィ
ルタ３０ｂ〜３０ｆの透過率は例えば次第に減少するよ
うに設定されている。

【００２７】また、レボルバ板３０に取り付ける減光素
子としては、メッシュフィルタ以外に、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組のレボル
バ板３０を一定の間隔をおいて相対回転可能に設け、例
えば第１レボルバ板の減光素子の透過率を１００％、９
０％、８０％、７０％、６０％、５０％とし、第２レボ
ルバ板の減光素子の透過率を１００％、４０％、３０
％、２０％、１０％、５％に設定すれば、両者の組み合
わせで、計３６通りの透過率が実現できる。

【００２８】また、減光部３の減光方式として、所定の
矩形アパーチャを有する絞りとズームレンズ系とを組み
合わせて、可変のズーム比と矩形アパーチャの可変の幅
との組み合わせを変えることで連続的に減光を行う方式
を使用しても良い。更に、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、又は２枚の位相格子若しくは振幅格子を相対的
に移動させる方式を使用しても良い。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、減光部３の
減光方式として、偏光板を回転させる方式等を採用して
も構わない。

【００２９】図１に戻り、減光部３において所定の減衰
を受けた略平行なレーザビームＬＢ１′は、干渉パター
ンを平均化する干渉縞低減部４を経てフライアイレンズ
５に入射する。干渉縞低減部４は、アクチュエータ（ピ
エゾ素子等）によって１次光（又は２次光）的に振動す
る振動ミラーを有し、１パルス光毎にフライアイレンズ
５へ入射するレーザビームＬＢ１′の入射角を変化させ
ることで、レチクルＲ上の干渉パターンを１次元（又は
２次元）的に移動させて、最終的にその干渉パターンを
平滑化する。換言すれば、干渉縞低減部４は、レチクル
Ｒ上でのパルスレーザ光の照度均一性を高めるものであ
り、その原理の詳細は本出願人による特開昭５９−２２
６３１７号公報に開示されている。

【００３０】また、干渉縞低減部４としては、振動ミラ
ー方式の他に、例えば拡散板をパルス光の発光に同期し
て回転させる構成でも良い。次に、フライアイレンズ５
から射出されたレーザビームＩＬ２は、透過率が高く反
射率が低いビームスプリッタ６に入射し、ビームスプリ
ッター６を透過したレーザビームＩＬ２は、第１リレー
レンズ７Ａを介して視野絞り８に入射する。レーザビー
ムＩＬ２の断面形状は、視野絞り８によりスリット状に
整形される。視野絞り８の配置面は、レチクルＲのパタ
ーン形成面及びウエハＷの露光面と共役な位置にあり、
視野絞り８の開口部の形状を調整することにより、レチ
クルＲ上で所望の形状の照明視野（照野）が得られる。
視野絞り８の開口部から射出されたレーザビームＩＬ２
は、第２リレーレンズ７Ｂ、折り曲げミラー９及びメイ
ンコンデンサーレンズ１０を経てレチクルＲのパターン
領域の一部をスリット状の照明領域２５で照明する。レ
チクルＲはレチクルステージ１１上に載置されている。

【００３１】レチクルＲのパターン領域で回折されたレ
ーザ光は、投影光学系ＰＬを介して、ウエハＷ上の感光
材としてのフォトレジスト層にレチクルＲのパターン像
を結像する。即ち、レチクルＲ上のスリット状の照明領
域２５と共役なスリット状の露光領域２６内のウエハＷ
の露光面上に、そのスリット状の照明領域２５内の回路
パターンの像が投影される。ウエハＷは、ウエハステー
ジ１３上のウエハホルダ１２に真空チャックされ、ウエ
ハステージ１３は、ウエハＷを投影光学系ＰＬの光軸に
垂直な平面内の一方向であるＸ方向に走査するＸステー
ジ、その光軸に垂直な面内でＸ方向に垂直なＹ方向にウ
エハＷを位置決めするＹステージ、及びその光軸の方向
であるＺ方向にウエハＷを位置決めするＺステージ等よ
り構成されている。

【００３２】この場合、スリットスキャン露光方式で露
光を行う際には、主制御系１６からの指令に基づき、レ
チクルステージ走査制御部２１がレチクルステージ１１
を介して、スリット状の照明領域２５に対してレチクル
ＲをＸ方向に走査するのと同期して、ウエハステージ走
査制御部２２がウエハステージ１３を介してウエハＷを
スリット状の露光領域２６に対して−Ｘ方向に走査す
る。この際の目標露光量と同期走査時の走査速度及びレ
ーザ発振周波数等との関係については後述することとす
る。

【００３３】ところで、フライアイレンズ５から射出さ
れたレーザビームＩＬ２の内で、ビームスプリッタ６で
反射されたレーザビームは、集光光学系１４により受光
素子１５の受光面上に集光される。受光素子１５は、レ
ーザビームの各パルス光毎の光量（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てい
る。受光素子１５から出力される光電信号は主制御系１
６に供給され、主制御系１６において各パルス光毎の光
量が順次積算される。

【００３４】この実測値（積算光量値）は、主制御系１
６においてパルスレーザ光源１に対して１パルス光毎に
印加電圧の制御を行う際、及びトリガー制御部２０を介
してパルスレーザ光源１の１パルス光毎の発振制御を行
う際の基礎データとなっている。なお、予めパワーメー
タ等により、レーザ光のウエハＷの露光面での照度と受
光素子１５の光電信号出力との関係が求められ、この関
係がメモリー２３に記憶されている。

【００３５】主制御系１６には、入出力装置２４及びメ
モリー２３が接続されている。主制御系１６は、上述し
た受光素子１５の実測値に基づいてトリガー制御部２０
に制御指令を出力する他、第１光量制御部１８、第２光
量制御部１９及び干渉縞低減制御部１７の各々に所定の
指令信号を送って、投影露光装置全体の動作を統括制御
する。入出力装置２４は、オペレーターと投影露光装置
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主制御系１
６へ伝達すると共に、主制御系１６の動作状態をオペレ
ータに知らせる。

【００３６】また、メモリー２３には入出力装置２４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１５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により良好に干渉パターンの平滑化を行
うために最低限必要なパルス数Ｎ_spや、積算露光量を所
望の露光量制御精度で制御するために必要なパルス数Ｎ
_e の情報が記憶されている。

【００３７】さて、主制御系１６による減光部３の透過
率α及びウエハステージ１３の同期走査速度ｖ（ｃｍ／
ｓｅｃ）の決定法について述べる。今、ウエハＷ上のフ
ォトレジスト感度をＳ（ｍｊ／ｃｍ²)、減光なしの状態
でのウエハＷの露光面上での１パルス光のエネルギー密
度をｐ（ｍｊ／ｃｍ²・pulse)、第１光量制御部１８での
透過率をα、第２光量制御部１９での透過率をβ、ウエ
ハＷの露光面でのスリット状の露光領域２６の走査方向
のスリット幅をＤ（ｃｍ）、レーザ発振周波数をｆ（Ｈ
ｚ）とすると、ウエハＷの露光面上の１点の露光に必要
なパルス数Ｎ_ex _p は、次のようになる。

【００３８】

【数１】Ｎ_exp ＝Ｓ／（α・β・ｐ）＝Ｄ・ｆ／ｖ＝整数（数１）より、Ｓ／（α・β・ｐ）は整数化されねばな
らず、逆に透過率βの微調をしても整数化できないとき
は、露光後、目標値に対してオフセット（誤差）を持つ
ことになってしまう。従って、このような透過率βの大
きな変更は、第２光量制御部１９によってパルス光毎に
行う代わりに、全てのパルス光に対して一律の制御を行
う方法で対応する必要がある。同様に、（数１）のＤ・
ｆ／ｖも整数化の必要がある。走査方向のスリット幅Ｄ
が一定で、レーザ発振周波数ｆが最大値（この場合はス
ループット上有利である）の場合、走査速度ｖの調節が
必要となる。

【００３９】フォトレジストが低感度で感度Ｓが大きな
値のときには、走査速度ｖを小さくするのがよい。ま
た、フォトレジストが高感度で感度Ｓが小さいときに
は、走査速度ｖを大きくする必要が生じるが、走査速度
ｖには許される最大値ｖ_max がある。そのため、走査速
度ｖがその最大値を越える場合には、第１光量制御部１
８により減光部３を制御して透過率αを小さくして、走
査速度ｖを最大値ｖ_max より小さくする必要が生じる。
また、パルス数Ｎ_exp は、干渉パターンの平滑化を行う
ために最低限必要なパルス数Ｎ_spや、積算露光量を所望
の露光量制御精度で制御するために必要なパルス数Ｎ_e
より大きい必要がある。以上の条件をまとめると次のよ
うになる。

【００４０】

【数２】ｖ_max ≧（Ｄ・ｆ／Ｓ）・α・β・ｐ

【００４１】

【数３】Ｎ_exp ＝Ｓ／（α・β・ｐ）≧Ｍａｘ（Ｎ_e ，Ｎ_sp）なお、関数Ｍａｘ（Ａ，Ｂ）は数Ａ及びＢの内の値が大
きい方の数を示す。（数２）及び（数３）より、次式が
成立する。

【００４２】

【数４】

【００４３】なお、関数Ｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は数Ａ及びＢ
の内の値が小さい方の数を示す。そして、透過率αの設
定が必要な場合は、透過率αの設定をした後、（数１）
に基づいて透過率βの再設定をする。その後、（数１）
に基づき走査速度ｖが決定される。次に、パルスレーザ
光源１から射出される各パルス光毎に、第２光量制御部
１９を介してエネルギーを調整する際のエネルギー調整
度について説明する。

【００４４】先ず、（数１）より、パルスレーザ光源１
のパルス発光間隔の間に、ウエハステージ１３が走査方
向である−Ｘ方向に走査される距離Ｘ_stepは、次のよう
になる。

【００４５】

【数５】Ｘ_step＝Ｄ／Ｎ_exp これを言い替えるため、ウエハＷの露光面をその走査方
向に幅Ｘ_stepの領域（以下、「パルス数積算領域」とい
う）に分割して考えると、ウエハＷ上のスリット状の露
光領域２６の走査方向の幅Ｄは、露光パルス数と同じＮ
_exp にそのパルス数積算領域の各々の走査方向の幅Ｘ
_stepを乗じたものである。

【００４６】図４は、ウエハＷの露光面をパルス数積算
領域で分割した状態を示し、この図４において、横軸は
ウエハＷ上の或る時点でのＸ座標、縦軸は位置Ｘでの照
度ＩＷである。また、この図４の例では、スリット状の
露光領域の幅Ｄが、パルス数積算領域の走査方向の幅Ｘ
_stepの５倍、即ち露光パルス数Ｎ_exp が５パルスの場合
（実際には数１０パルス以上必要となる）を示してい
る。そして、便宜上スリット状の露光領域がウエハＷ上
をＸ方向に走査するものとして表し、１パルス目のパル
ス光による照度分布を矩形の照度分布２６Ａで表すと、
スリット状の露光領域に対するウエハＷの相対的な走査
により、２パルス目のパルス光による照度分布２６Ｂ
は、照度分布２６Ａに対してＸ_stepだけＸ方向にずれた
ものとなる。同様に、３パルス目のパルス光による照度
分布２６Ｃは、照度分布２６Ｂに対してＸ_stepだけＸ方
向にずれたものとなり、以下各パルス光による照度分布
は次第にＸ方向にＸ_stepだけずれて行く。また、パルス
レーザ光源１の出力のばらつきにより、各パルス光のエ
ネルギーに依る照度分布ＩＷの値もばらついている。

【００４７】そのため、例えば１パルス目のパルス光に
より初めて照射された幅Ｘ_stepのパルス数積算領域２７
Ａと、２パルス目のパルス光により初めて照射されるパ
ルス数積算領域２７Ｂと、３パルス目のパルス光により
初めて照射されるパルス数積算領域２７Ｃとでは、それ
ぞれ受ける積算露光量が異なって来る。従って、本例で
は、一連のパルス数積算領域２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，
‥‥毎にそれぞれ実際の露光量と目標露光量との差分を
検出し、これらの差分の平均値のエネルギーをパルスレ
ーザ光源１の次のパルス発光のエネルギーとするよう
に、図１の主制御系１６は第２光量制御部１９を介して
パルスレーザ光源１の印加電圧を調整する。

【００４８】ここで、主制御系１６が、パルスレーザ光
源１から次に照射されるパルスレーザー光のエネルギー
を求める際の演算方法について説明する。この場合、
（数４）によって透過率αを定め、（数１）の（Ｎ_exp
＝Ｓ／（αβｐ））を整数化するために透過率βの微調
を行った後のウエハＷの露光面でのパルスエネルギー密
度を〈ｑ〉（ｍＪ／ｃｍ²・pulse)（＝α・β・〈ｐ〉）
とおく。変数〈ｐ〉は、減光無しの状態でのウエハＷの
露光面での１パルスのエネルギー密度ｐの平均値であ
る。このとき、走査露光によってウエハＷの露光面が実
際に露光される最初のパルスをｎ＝１で表すと、ｎパル
ス目の目標露光量ｑ_n は、次式で定めればよい。

【００４９】

【数６】

【００５０】この（数６）の第２式及び第３式のｉ・
〈ｑ〉の項が、第ｉ番目のパルス数積算領域の目標露光
量であり、Σｑ_j の項は第ｉ番目のパルス数積算領域に
それまでに露光されたパルス光の積算露光量である。従
って、（数６）の第２式及び第３式は、まだ露光パルス
数がＮ_exp に達していない全てのパルス数積算領域にお
いてそれぞれ求めたそれまでの積算露光量と次のパルス
での目標積算露光量との差分の平均値を、パルスレーザ
光源１の次のパルス発光でのパルスエネルギーとするこ
とを意味している。これは、各パルス数積算領域（図４
の２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，‥‥）において次のパルス
光の照射により露光すべきパルスエネルギーの平均値
を、パルスレーザ光源１の次のパルス発光でのパルスエ
ネルギーとすることを意味する。

【００５１】次に、図４の１個のパルス数積算領域２７
Ａにおける積算露光量の制御状態につき図５を参照して
説明する。図５はそのパルス数積算領域２７Ａにおけ
る、パルス発光毎の積算露光量の変化を示し、この図５
において、実線の折れ線が実際の積算露光量、２点鎖線
が各パルス光が照射される時点での目標積算露光量を示
す。但し、便宜上、露光パルス数Ｎ_exp が８パルス、即
ちスリット状の露光領域２６の走査方向の幅Ｄが８・Ｘ
_stepの場合を示している。先ず１パルス目の目標積算露
光量Ｐ₁ に対して実際の露光量がＰ₁ ′とすると、２パ
ルス目の目標積算露光量（＝２・Ｐ₁ ）とその実際の露
光量Ｐ₁ ′との差分である露光量Ｐ₂ が、パルス数積算
領域２７Ａにおいて２パルス目で照射されるべきエネル
ギーである。

【００５２】本例ではその露光量Ｐ₂ をそのまま用いる
のではなく、次のパルス発光で露光される各パルス数積
算領域についてもそれぞれ２パルス目での目標露光量と
それまでの積算露光量との差分を求め、それら差分の平
均値を２パルス目で照射すべきエネルギーとして、この
エネルギーが得られるように図１のパルスレーザ光源１
の印加電圧を制御する。その結果、パルス数積算領域２
７Ａにおいては、２パルス目のパルス光の照射により、
例えば露光量Ｐ₂ ′のエネルギーが照射される。３パル
ス目以降でも、パルス数積算領域２７Ａ及び他のパルス
数積算領域においてそれぞれ個別に目標積算露光量とそ
れまでの実際の積算露光量との差分が求められ、これら
差分の平均値が次のパルス光での露光量とされる。この
ように、各パルス数積算領域において、次のパルス発光
での露光エネルギーの目標値を求める方法の詳細は、例
えば特開平２−１３５７２３号公報や特開平３−１７９
３５７号公報に開示されている。

【００５３】このように露光を行う場合、図１の主制御
系１６は、（数６）によりパルス光毎に次のパルス光に
よる目標露光量を算出し、第２光量制御部１９を介して
その目標露光量が得られるようにパルスレーザ光源１の
光量制御を行う。ところで本方式による露光制御精度Ａ
は、パルスエネルギーばらつきを（Δｐ／〈ｐ〉）とす
ると、次のようになる。

【００５４】

【数７】

【００５５】そして、（Δｐ／〈ｐ〉）＝１０％で、露
光制御精度Ａ＝１％を得るには、（数７）より、Ｎ_exp
≧５０pulse でよいことになる。即ち、Ｎ_e ＝５０程度
となる。また、（数３）に現れる干渉縞低減に必要なパ
ルス数Ｎ_spは、通常実験で決定されるが、５０パルスも
あれば十分と言われている。よって、（数３）にてＭａ
ｘ（Ｎ_e ，Ｎ_sp）＝５０と考えればよい。

【００５６】最後に、スリットスキャン露光方式の露光
装置の場合は、露光フィールド中の各パルス数積算領域
毎に照射されたパルスが少しずつずれるため、露光量制
御精度もパルス数積算領域毎に異なる。例えば或るパル
ス数積算領域にてｎパルス目から（ｎ＋Ｎ_exp −１）パ
ルス目までのＮ_exp パルスが照射されたとすると、走査
方向に後側の隣りのパルス数積算領域では（ｎ＋１）パ
ルス目から（ｎ＋Ｎ_ex _p ）パルス目までのＮ_exp パルス
が照射される。このため、露光量制御精度の判定はパル
ス数積算領域毎に行うこととし、主制御系１６内の積算
光量用のメモリは、少なくともＮ_exp 個分は必要であ
り、理想的にはウエハＷ上の露光フィールドの走査方向
の長さをＬとおくと、Ｌ／Ｘ_step個分が用意されている
のが望ましい。

【００５７】具体的に、各パルス数積算領域毎に図５の
折れ線で示すように露光が行われる場合について、ウエ
ハ上に適正露光量の露光が行われたか否かを判定する手
法について図６を参照して説明する。図６において、折
れ線２８Ａは、図５に示すパルス数積算領域２７Ａでの
露光量の変化を示し、他の折れ線２８Ｂ〜２８Ｅはそれ
ぞれ他のパルス数積算領域２７Ｂ〜２７Ｅ（不図示）で
の露光量の変化を示す。この場合、先ず最初のパルス数
積算領域２７Ａにおいて、最終パルスの露光終了後に、
目標露光量Ｅ_ade と実際の積算露光量との差分ΔＥ_A が
求められる。この差分ΔＥ_A が所定の許容値を超えてい
る場合には、その時点でウエハへの露光量が適正露光量
でないと判定され、露光異常の状態でそのウエハへの露
光工程が終了する。

【００５８】また、その差分ΔＥ_A が所定の許容値以内
の場合には、次のパルス数積算領域２７Ｂ，２７Ｃ，‥
‥についてそれぞれ目標露光量Ｅ_ade と実際の積算露光
量との差分が求められ、この差分ΔＥ_B,ΔＥ_C,…が所定
の許容値を超えているかどうかが確かめられる。そし
て、例えば図６の折れ線２８Ｅに示されるように、パル
ス数積算領域２７Ｅ（不図示）での目標露光量Ｅ_ade と
実際の積算露光量との差分ΔＥ_E が所定の許容値を超え
ている場合にも、露光異常の状態でそのウエハへの露光
工程が終了する。また、その差分ΔＥ_E が所定の許容値
以内の場合には、同様にしてそれに続くパルス数積算領
域についてそれぞれ目標露光量Ｅ_ade と実際の積算露光
量との差分が求められ、この差分が所定の許容値を超え
ているかどうかが確かめられる。

【００５９】なお、本実施例では、１回の走査露光中で
パルス光毎のエネルギーを調整する手法として、パルス
レーザ光源１への印加電圧を制御する方式を用いていた
が、その他に、連続的に変化する透過率が得られ、且つ
応答性の速い方式であれば使用することができる。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と
ズームレンズ系とを組み合わせたもの、エタロン、２枚
の位相格子或いは明暗格子、又は回転偏光板（直線偏光
レーザの場合）等を用いても良い。

【００６０】このように本発明は上述実施例に限定され
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。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、次に照射されるパルス
光による照射領域中の複数の異なるパルス数積算領域毎
に、実際に与えられたそれぞれの積算露光量と、それぞ
れの次のパルス光の照射後の目標積算露光量との差分を
算出し、それらの平均値をもって次のパルス光の目標露
光量とするべく光量制御を行うので、フィードバック制
御により全てのパルス数積算領域において良好な露光量
制御を行うことができる。従って、パルス光毎のパルス
エネルギーのばらつきが所定の範囲を超えた場合でも、
第２物体（感光基板）上への積算露光量を適正露光量に
近づけることができる。

【００６２】また、光量調整手段が、１回の走査の期間
中は光量調整度が固定された光量粗調用の第１光量調整
手段と、前記パルス光毎に光量調整度が制御される光量
微調用の第２光量調整手段とからなる場合には、光量調
整を高速且つ高精度に行うことができる。そして、その
第２光量調整手段が、パルス光源がパルス光を発光する
ための蓄積電荷量（例えば印加電圧）を制御することに
よってそのパルス光の光量を調整する場合には、調整手
段の構成が簡略で、且つ応答性も良好である。

【００６３】また、第２物体上の異なるパルス数積算領
域毎に積算した個別の積算露光量と所定の露光量との比
較をそれら異なるパルス数積算領域毎に行い、それら異
なるパルス数積算領域内に積算露光量とその所定の露光
量との差分が所定の許容値を超えている領域が存在した
ときに、その第２物体に対する積算露光量が適正でない
と判定する判定手段を設けた場合には、第２物体上の全
面の積算露光量が適正か否かが定量的に判定できる。

【００６４】そして、パルス光源が可干渉性のパルス光
を発振する場合、照明光学系中にそのパルス光の可干渉
性を制御する干渉縞低減制御部を設け、第１演算手段
が、そのパルス光の可干渉性を制御するのに必要な前記
パルス光の数をも勘案して、そのパルス光の平均光量値
及び光量調整手段の光量の調整度を予め決定する場合に
は、そのパルス光の可干渉性の影響が低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光制御装置の一実施例が適用さ
れた投影露光装置を示す構成図である。

【図２】図１のパルスレーザ光源１の印加電圧とパルス
エネルギーとの関係を示す図である。

【図３】図１の減光部３の構成例を示す正面図である。

【図４】実施例のウエハ上におけるパルス光の照度分布
を示す図である。

【図５】実施例のウエハ上の最初のパルス数積算領域に
おける積算露光量の変化の一例を示す図である。

【図６】実施例のウエハ上の複数のパルス数積算領域に
おける積算露光量の変化の一例を示す図である。

【符号の説明】

１パルスレーザ光源３減光部４干渉縞低減部６ビームスプリッター８視野絞り１０メインコンデンサーレンズ１１レチクルステージＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ１３ウエハステージ１５受光素子１６主制御系１７干渉縞低減制御部１８第１光量制御部１９第２光量制御部２０トリガー制御部２５スリット状の照明領域２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，‥‥ パルス数積算領域３０レボルバ板３０ａ〜３０ｆメッシュフィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ 7316−2Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発振の度に所定の範囲内で光量変動を伴
うパルス光を発生するパルス光源と、前記パルス光で第
１物体上のスリット状の照明領域を感光性の第２物体の
方向に照明する照明光学系とを有し、前記スリット状の
照明領域に対して相対的に前記第１物体及び前記第２物
体を同期して走査することにより、前記スリット状の照
明領域よりも広い前記第１物体上のパターンを前記第２
物体上に露光する露光装置に備えられ、前記第２物体へ
の前記パルス光の露光量を所定の露光量に制御する装置
において、前記第１物体に照射される前記パルス光の光量を調整す
る光量調整手段と、前記パルス光によって前記第２物体上に照射される積算
露光量を所定の再現精度で制御するために必要なパルス
数、前記スリット状の照明領域に対する前記第１物体及
び前記第２物体の相対的な走査速度の許容範囲及び前記
所定の露光量に基づいて、前記パルス光の平均光量値及
び前記光量調整手段の光量の調整度を予め決定する第１
演算手段と、前記第２物体に照射された実際の積算露光量を検出する
露光量計測手段と、前記第２物体上に先行して照射された前記パルス光によ
って前記第２物体上の異なるパルス数積算領域毎に実際
に照射された個別の積算露光量と、前記平均光量値のも
とで前記異なるパルス数積算領域毎に次の前記パルス光
の照射により与えられるべき個別の目標積算露光量との
それぞれの差分を算出し、該差分の平均値を以って前記
光量調整手段における前記パルス光毎の光量の調整度を
算出する第２演算手段とを有することを特徴とする露光
制御装置。
【請求項２】前記光量調整手段は、前記スリット状の
照明領域に対する前記第１物体及び前記第２物体の相対
的な１回の走査の期間中は光量調整度が固定された光量
粗調用の第１光量調整手段と、前記パルス光毎に光量調
整度が制御される光量微調用の第２光量調整手段とから
なることを特徴とする請求項１記載の露光制御装置。
【請求項３】前記第２光量調整手段は、前記パルス光
源が前記パルス光を発光するための蓄積電荷量を制御す
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２記載の露光制御装置。
【請求項４】前記第２物体上の前記異なるパルス数積
算領域毎に積算した個別の積算露光量と前記所定の露光
量との比較を前記異なるパルス数積算領域毎に行い、前
記異なるパルス数積算領域内の積算露光量と前記所定の
露光量との差分が所定の許容値を超えている領域が存在
したときに、前記第２物体に対する積算露光量が適正で
ないと判定する判定手段を設けたことを特徴とする請求
項１、２又は３記載の露光制御装置。
【請求項５】前記パルス光源が可干渉性のパルス光を
発振する場合、前記照明光学系中に前記パルス光の可干
渉性を制御する干渉縞低減制御部を設け、前記第１演算手段は、前記パルス光の可干渉性を制御す
るのに必要な前記パルス光の数、前記パルス光によって
前記第２物体上に照射される積算露光量を所定の再現精
度で制御するために必要なパルス数、前記スリット状の
照明領域に対する前記第１物体及び前記第２物体の相対
的な走査速度の許容範囲及び前記所定の露光量に基づい
て、前記パルス光の平均光量値及び前記光量調整手段の
光量の調整度を予め決定することを特徴とする請求項１
記載の露光制御装置。