JPH06302491A

JPH06302491A - 露光量制御装置

Info

Publication number: JPH06302491A
Application number: JP5088330A
Authority: JP
Inventors: Ken Ozawa; 謙小澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-04-15
Filing date: 1993-04-15
Publication date: 1994-10-28
Also published as: US5574537A

Abstract

(57)【要約】【目的】パルス光を用いた露光装置用の露光量制御装
置において、機械的な駆動を行うことなく高速且つ連続
的にパルス光の透過率を変更する。【構成】パルスレーザー光源７からのレーザービーム
ＬＢ０がビーム整形光学系８、音響光学変調器１０、フ
ライアイレンズ１７及びコンデンサーレンズ２１等を経
てレチクルＲ上を照明し、レチクルＲのパターン像が投
影光学系ＰＬを介してウエハＷ上に投影される。音響光
学変調器１０では、超音波セル１１から発生する回折光
の内の０次回折光を絞り１４で取り出し、超音波セル１
１内の超音波のパワーを制御することにより、その０次
回折光の強度を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感光性の物体に対する
照射エネルギー量の制御を行う露光量制御装置に関し、
特に、例えば露光光としてエキシマレーザー等のパルス
レーザー光を使用する露光装置の露光量制御を行う場合
に適用して好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、パルスレーザー光源を露光用の光
源とした露光装置が開発されているが、パルスレーザー
光は一般にパルス毎に±１０％程度のばらつきを有して
いる上に、短期的及び長期的にレーザーパワーが低下す
る現象がある。そのため、そのような露光装置における
露光量制御は、パルス光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。斯かる従来の露光量制御の方式は大
きく分けると、或る程度までは比較的大きな光量のパル
ス光で露光した後に比較的小さな光量のパルス光で露光
を行う修正露光方式と、１ショットの露光に必要なパル
ス光の全てに亘って露光エネルギーを所定の平均光量値
にほぼ一致させる方式とになる。何れの方式において
も、パルスレーザー光の光量を所定の割合で減光させる
ための光量調整手段が必要となるが、従来の光量調整手
段としては以下の２つの方式のものが知られている。

【０００３】図４（ａ）は従来の光量調整手段の一例を
示し、この図４（ａ）において、回転板１上にレボルバ
ー状に等角度間隔で異なる透過率の減光フィルター２Ａ
〜２が並べられている。減光フィルター２Ａの透過率は
１００％であり、減光フィルター２Ａ〜２Ｆの透過率は
図４（ｂ）に示されている。回転板１を軸１ａを中心に
回転させて、レーザービームＬＢを何れかの減光フィル
ターに入射させることにより、そのレーザービームＬＢ
の強度を６段階（透過率１００％も含む）で離散的に減
光することができる。また、図４（ａ）の回転板１をレ
ーザービームの光軸に沿って複数個直列に配列し、それ
ぞれの回転板の透過率を組み合わせて、多種類の透過率
を離散的に得ることもできる。

【０００４】図５（ａ）は従来の光量調整手段の他の例
を示し、この図５（ａ）において、レーザービームＬＢ
の光路中に、入射光の入射角度により透過率が異なる
（角度特性のある）２枚の平行平面板３Ａ及び３Ｂがハ
の字型に設置されている。平行平面板３Ａ及び３Ｂのレ
ーザービームＬＢの射出側の面にはそれぞれ反射防止膜
４Ａ及び４Ｂが被着されている。そのように２枚の平行
平面板３Ａ及び３Ｂをハの字型に設置するのは、レーザ
ービームＬＢの射出時の光路を入射時の光路に合致させ
るためである。この場合、レーザービームＬＢの光軸に
垂直な面に対して、一方の平行平面板３Ａを時計方向に
角度θだけ回転し、他方の平行平面板３Ｂを反時計方向
に角度θだけ回転し、その角度θを連続的に変化させる
ことにより、レーザービームＬＢに対する透過率を連続
的に変化させることができる。なお、図５（ａ）の場合
は片面コートであるが、各平行平面板３Ａ及び３Ｂの両
面に反射防止膜を被着する場合もある。

【０００５】一例として、入射するレーザービームＬＢ
の波長をλ₀、平行平面板３Ａ，３Ｂの材質を石英基
板、反射防止膜４Ａ，４Ｂの構成を（厚さλ₀／４の酸
化アルミニウム（Ａｌ₂ ０₃)−厚さλ₀／４のフッ化マ
グネシウム（ＭｇＦ₂)）よりなる薄膜として、この単純
な反射防止膜４Ａ，４Ｂを平行平面板３Ａ，３Ｂの片面
に被着した場合の、角度θに対するレーザービームＬＢ
の透過率Ｔの関係を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）にお
いて、曲線５はＰ偏光成分に対する透過率、曲線６はＳ
偏光成分に対する透過率である。従って、必要としてい
る透過率Ｔの可変範囲に応じて、入射するレーザービー
ムＬＢの偏光状態をＳ偏光、Ｐ偏光あるいはランダム偏
光に設定すればよい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の光量
調整手段の内で、図４の方式では得られる透過率が離散
的であり、露光装置における露光量制御の際に必要とさ
れる透過率に必ずしも正確に設定できない場合があっ
た。また、透過率を切り換える際に、ターレット板とし
ての回転板１の回転駆動を機械的に行う必要があり、切
り換えに時間がかかり、露光工程のスループットが低下
するという不都合があった。

【０００７】一方、図５の方式では、透過率を連続的に
調整できるが、２枚の平行平面板３Ａ及び３Ｂを同期し
て逆方向に同じ角度だけ傾斜させるための同期駆動が必
要であり、機構及び制御系が複雑であるという不都合が
あった。また、図５の方式も機械的に透過率を変更する
方式であるため応答性が悪く、露光工程のスループット
が低下するという不都合があった。

【０００８】本発明は斯かる点に鑑み、パルス光を用い
た露光装置用の露光量制御装置において、機械的な駆動
を行うことなく高速且つ連続的にパルス光の透過率を変
更できるようにすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による露光量制御
装置は、例えば図１及び図２に示すように、発振の度に
所定の範囲内での光量変動を伴うパルス光を射出するパ
ルス光源（７）と、そのパルス光で転写用のパターンが
形成された第１物体（Ｒ）を照明する照明光学系（８，
１６，１７，２１）とを有し、そのパルス光のもとで第
１物体（Ｒ）のパターンを感光性の第２物体（Ｗ）上に
転写する露光装置に備えられ、第２物体（Ｗ）への積算
露光量を所定の目標制御精度の範囲内で目標露光量に設
定する装置において、その照明光学系中に配設され、進
行波の音響光学効果によりそのパルス光の０次回折光及
び高次回折光（±１次回折光、±２次回折光等）を発生
する音響光学変調手段（１１，１２）と、そのパルス光
の音響光学変調手段（１１，１２）による０次回折光を
第１物体（Ｒ）側に通過させる絞り手段（１４）と、第
２物体（Ｗ）へ照射されるそのパルス光の露光量を検出
する露光量モニター手段（１８，１９，２０）と、第２
物体（Ｗ）への露光中に、その露光量モニター手段によ
り検出された露光量を積算して得られたそれまでの積算
露光量に基づいて、その音響光学変調手段内の進行波の
強度を制御してそのパルス光の０次回折光の強度を制御
することにより、第２物体（Ｗ）への最終的な積算露光
量をその目標露光量に近づける演算制御手段（２３，２
８，３０）とを有するものである。

【００１０】この場合、そのパルス光が遠紫外光（波長
が３００ｎｍ程度以下の光）である場合に、その音響光
学変調手段の進行波の媒体として合成石英を使用するこ
とが望ましい。また、その演算制御手段は、そのパルス
光毎にその音響光学変調手段による０次回折光の強度を
制御するものであっても良い。

【００１１】

【作用】斯かる本発明においては、第２物体（Ｗ）上へ
の最終積算露光量を目標露光量に制御するために、それ
までの積算露光量に基づいて、次に露光されるパルス光
の光量を音響光学変調手段により調整する。その音響光
学変調手段（１１，１２）では、進行波（超音波）によ
る音響光学効果を利用してパルス光を回折させる。この
場合、例えば音響光学変調手段（１１，１２）内で進行
波を発生させるための駆動信号の振幅を変化させて、そ
の進行波の強度を変化させることにより、音響光学変調
手段（１１，１２）から発生する高次回折光（±１次回
折光、±２次回折光等）の強度が変化する。それら高次
回折光の強度が増減すると、０次回折光の強度がほぼ反
比例して変化するため、絞り手段（１４）でその０次回
折光を選択することにより、実質的にそのパルス光に対
する透過率を連続的に変化させることができる。

【００１２】即ち、駆動信号の変調（振幅変調等）によ
って静的に、音響光学変調手段（１１，１２）を通過す
る光量の調整が行われるので、機械的に駆動する場合に
比べて応答性の良い高速な制御が可能になると共に、光
強度を連続的に変化させることができる。また、そのパ
ルス光が遠紫外光である場合に、その音響光学変調手段
の進行波の媒体として合成石英を使用すると、音響光学
効果もあり合成石英は遠紫外光に対する透過率が高いと
共に、その遠紫外のパルス光の強度を広い範囲で連続的
に変化させることができる。

【００１３】また、その音響光学変調手段はそのパルス
光の０次回折光の強度を高速に変化させることができる
ため、その演算制御手段が、そのパルス光毎にその音響
光学変調手段を介して第２物体（Ｗ）へ照射されるパル
ス光の光量を所望の光量に設定する場合でも、機械的に
光量を制御する場合のようにスループットが低下するこ
とが無い。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による露光量制御装置の一実施
例につき図１〜図３を参照して説明する。図１は本例の
露光量制御装置を備えた投影露光装置を示し、この図１
において、パルスレーザー光源７としてはエキシマレー
ザ光源等の遠紫外域（波長３００ｎｍ程度以下）のパル
ス光を発生する光源を使用する。パルスレーザー光源７
は、レーザチューブを挟むように両端に配置された２枚
の共振ミラーの間の一部に、エタロン又は分散素子によ
り構成される狭帯化波長安定化機構を有し、安定共振器
を持つレーザー光源として構成されている。また、パル
スレーザー光源７において、レーザービームの光軸に沿
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、後述のウエハのレジスト層を感光さ
せるような紫外のパルスレーザー光、例えば波長２４８
ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー光が射出される。

【００１５】パルスレーザー光源３より射出されたレー
ザービームＬＢ０は、２枚の電極の配置状態に応じて縦
横比が１／２〜１／５程度の矩形の断面形状となってビ
ームエキスパンダー８Ａに入射する。レーザービームＬ
Ｂ０はビームエキスパンダー８Ａにおいて、所望のビー
ムサイズに整形された後、レーザービームＬＢ１として
粗調用光量調整部９に入射する。粗調用光量調整部９と
しては、図４（ａ）で示したような離散的に透過率が変
化するターレット式の回転板等を使用できる。粗調用光
量調整部９で所定の割合（透過率１００％の場合を含
む）で減光して得られたレーザービームＬＢ２が、微調
用光量調整部としての音響光学変調器１０に入射する。
音響光学変調器１０での強度の変調帯域幅は入射ビーム
サイズによるので、音響光学変調器１０で要求される変
調帯域幅に合わせて、ビーム整形光学系８を設計する。
音響光学変調器１０の後段には、フライアイレンズ１７
を所望のサイズで照明するためのビーム整形光学系８Ｂ
を設置する。

【００１６】音響光学変調器１０において、レーザービ
ームＬＢ２は超音波セル１１に入射し、超音波セル１１
内では駆動部１２により超音波の進行波が発生してい
る。従って、超音波セル１１ではレーザービームＬＢ２
の０次回折光、±１次回折光、±２次回折光等が発生
し、これらの回折光は集光レンズ１３を介して絞り１４
上に導かれる。絞り１４には、レーザービームＬＢ２の
回折光の内の０次回折光のみを通過させる開口が形成さ
れ、この開口を通過した０次回折光がコリメータレンズ
１５を介して平行光束に変換され、この平行光束がレー
ザービームＬＢ３として外部に射出される。この場合、
超音波セル１１内の超音波の振幅（パワー）により０次
回折光の強度が変化するため（詳細後述）、音響光学変
調器１０から射出されるレーザービームＬＢ３の強度
は、入射するレーザービームＬＢ２の強度に対して所定
の割合で減衰している。即ち、音響光学変調器１０は入
射するレーザービームＬＢ２に対する光量変調器として
機能している。

【００１７】所望の光量変調を受けたレーザービームＬ
Ｂ３は、ビーム整形光学系８Ｂを経た後、紫外用反射ミ
ラー１６に反射されてフライアイレンズ１７に入射し、
フライアイレンズ１７の後側（レチクル側）焦点面には
多数の２次光源が形成される。それら２次光源からのレ
ーザ光は光軸に対して４５°の傾斜角で斜設された反射
率の小さなビームスプリッター１８を透過した後に、コ
ンデンサーレンズ２１により適度に集光されて、レチク
ルＲ上を重畳的に照明する。これにより、レチクルＲ上
の回路パターン像が投影光学系ＰＬを介してウエハステ
ージ２２上に保持されたウエハＷのレジスト層に転写さ
れる。

【００１８】ところで、ビームスプリッター１８での反
射により分割されたレーザー光は、集光光学系１９を介
して受光素子２０の受光面上に集光される。受光素子２
０はレーザー光の各パルス光毎の光量（パルスエネルギ
ー）に応じた光電変換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し、且つ応答速度が十分に
速いＰＩＮフォトダイオード等より構成されている。受
光素子２０の光電変換信号は増幅器２９を介して光量モ
ニター部３０に供給されている。

【００１９】本例の投影露光装置の全体の動作を主制御
系２３により制御する。主制御系２３には、各種情報を
記憶するメモリー２４及びオペレータからのコマンドを
受け付けると共にオペレータに対する情報を出力するた
めの入出力装置２５を接続する。主制御系２３はトリガ
ー制御部２６を介してパルスレーザー光源７の発振状態
（発光パルス数、発振間隔等）を制御する。また、第１
光量制御部２７は、粗調用光量調整部９の内部の例えば
種々のフィルターが配設された回転板の回転動作を制御
し、第２光量制御部２８は、音響光学変調器１０の超音
波セル１１内の超音波の強度及び周波数を制御するもの
である。主制御系２３は、光量制御部２７及び２８を介
してそれぞれ粗調用光量調整部９及び音響光学変調器１
０の透過率を後述の手順で算出した値に設定する。

【００２０】また、受光素子２０の光電変換信号が増幅
器２９を介して光量モニター部３０に供給され、光量モ
ニター部３０は、ウエハＷの１ショットの露光中で受光
素子２０からパルス的に供給される信号を順次積算し、
これにより得られた積算信号を主制御系２３に供給す
る。また、受光素子２０からの光電変換信号とウエハＷ
上での露光エネルギー量との変換比は予め実測により求
められ、この変換比がメモリ２４に記憶されているの
で、露光の途中で主制御系２３は、ウエハＷ上での実際
の積算露光量をモニターすることができる。

【００２１】次に、本例の音響光学変調器１０における
レーザービームの光強度の変調の原理につき説明する。
音響光学変調器１０では、音響光学効果により光強度変
調が行われる。図２は、その音響光学変調器１０の超音
波セル１１付近の構成を示し、この図２において、超音
波セル１１の一端にトランスデューサ１２ａを固着し、
トランスデューサ１２ａに発振器１２ｂから駆動信号を
供給する。トランスデューサ１２ａ及び発振器１２ｂよ
り図１の駆動部１２が構成されている。この場合、発振
器１２ｂの駆動信号がトランスデューサ１２ａにより機
械的な振動に変換され、トランスデューサ１２ａの振動
によって発生する超音波（進行波）３１が、超音波セル
１１内を他端側（これを「ｘ方向」とする）に向かって
進行する。超音波３１により、媒質としての超音波セル
１１内の屈折率が周期的に変化して、位相型の回折格子
が形成され、その回折格子によりレーザービームＬＢ２
が回折を受け、超音波セル１１から０次回折光ＬＢ２
(0) ，＋１次回折光ＬＢ２(+1)，−１次回折光ＬＢ２(-
1)，‥‥が射出される。

【００２２】超音波セル１１の材質としては、レーザー
ビームＬＢ２の波長域がＫｒＦエキシマレーザー光など
の遠紫外域である場合には、弾性光学効果のある合成石
英が使用できる。また、レーザービームＬＢ２がＨｅ−
Ｎｅレーザー光である場合には、超音波セル１１として
は二酸化テルル（ＴｅＯ₂）等が使用できる。以下で
は、入射するレーザービームＬＢ２が波長２４８ｎｍの
ＫｒＦエキシマレーザー光である場合を考える。先ず、
入射するレーザービームＬＢ２の周波数をｆ、空気中の
波長をλ₀として、超音波セル１１内をｘ方向に進行す
る超音波３１の周波数をｆ_S 、波長をλ_S 、速度をｖと
する。

【００２３】入射するレーザービームＬＢ２に対する超
音波セル（媒質）１１の屈折率ｎは、弾性光学効果によ
り僅かに変化する。その屈折率ｎの変化量は超音波歪み
に比例し、その変化量のピーク値をΔｎ_p とすると、超
音波セル１１内の位置ｘ及び時間ｔにおける屈折率ｎの
変化量Δｎ（ｘ，ｔ）は次のように表すことができる。 Δｎ（ｘ，ｔ）＝Δｎ_p・ｃｏｓ（２πｆ_Sｔ−ｋ_Sｘ）（１）

【００２４】この式において、ｋ_S(＝２π／λ_S)は超音
波３１の波数である。即ち、媒質の屈折率ｎは超音波の
波長λ_Sと同じ周期で変化しており、この屈折率ｎの分
布は、入射するレーザービームＬＢ２に対して位相型の
回折格子と等価である。ここで、超音波の周波数ｆ_Sが
比較的小さいラマン−ナス(Raman-Nath)領域を考える。
このラマン−ナス領域では、レーザービームＬＢ２の進
行方向の超音波セル１１の幅をＬ、超音波を印加してい
ないときの超音波セル１１の屈折率をｎ₀、屈折率ｎ₀
の媒質内でのレーザービームＬＢ２の波数をｋ₀(＝２π
ｎ₀／λ₀）として、ほぼ次の関係が成立する。ｋ_S ²・Ｌ／ｋ₀≦０．３（２）

【００２５】この場合、超音波セル１１を幅Ｌの方向に
圧縮して考え、超音波セル１１を１枚の薄い位相型の回
折格子と見なすことができ、図２に示すように、超音波
セル１１のレーザービームＬＢ２に対する回折現象が見
られる。レーザービームＬＢ２のｍ次回折光（ｍは整
数）の回折角θ_mは、回折格子の理論より次のようにな
る。 θ_m＝ｓｉｎ^-1（ｍ・λ_O／λ_S）（３）

【００２６】そのｍ次回折光は、集光レンズ１３を介し
て所謂フーリエスペクトル面３２上に集光され、このフ
ーリエスペクトル面３２には絞り１４が配置されてい
る。フーリエスペクトル面での強度分布を考えると、ｍ
次回折光の強度と超音波を印加しないときの０次回折光
の強度との比の値であるｍ次回折光の回折効率η_mは、
次の式で表わされる。 η_m＝｛Ｊ_m(Δφ_p)｝² （４）

【００２７】ここで、関数Ｊ_mはｍ次の第１種円柱関数
（ベッセル関数）であり、Δφ_p は、超音波セル１１内
の屈折率がΔｎ_pだけ変化したことによる射出光の位相
遅れであり、屈折率の変化量Δｎ_pは超音波のパワー
（強度）により制御される量である。その位相遅れΔφ
_p は、次式で表される。 Δφ_p ＝２πΔｎ_pＬ／λ_O （５）

【００２８】今、集光レンズ１３の後側焦点距離をｆと
すると、フーリエスペクトル面３２には、光軸からｘ方
向に距離が｛ｍ（λ_O／λ_S)ｆ｝の位置に、ｍ次回折光
のスペクトルが観測される。ここで、０次回折光ＬＢ２
(0) 以外の回折光を絞り１４にて遮断し、０次回折光Ｌ
Ｂ２(0) のみを取り出す。このとき、超音波セル１１に
超音波を印加しないときの０次回折光ＬＢ２(0) の強度
をＩ₀とすると、強度Ｉ₀は、超音波セル１１での散乱
がないときは入射光量と等しいとしてよい。そして、超
音波セル１１に超音波を印加したときの０次回折光ＬＢ
２(0) の強度Ｉは次のようになる。Ｉ＝Ｉ₀・｛Ｊ₀(Δφ_p)｝² （６）

【００２９】図３は、位相遅れΔφ_p に対する０次回折
光ＬＢ２(0) の強度Ｉを示し、この図３に示すように、
入射するレーザービームに対する透過率をほぼ１００％
〜０％の範囲内で連続的に変化させることができ、この
ように強度変調された０次回折光ＬＢ２(0) が、視野絞
り１４の開口からレーザービームＬＢ３として外部に射
出される。即ち、本例の音響光学変調器１０によれば、
発振器１２ｂからトランスデューサ１２ａに供給する駆
動信号の振幅を調整することにより、入射するレーザー
ビームＬＢ２に対する透過率を電気的にほぼ１００％〜
０％の間で連続的に変化させることができる。

【００３０】この場合、超音波セル１１内にレーザービ
ームのエネルギーが蓄積されたり、トランスデューサか
らの発熱の影響を受ける虞がある。そこで、例えばペル
チエ素子等により超音波セル１１を冷却することが望ま
しい。更に、図２において、０次回折光ＬＢ２(0) の周
波数は入射時の周波数と同じであるが、ｍ次回折光（ｍ
＝±１，±２，‥‥）はそれぞれｍｆ_sの周波数変調を
受ける。従って、そのようなｍ次回折光を使用する場合
は、図１の投影光学系ＰＬにおいて色収差が発生する虞
がある。これに対して本例では０次回折光を使用してい
るため、音響光学変調器１０に起因して新たな色収差が
発生することが無い。特に紫外域の露光波長を使用する
露光装置においては、投影光学系の色収差補正は難し
い。このため、０次回折光を使用することで、色収差に
伴う、像質の劣化のない露光を行うことができる。

【００３１】また、応答速度については、図２の超音波
セル１１が合成石英とすると、内部の超音波の音速はお
よそ６ｋｍ／ｓｅｃである。そして、超音波セル１１の
ｘ方向の長さを数ｃｍとすると、発振器１２ｂの駆動信
号の振幅を変えてから実際にレーザービームＬＢ２(0)
の強度が変化するまでの時間の逆数である応答周波数は
数ＭＨｚ程度である。また、図１のパルスレーザー光源
７のパルス光の発振周波数は一例として５００Ｈｚであ
るが、本例の音響光学変調器１０を使用すれば、パルス
レーザー光源７でのパルス発光の間に余裕を持ってその
パルス光の強度を変化させることができる。

【００３２】次に、本例の露光量制御方法につき説明す
る。露光量制御方法としては幾つかの方法が考えられる
が、最も単純なパルスエネルギーの積算方式を考える。
先ず、図１において、粗調用光量制御部９及び音響光学
変調器１０はそれぞれ透過率が最大になるように、即
ち、音響光学変調器１０は超音波が印加されていない状
態に初期化する。次に、ウエハＷ上に照射したい露光エ
ネルギーをＳ_O[ｍＪ／ｃｍ²]として、入出力装置２５か
らその露光エネルギーＳ_O が入力されると、主制御系２
３はトリガー制御部２６を介して、パルスレーザー光源
７のパルス発光を開始させる。そして、光量モニター部
３０では数１００パルスのパルスエネルギーの積算値よ
り、ウエハＷ上での１パルス光当りの露光エネルギー
（パルスエネルギー）Ｐの平均値である平均パルスエネ
ルギー〈Ｐ〉を算出する。

【００３３】単純なパルスエネルギーの積算方式では、
パルスエネルギーのばらつきをδＰとすると、Ｎ個のパ
ルス光のパルスエネルギーの積算値の精度は（δＰ／
〈Ｐ〉）／Ｎ^1/2 で表せる。そのパルスエネルギーの積
算値の精度が所望の精度Ａ内に入るためには、そのパル
ス数Ｎの最小値Ｎ_C は次のようになる。Ｎ_C＝｛（δＰ／〈Ｐ〉）／Ａ｝² （７）

【００３４】また、レーザ光のような可干渉性の強い光
を用いた場合に、ウエハＷ上に干渉縞が生じる。この干
渉縞を主光路中のミラーの振動などで数パルス分毎に平
均化する場合に最低必要なパルス数をＮ_mとすると、こ
の露光方式では最終的に必要なパルス数Ｎの最小値はｍ
ａｘ（Ｎ_C,Ｎ_m)となる。ｍａｘ（ａ，ｂ）は数ａ及びｂ
の内の大きい数を表す。その最小値をＮ_minと表す。即
ち、次式が成立する。Ｎ≧Ｎ_min＝ｍａｘ（Ｎ_C,Ｎ_m) （８）

【００３５】次に、測定された平均パルスエネルギー
〈Ｐ〉より、露光に要するパルス数Ｎは次式より求めら
れる。Ｎ＝Ｓ₀／＜Ｐ＞（９）このパルス数ＮがＮ_minより小さい場合は、粗調用光量
調整部９において（Ｎ≧Ｎ_min）となるような減光をす
るように、主制御系２３は第１光量制御部２７を介して
指示を出す。また、メモリー２４は、図３に示す超音波
の強度（パワー）に依る位相遅れΔφ_pに対する透過率
の関係をテーブルとして記憶しており、主制御系２３は
第２光量制御部２８を介して、露光に要するパルス数Ｎ
が整数になるように、音響光学変調器１０の超音波セル
１１内の超音波の強度を設定する。これにより、音響光
学変調器１０でのレーザービームＬＢ２に対する透過率
が微調され、平均パルスエネルギー〈Ｐ〉の微調が行わ
れる。このパルスエネルギーの微調整の精度は、積算エ
ネルギーの平均値のばらつきを表す。

【００３６】以上のエネルギー調整を終えると、主制御
系２３は露光対象とするウエハＷをウエハステージ２２
に載置し、トリガー制御部２６を介してパルスレーザー
光源７にパルスレーザー光の発光を開始させる。そし
て、Ｎ個のパルスレーザー光がウエハＷ上に照射された
ときに、１ショットの露光が終わる。ところで、本例の
音響光学変調器１０の特徴の１つは、機械的な駆動を行
うことなく、超音波のパワーの制御によって光量を制御
するため、応答性が優れているということである。従っ
て、本例の音響光学変調器１０は、特開平３−１７９３
５７号公報に開示されているようなパルス毎にパルスエ
ネルギーの制御を行う露光量制御装置にも適用すること
ができる。その特開平３−１７９３５７号公報に開示さ
れている露光量制御装置では、レーザー光源に対する印
加電圧を制御することにより光量を制御しているが、本
例のように音響光学変調器１０によって光量を制御する
方が容易であると共に、レーザー光源から射出されるパ
ルス光のパルスエネルギーのばらつきが小さくなると考
えられる。

【００３７】すなわち、印加電圧を制御することで光量
を制御する方法は、レーザ光源に与えるエネルギーが例
えば１０ｍＪの時パルス光のパルスエネルギーのばらつ
きが安定しているレーザ光の光量を、印加電圧を制御す
ることにより例えば８ｍＪのエネルギーを与えて光量を
可変とするため、パルスエネルギーのばらつきは大きく
なる。また、高圧の印加電圧を制御しなければならず装
置が大型化、複雑化する。これに対して本例では超音波
セル１１内の超音波の強度を調整して、レーザ光源から
射出されるパルス光の光量を調整しているので、レーザ
光源から射出されたパルス光のパルスエネルギーのばら
つきを、悪化させることはなく、結果的にパルスエネル
ギーのばらつきは印加電圧を制御する場合に比べて小さ
くなるとともに、装置も簡略化され制御が安易となる。
このようにパルス光毎に光量を制御する場合の音響光学
変調器１０の初期状態は、例えばパルスエネルギーのば
らつきと音響光学変調器１０自体の制御のばらつきより
決められる。パルス光毎にエネルギーの制御を行うとき
に必要となる透過率の調整範囲（ダイナミックレンジ）
が±１５％とすると、本例の音響光学変調器１０では初
期状態で８５％の透過率を得るように超音波のパワーを
設定する。更に、この状態から先に述べたようなパルス
数を整数化するためのエネルギー微調を行う。この際、
透過率が低下するように音響光学変調器１０を用いてパ
ルス数を整数化する。

【００３８】以上が露光前に行う一連の動作である。こ
の状態から、特開平３−１７９３５７号公報に開示され
ているようなパルス光毎のエネルギー調整を音響光学変
調器１０を介して行う。パルス光毎に制御する方式で
は、所望の露光量精度を得るために必要な露光パルス数
の最小値を、積算方式の場合の（７）式で表わされる最
小値Ｎ_Cより小さくできる。従って、最小露光パルス数
を小さくでき、高感度レジストを使用した場合の露光工
程のスループット向上には非常に有効である。さらに、
前述の修正露光法にも、この音響光学変調器は使用でき
ることは明らかであり、１ショットの露光の途中で音響
光学変調器によって高速に減光が可能である。

【００３９】なお、上述実施例では、音響光学変調器１
０を用いてレーザービームＬＢ２の主光路で光量制御を
行っているが、主光路以外の光路で光量制御を行う場合
に音響光学変調器１０を使用しても良い。また、上述実
施例では露光光の光源としてパルスレーザー光源７が使
用されているが、例えば連続発振のレーザー光源等を使
用する場合に、音響光学変調器１０を用いてレーザー光
の光量を調整するようにしても良い。

【００４０】また、図２の超音波セル１１は、ラマン−
ナス回折領域で使用されているが、ブラッグ回折領域で
使用しても同様に０次回折光の強度を変調できることは
明かである。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。

【００４１】

【発明の効果】本発明によれば、音響光学変調手段にお
ける進行波の強度を変調することにより、第２物体に照
射されるパルス光に対する実質的な透過率を連続的に且
つ電気的に変えることができる。また、機械的な駆動を
伴わないので、その透過率の変更に要する時間を短縮で
きる利点がある。この場合、０次回折光を使用している
ため、第２物体に照射される光の周波数は変化すること
がなく、仮に投影光学系を使用した場合でも色収差が増
加することが無い利点がある。

【００４２】また、パルス光が遠紫外光である場合に、
音響光学変調手段の進行波の媒体として合成石英を使用
した場合には、その遠紫外のパルス光に対する透過率を
広い範囲で高精度に変えることができる。また、その音
響光学変調手段は応答速度が速いため、演算制御手段
は、パルス光毎にその音響光学変調手段を介して第２物
体に照射されるパルス光の光量を調整することができ
る。これにより、全体としての露光パルス数を小さくし
て、露光工程のスループットを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による露光量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中の音響光学変調器１０の主要部を示す構
成図である。

【図３】実施例の音響光学変調器１０内の超音波の強度
に依存する位相遅れΔφ_pと、射出される０次回折光の
強度Ｉとの関係を示す図である。

【図４】（ａ）は従来の光量調整手段の一例を示す図、
（ｂ）は図４（ａ）の各減光フィルターの透過率を示す
図である。

【図５】（ａ）は従来の光量調整手段の他の例を示す
図、（ｂ）は図５（ａ）の透過率を示す図である。

【符号の説明】

７パルスレーザー光源９粗調用光量調整部１０音響光学変調器１１超音波セル１２駆動部１４絞り２１コンデンサーレンズＲレチクルＰＬ投影光学系Ｗウエハ２０受光素子２３主制御系２８第２光量制御部３０光量モニター部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発振の度に所定の範囲内での光量変動を
伴うパルス光を射出するパルス光源と、前記パルス光で
転写用のパターンが形成された第１物体を照明する照明
光学系とを有し、前記パルス光のもとで前記第１物体の
パターンを感光性の第２物体上に転写する露光装置に備
えられ、前記第２物体への積算露光量を所定の目標制御
精度の範囲内で目標露光量に設定する装置において、前記照明光学系中に配設され、進行波の音響光学効果に
より前記パルス光の０次回折光及び高次回折光を発生す
る音響光学変調手段と、前記パルス光の前記音響光学変調手段による０次回折光
を前記第１物体側に通過させる絞り手段と、前記第２物体へ照射される前記パルス光の露光量を検出
する露光量モニター手段と、前記第２物体への露光中に、前記露光量モニター手段に
より検出された露光量を積算して得られたそれまでの積
算露光量に基づいて、前記音響光学変調手段内の進行波
の強度を制御して前記パルス光の０次回折光の強度を制
御することにより、前記第２物体への最終的な積算露光
量を前記目標露光量に近づける演算制御手段と、を有す
ることを特徴とする露光量制御装置。
【請求項２】前記パルス光が遠紫外光である場合に、
前記音響光学変調手段の進行波の媒体として合成石英を
使用することを特徴とする請求項１記載の露光量制御装
置。
【請求項３】前記演算制御手段は、前記パルス光毎に
前記音響光学変調手段による０次回折光の強度を制御す
ることを特徴とする請求項１又は２記載の露光量制御装
置。