WO2004064127A1 - 露光装置及び露光方法、デバイス製造方法、並びに測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

　レーザ光学特性計測装置（１６ｃ、１６ｅ）により、レーザ共振器（１６ａ）で発生したレーザ光（ＬＢ）が受光されその光学特性が計測されるとともに、該光学特性に関する情報が出力される。そして、主制御装置により、露光の際に、前記情報に基づいてウエハ上に与えられるレーザ光の積算エネルギ量（ウエハの露光量）が制御される。このため、レーザ光の光学特性に応じて、ウエハの露光量が調整される。

Description

明 細 書

露光装置及び露光方法、 デバイス製造方法、 並びに測定方法及び測定装置 技術分野

本発明は、 露光装置及び露光方法、 デバイス製造方法、 並びに測定方法及び 測定装置に係リ、更に詳しくは、半導体素子（例えば集積回路）、液晶表示素子、 薄膜磁気へッド、 その他のマイクロデバイスをリソグラフィ技術を用いて製造 する際に使用される露光装置及び露光方法、 前記露光装置を用いるデバイス製 造方法、 並びにレーザビームを用いて被検光学系の光学特性を測定する測定方 法及び測定装置に関する。 背景技術

従来より、 マイクロデバイスを製造するためのリソグラフイエ程では、 種々 の露光装置が用いられている。 近年では、 スループットを重視する観点から、 ステップ 'アンド'リピー卜方式の縮小投影露光装置 (いわゆるステツバ)や、 ステップ，アンド，スキャン方式の走査型投影露光装置 （スキャナとも呼ばれ る、 いわゆるスキャニング■ステツパ） などの逐次移動型の投影露光装置が主 として用いられている。

近年における集積回路の集積度の向上につれ、 マイクロデバイスの製造にお いては、 更なる解像力の向上が要求されている。 このような要求に対し、 上記 のステツパ等においても、水銀ランプの g線、 ί線、 K r Fエキシマレーザ光、 A r Fエキシマレーザ光というように露光光の波長 （露光波長） を順次短波長 化してきた。 今後、 ステツパ等の投影露光装置においても、 紫外域に発振波長 を有する何らかの光源、 例えば、 非線形光学結晶による非線形光学現象を利用 した光源が使用される可能性もある。 エキシマレーザはレーザ媒質 （気体） 中の電気放電によってパルス発光する レーザである。 一般的なエキシマレーザにおけるレーザ光の波長のスぺクトル 線幅は 5 O O pm (5 X 1 0- 1 Q メートル） 程度であるが、 半導体露光装置の 光源として用いる場合には露光装置に搭載される投影光学系 （投影レンズ） の 色収差を抑えるために、 このスぺク トル線幅： FWHM (半値全幅： full width half maximum) を約 1 p m以下に狭帯域化する必要がある。 この波長の狭帯 域化は、 光学プリズム、 フアブリペローエタロン、 グレーティング等の波長選 択素子を単独で用い、 あるいは複数組み合わせて用いることで実現している。 非線形光学現象を利用した光源では、 上述の波長選択素子を用いずともそのス ぺク トル線幅が狭いことが予想される。

ところで、 投影露光装置の解像力 Rは、 露光波長; 投影光学系の開口数 N. A. (numerical aperture) を用いて、 R= k ' iZN. A. で表されこと が知られている。 ここで、 kはプロセス係数と呼ばれる比例定数である。 これ より、 同じ波長の光源を用いて、 より微細なパターンを形成するためには投影 光学系の N. A. を大きくする必要がある。 この場合、 レーザ光のスペク トル 線幅をより狭帯域化することが要求され、 現在では、 エキシマレーザとして、 FWHMが 0. 3 p m以下という超狭帯域化レーザが開発されている （図 9参 昭）―

このようなレーザ光のスぺクトル線幅を狭帯域化する機構を備えたエキシマ レーザでは、 レーザ光のスぺク トル特性が長期的あるいは短期的に変動するこ とがある。 例えば、 波長選択素子の劣化によリ徐々にスぺク トル線幅が広くな る現象や、 レーザチャンバに充填されたレーザガスのガス混合比や充填圧の変 化、あるいは、放電電圧の変化が短期的なスぺク トル線幅の変化を生じさせる。 図 1 0には、 エキシマレーザのスぺク トル線幅の変化傾向が FWHMを用いて 示されている。

このレーザ光のスぺク トル特性の変化によリ露光装置の解像特性に差異が生 じる。図 1 1には、露光装置の解像性能を評価する際に、一般的に使用される、 ウェハ（感光物体）上に形成された感光剤パターン（「レジスト像」と呼ばれる） の一例が示されている。 この図 1 1には、 その幅が w Iである 5本のラインと その幅が w sであるスペースから成るラインアンドスペース（L Z Sパターン） パターンのレジスト像の断面図が示されている。 この場合において、 原版パタ ーンが、 デューティ比 1 ： 1の L Z Sパターンである場合、 理想的な解像性能 の場合 w I = w sが成立する。

図 1 1のようなレジスト像を形成する際にウェハ上のレジス卜層に照射され るレーザ光のウェハ表面 （像面） における空間像分布は、 例えば感光部が現像 液に溶解するポジティブレジスト （ポジレジスト） 及びこれに対応するポジ型 マスク （レチクル） の組み合わせを用いる場合、 図 1 2に示されるように、 ラ インパターンに相当する部分で 「暗」、 それ以外の部分で 「明」 となる明暗のコ ントラストを示す。 この図 1 2に示される照度の空間分布において、 ラインの 幅 W Lとスペースの幅 WSが等しくなる照度レベルは E_t h 1である。 一方、 レ ジス卜は、 照射された照度と現像後の残膜率が図 1 3に示されるような特性を 有しており、 照度 E_t h 以上でレジス卜は現像によって完全に溶解する。

図 1 1に示されるレジス卜像が w I = w sとなるためには、 図 1 2において Et h 1 = E_{t h} となるように露光照度 Dose 1を制御する必要がある。 この時、 照度が図 1 2中の Et h 1を越えた位置 （場所） でレジス卜が溶解し、 E_{t h} 1以 下の場所ではレジストは溶解せず、 結果的に図 1 1に示されるようなレジスト 像が形成されることとなる。

レーザ光のスぺク トル線幅が図 1 2の時に比べて太い （大きい） 場合に、 図 1 2と同じ照度 Dose 1で露光するとウェハ表面における空間像に対応する光 強度分布は図 1 4のようになる。 これは、 レーザ光のスペク トル線幅が広いた めに露光装置の投影光学系が持つ収差 （主として色収差） によって、 空間像の 明暗部のコントラス卜が低下するためである。 この場合、照度 Et h におけるラ イン幅は W L ' (く w 、 スペース幅は W S ' ( > w s ) となり、所望のパター ンを形成することができない。

このようなスぺク トル特性の変化は以前から知られていたが、 本来のスぺク トル線幅に比べてその変化幅が小さいために余り問題視されていなかった。 し かし、 最近の超狭帯域化レーザにおいてはその変化幅が投影光学系の解像性能 に影響することが懸念される。 一方、 非線形光学現象を利用したレーザ光源に おいても、 エキシマレーザの場合と変化の傾向は異なるがスぺク トル線幅の変 化が起こることが予想される。

また、 将来の露光光源として有望なフッ素レーザ （出力波長： 1 5 7 n m) では、 スペク トル線幅を狭帯域化するための波長選択素子を用いなくても、 1 p m以下のスペク トル線幅を示すことが知られている。 しかしながら、 そのス ベク トル線幅は、 レーザチューブ内に充填されたガス （フッ素ガスとヘリウム ガス等の混合ガス） の圧力や励起強度によって、 そのスペク トル線幅が大きく 変化することも解ってきた。

更に、 エキシマレーザや非線形光学現象を利用したレ^ザ光源などでは、 レ 一ザ光の中心波長が所定の波長とずれることによって、 スぺク トル線幅が大き くなる場合と同様に、 空間像に対応する光強度分布におけるコントラス卜の低 下が生じることは周知の事実である。

これらの現象は、 I C等のマイクロデバイスの歩留まりを低下させ、 露光装 置を I C等のマイクロデバイスの量産ラインで使用する際の障害と成りかねな い。

本発明は、 かかる事情の下になされたもので、 その第 1の目的は、 レーザビ ームの光学特性が変動してもこれに影響を受けることなく、 感光物体上にマス クのパターンを精度良く転写することが可能な露光装置及び露光方法を提供す る "とにあ 。

また 本発明の第 2の目的は、 マイクロデバイスの生産性の向上を図ること ができるデ/ ィス製造方法を提供することにある。

また、 本発明の第 3の目的は、 レーザビームの光学特性が変動してもこれに 影響を受けることなく、 被検光学系の光学特性を精度良く計測することができ る測定方法及び測定装置を提供することにある。 発明の開示

本発明は、 第 1の観点からすると、 レーザビームをマスクに照射して、 前記 マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光物体上に転写する露光 装置であって、 前記レーザビームを発生するレーザ装置と ；前記レーザビーム を受光してその光学特性を計測し、 該光学特性に関する情報を出力するレーザ 光学特性計測装置と ；前記情報に基づいて、 前記感光物体上に与えられる前記 レーザビームの積算エネルギ量を制御する露光量制御装置と ； を備える露光装 置である。

本明細書において、 「レーザビームの光学特性」 とは、スぺク トル特性、 コヒ 一レンス特性、 波長特性など、 レーザビームの光学的な特性の全てを含む。 これによれば、 レーザ光学特性計測装置により、 レーザ装置で発生したレー ザビームが受光されその光学特性が計測されるとともに、 該光学特性に関する 情報が出力される。 そして、 露光量制御装置により、 前記情報に基づいて感光 物体上に与えられるレーザビームの積算エネルギ量 （感光物体の露光量） が制 御される。 このため、 レーザビームの光学特性に応じて、 感光物体の露光量が 調整されるので、 レーザビームの光学特性が、 短期的、 一時的、 あるいは長期 的に変動してもこれに影響を受けることなく、 マスクのパターンを投影光学系 を介して感光物体上に精度良く転写することが可能となる。

この場合において、 前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビーム のスぺク トル線幅が第 1の設定値より広いことを示す場合には、 前記積算エネ ルギ量を小さくすることとすることができる。 この場合において、 前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビーム のスぺク トル線幅が前記第 1の設定値以下の第 2の設定値より狭いことを示す 場合には前記積算エネルギ量を大きくすることとすることができる。 ここで、 第 2の設定値は、 第 1の設定値と同一のスぺク トル線幅の設定値としても良い し、 第 1の設定値より小さなスぺク トル線幅の設定値としても良い。 前者の場 合には、 スペク トル線幅が、 所定の設定値 （第 1の設定値かつ第 2の設定値） と異なる場合には、 必ず感光物体上に与えられるレーザビームの積算エネルギ 量が、露光量制御装置によリ変更される。後者の場合には、スぺク トル線幅が、 第 1の設定値を上限値とし、 かつ第 2の設定値を下限値とする所定の範囲外と なったときのみ、 感光物体上に与えられるレーザビームの積算エネルギ量が、 露光量制御装置により変更される。

本発明の露光装置では、 前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビ ームのコヒーレンス長が第 3の設定値よリ短いことを示す場合には前記積算ェ ネルギ量を小さくすることとすることができる。

この場合において、 前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビーム のコヒーレンス長が前記第 3の設定値以上の第 4の設定値よリ長いことを示す 場合には前記積算エネルギ量を大きくすることとすることができる。 ここで、 第 4の設定値は、 第 3の設定値と同一のコヒーレンス長の設定値としても良い し、 第 3の設定値より大きなコヒ一レンス長の設定値としても良い。 前者の場 合には、 コヒーレンス長が、 所定の設定値 （第 3の設定値かつ第 4の設定値） と異なる場合には、 必ず感光物体上に与えられるレーザビームの積算エネルギ 量が、露光量制御装置により変更される。後者の場合には、コヒーレンス長が、 第 3の設定値を下限値とし、 かつ第 4の設定値を上限値とする所定の範囲外と なったときのみ、 感光物体上に与えられるレーザビームの積算エネルギ量が、 露光量制御装置により変更される。

本発明の露光装置では、 前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビ ームの中心波長あるいは重心波長の目標波長に対するずれ量が第 5の設定値よ リ大きいことを示す場合には、 前記積算エネルギ量を小さくすることとするこ とができる。

この場合において、 前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビーム の中心波長あるいは重心波長の目標波長に対するずれ量が前記第 5の設定値以 下の第 6の設定値よリ小さいことを示す場合には、 前記積算エネルギ量を大き くすることとすることができる。 ここで、 第 6の設定値は、 第 5の設定値と同 一の中心波長あるいは重心波長のずれ量の設定値としても良いし、 第 5の設定 値より小さな中心波長あるいは重心波長のずれ量の設定値としても良い。 前者 の場合には、 中心波長あるいは重心波長のずれ量 （絶対値） が、 所定の設定値 (第 5の設定値かつ第 6の設定値） と異なる場合には、 必ず感光物体上に与え られるレーザビームの積算エネルギ量が、 露光量制御装置により変更される。 後者の場合には、 中心波長あるいは重心波長のずれ量 （絶対値） が、 第 5の設 定値を上限値とし、 かつ第 6の設定値を下限値とする所定の範囲外となったと きのみ、 感光物体上に与えられるレーザビームの積算エネルギ量が、 露光量制 御装置により変更される。

本発明の露光装置では、 レーザ光学特性計測装置としては種々の構成を採用 でき、 例えば、 前記レーザ光学特性計測装置は、 フアブリペロー干渉分光計及 ぴグレーティング分光器の少なくとも一方を用いて前記レーザ装置から出力さ れるレーザビームの光学特性を検知するビームモニタ機構を有することとする ことができる。

本発明の露光装置では、 予め設定された測定タィミングでレーザ光学特性計 測装置はレーザビームの光学特性を測定することとすることもできるが、 これ に限らず、 例えば、 前記レーザ光学特性計測装置は、 前記レーザビームを受光 してその光学特性を常時計測し、 該光学特性に関する情報を常時出力すること とすることもできる。 この場合において、 前記露光量制御装置は、 前記レーザ光学特性計測装置か ら出力される前記情報に基づいて、 前記光学特性の変動をモニタし、 そのモニ タ結果に応じて前記積算エネルギ量の制御を行うこととすることもできるし、 あるいは前記露光量制御装置は、 前記積算エネルギ量を制御するため、 前記レ 一ザ光学特性計測装置から出力される前記情報を予め定められた間隔で取リ込 むこととすることもできる。

本発明の露光装置では、 前記レーザ光学特性計測装置は、 前記レーザビーム を受光してその光学特性を常時計測し、 その光学特性の基準値からの変動量が 所定値に達したときに、 前記光学特性に関する情報を前記露光量制御装置に出 力することとすることもできる。

本発明の露光装置では、 前記露光量制御装置は、 前記積算エネルギ量を、 露 光フィールド内において不均一に制御することとすることができる。 この場合 において、 前記露光量制御装置は、 前記投影光学系の収差に関する情報に基づ いて、 前記積算エネルギ量不均一の分布又は度合いを制御することとすること ができる。

本発明は、 第 2の観点からすると、 レーザビームをマスクに照射して、 前記 マスクに形成されたパターンを投影光学系を介して感光物体上に転写する露光 方法であって、 前記レーザビームを発生する工程と ；前記レーザビームを受光 してその光学特性を計測し、 該光学特性に関する情報を出力する工程と ；前記 情報に基づいて、 前記感光物体上に与えられる前記レーザビームの積算エネル ギ量を制御しつつ、前記/ ターンの転写を行う工程と；を含む露光方法である。 これによれば、 発生したレーザビームを受光してその光学特性を計測し、 該 光学特性に関する情報を出力する。 そして、 その情報に基づいて感光物体上に 与えられるレーザビームの積算エネルギ量 (感光物体の露光量）を制御しつつ、 前記パターンの転写を行う。 このため、 レーザビームの光学特性に応じて、 感 光物体の露光量が調整されるので、 レーザビームの光学特性が、 短期的、 一時 的、 あるいは長期的に変動してもこれに影響を受けることなく、 マスクのバタ ーンを投影光学系を介して感光物体上に精度良く転写することが可能となる。 ここで、 レーザビームの光学特性の計測及び前記情報の出力は、 露光に先立つ て行っても良いし、 露光中に行っても良い。

この場合において、 前記情報が、 前記レーザビームのスぺクトル線幅、 及び 中心波長あるいは重心波長の目標波長に対するずれ量の少なくとも 1つが、 そ れぞれの設定値より大きいことを示す場合には、 前記積算エネルギ量を小さく することとすることができる。 あるいは、 前記情報が、 前記レーザビームのコ ヒーレンス長がその設定値より短いことを示す場合には、 前記積算エネルギ量 を小さくすることとすることもできる。

本発明は第 3の観点からすると、 被検光学系にレーザビームを照射して、 前 記被検光学系の光学特性を測定する測定方法であって、 前記レーザビームを受 光してその光学特性を計測し、 該光学特性に関する情報を出力する第 1工程 と；前記情報に基づいて、 前記被検光学系の光学特性の測定結果を補正する第 2工程と ； を含む測定方法である。

これによれば、 レーザビームを受光してその光学特性を計測し、 該光学特性 に関する情報を出力し、 その情報に基づいて、 被検光学系の光学特性の測定結 果を補正する。 ここで、 前記該光学特性に関する情報は、 レーザビームの光学 特性の情報であっても良いが、 これに限らず、 予め実験などで求めた光学特性 の変動量に対応する被検光学系の光学特性 （収差など） の変動量の情報などで あっても良い。 前者の場合、 その光学特性に関する情報に基づいて、 予め実験 などで求めた光学特性と被検光学系の光学特性 （収差など） との関係に基づい て、 その光学特性の変動量に対応する被検光学系の変動量を算出し、 この算出 結果を被検光学系の光学特性の計測結果の補正量とする。 後者の場合、 その出 力された情報を被検光学系の光学特性の計測結果の補正量とする。 いずれにし ても、 本発明によれば、 被検光学系の光学特性の計測結果からレーザビームの 光学特性の変動に起因する被検光学系の光学特性の変動分を補正した （差し引 いた） 正確な被検光学系の光学特性を求めることが可能となる。 従って、 レー ザビームの光学特性が変動してもこれに影響を受けることなく、 被検光学系の 光学特性を精度良く計測することができる。

この場合において、 前記第 1工程で計測される前記レーザビームの光学特性 は、 前記レーザビームのスぺクトル特性、 コヒーレンス特性、 波長特性のうち の少なくとも 1つを含むこととすることができる。

本発明は、 第 4の観点からすると、 被検光学系に照射されたレーザビームを 受光して、 前記被検光学系の光学特性を測定する測定装置であって、 前記レー ザビームの光学特性に関する情報に基づいて、 前記被検光学系の光学特性の測 定結果を補正する演算手段を備える測定装置である。

これによれば、 演算手段は、 レーザビームの光学特性に関する情報に基づい て、 被検光学系の光学特性の測定結果を補正する。 ここで、 前記該光学特性に 関する情報は、 レーザビームの光学特性の情報であっても良いが、 これに限ら ず、 予め実験などで求めた光学特性の変動量に対応する被検光学系の光学特性 (収差など） の変動量の情報などであっても良い。 前者の場合、 その光学特性 に関する情報に基づいて、 予め実験などで求めた光学特性と被検光学系の光学 特性 （収差など） との関係に基づいて、 その光学特性の変動量に対応する被検 光学系の変動量を算出し、 この算出結果を被検光学系の光学特性の計測結果の 補正量とする。 後者の場合、 その出力された情報を被検光学系の光学特性の計 測結果の補正量とする。 いずれにしても、 本発明によれば、 被検光学系の光学 特性の計測結果からレーザビームの光学特性の変動に起因する被検光学系の光 学特性の変動分を補正した （差し引いた） 正確な被検光学系の光学特性を求め ることが可能となる。 従って、 レーザビームの光学特性が変動してもこれに影 響を受けることなく、被検光学系の光学特性を精度良く計測することができる。 この場合において、 前記レーザビームの光学特性は、 前記レーザビームのス ベクトル特性、 コヒーレンス特性、 波長特性のうちの少なくとも 1つを含むこ ととすることができる。

また、 リソグラフイエ程において、 本発明の露光装置を用いて露光を行うこ とにより、レーザビームの光学特性が変動してもこれに影響を受けることなく、 精度良く感光物体上にパターンを形成することができるので、 マイクロデバイ スの歩留まりが向上し、 結果的にその生産性を向上させることができる。 同様 に、 リソグラフイエ程において、 本発明の露光方法を用いて露光を行うことに より、 レーザビームの光学特性が変動してもこれに影響を受けることなく、 精 度良く感光物体上にパターンを形成することができるので、 マイクロデバイス の歩留まりが向上し、結果的にその生産性を向上させることができる。従って、 本発明は、 更に別の観点からすると、 本発明の露光装置又は露光方法を用いる デバイス製造方法であるとも言える。 図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 図 2 Aは、図 1の光源ュニッ卜の内部構成の一例を概略的に示すブロック図、 図 2 Bは、 フアブリべ口一干渉計を含むビームモニタ機構の構成の一例を概略 的に示す図、 図 2 Cは、 図 2 Bのテレメータレンズの焦点面に形成された干渉 縞を示す図である。

図 3は、 図 2 Cの干渉縞に対応する光強度分布を一部省略して示す線図であ る。

図 4は、 所定枚数のウェハの露光を行う際の主制御装置 5 0内の C P Uの処 理アルゴリズムを概略的に示すフローチヤ一トである。

図 5は、 図 1の露光装置における露光量制御の原理を説明するための線図で める。

図 6 Aは露光領域 （露光フィールド） 内で均一に露光量補正 （積算エネルギ 量補正） を行った場合のイメージ図、 図 6 Bはその補正を不均一に行った場合 のイメージ図である。

図 7は、 本発明に係るデバイス製造方法の実施形態を説明するためのフロー チヤ一卜である。

図 8は、 図 7のステップ 3 0 4における処理の一例を示すフローチャートで める。

図 9は、 超狭帯域化レーザのレーザ光のスぺクトル分布の一例を示す線図で ある。

図 1 0は、 レーザ光のスぺクトル特性 （F W H M) の変化の一例を示す線図 である。

図 1 1は、 ウェハ上に形成されたレジスト像の一例を示す図である。

図 1 2は、図 1 1のレジスト像を形成する際に適正な照度 Dose 1で像面に形 成される空間像に対応する光強度分布を示す線図である。

図 1 3は、 レジストの特性を示す線図である。

図 1 4は、 図 1 2の場合よりレーザ光のスぺクトル線幅が太くなリ、 同一照 度 Dose 1で像面に形成される空間像に対応する光強度分布を示す線図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明の一実施形態を図 1〜図 5に基づいて説明する。

図 1には、 一実施形態の走査型露光装置 1 0の概略構成が示されている。 こ の走査型露光装置 1 0は、露光用光源にレーザ光源を用いたステップ'アンド - スキャン方式の走査型露光装置である。

この走査型露光装置 1 0は、 レーザ光源 1 6を含む照明系 1 2、 この照明系 1 2により照明されるマスクとしてのレチクル Rを保持して所定の走査方向に 移動するマスクステージとしてのレチクルステージ R S T、 レチクル Rのパタ ーンを感光物体としてのウェハ W上に投影する投影光学系 Ρし、 ウェハ Wを保 持して水平面 （X Y平面内） を移動する Χ Υステージ 1 4、 及びこれらの制御 系等を備えている。

前記照明系 1 2は、 レーザ光源 1 6、 ビーム整形光学系 1 8、 エネルギ粗調 器 2 0、 オプティカルインテグレータ （フライアイレンズ、 内面反射型インテ グレータ、 又は回折光学素子などであり、 図 1ではフライアイレンズを用いて いるので、 以下では 「フライアイレンズ」 とも呼ぷ） 2 2、 照明系開口絞り板 2 4、 ビームスプリッタ 2 6、 第 1 リレーレンズ 2 8 Α、 第 2リレーレンズ 2 8 Β、 固定レチクルブラインド 3 0 Α、 可動レチクルブラインド 3 0 Β、 光路 折り曲げ用のミラー Μ及びコンデンサレンズ 3 2等を備えている。 なお、 以下 においては、 照明系 1 2を構成するレーザ光源 1 6以外の構成部分を纏めて適 宜 「照明光学系」 と呼ぶ。

ここで、 この照明系 1 2の上記檎成各部について説明する。 レーザ光源 1 6 としては、 一例として、 K r Fエキシマレーザ （発振波長 2 4 8 n m) が用い られているものとする。 以下においては、 レーザ光源 1 6を 「光源ユニット 1 6 J とも呼ぶ。

なお、 レーザ光源 1 6として、 K r Fエキシマレ一ザに代えて、 A r Fェキ シマレーザ （発振波長 1 9 3 n m) や F ₂ レーザ （発振波長 1 5 7 n m) は勿 論、 金属蒸気レーザや Y A Gレーザ、 あるいは半導体レーザの高調波発生装置 等のパルス光源を使用することも可能である。

前記光源ユニット 1 6は、 図 2 Aに示されるように、 レーザ装置としてのレ 一ザ共振器 1 6 a、 該レーザ共振器 1 6 aから射出されるレーザビーム L Bの 光路上に配置された透過率が 9 7 %程度のビームスプリッタ 1 6 b、 該ビーム スプリツタ 1 6 b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） 1 6 g及びビームモニタ機構 1 6 c、 ハーフミラー 1 6 gの反射光 路上に配置されたエネルギモニタ 1 6 h、 前記ビームモニタ機構 1 6 c及びェ ネルギモニタ 1 6 hからの出力信号がそれぞれ入力されるレーザコントローラ 1 6 e、 及び該レーザコン卜ローラ 1 6 eによって電源電圧などが制御される レーザ電源部 1 6 d等を備えている。 この図 2 Aに示されるように、 光源ュニ ッ卜 1 6の前記構成各部 （1 6 a〜 1 6 hなど） は、 ハウジング 1 7内に収納 されている。 レーザ共振器 1 6 aから射出され、 ビームスプリッタ 1 6 bを透 過したレーザビーム L Bがハウジング 1 7の光透過部を介して照明光学系に入 射するようになっている。

なお、 レーザコントローラ 1 6 e及びレーザ電源部 1 6 dのいずれか、 ある いは両方を、 ハウジング 1 7の外部に配置することは可能である。

前記レーザ共振器 1 6 a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） 2 0 2、 該エキシマレーザチューブ 2 0 2の後側 （図 2 Aにおけ る紙面内左側） に配置された全反射ミラー （リアミラー） 2 0 1、 エキシマレ 一ザチューブ 2 0 2の前側 （図 2 Aにおける紙面内右側） に配置された低反射 率ミラ一 （フロントミラ一） 2 0 5、 並びにエキシマレ一ザチューブ 2 0 2と フロントミラー 2 0 5との間に順次配置された固定のフアブリ ·ペロー'エタ口 ン （Fabry-Perot etalon) 2 0 3及び可変傾角のフアブリ'ペロー 'ェタロン 2 0 4等を含んで構成されている。

この場合、 リアミラー 2 0 1 とフロントミラー 2 0 5とによって、 レーザ発 振のための共振器が構成され、 コヒーレンシを少し高める効果がある。

また、 フアブリ'ペロー■ェタロン （以下、 「エタロン」 と呼ぶ） 2 0 3とェ タロン 2 0 4とにより狭帯域化モジュールが構成されている。 これを更に詳述 すると、 エタロン 2 0 3、 2 0 4は 2枚の石英板を所定の空隙 （エアーギヤッ プ）を空けて平行に対向させたもので、一種のバンドパスフィルタとして働く。 エタロン 2 0 3、 2 0 4のうちエタロン 2 0 3は粗調用で、 エタロン 2 0 4は 微調用である。 これらのエタロン 2 0 3、 2 0 4は、 レーザ共振器 1 6 aから 射出されるレーザビーム L Bのスぺク トル幅を、 ここでは自然発振スぺク トル 幅の約 1 / 1 0 0 0〜 1 3 0 0 0程度に狭めて出力する。 また、 エタロン 2 0 4の傾角を調整することにより、 レーザ共振器 1 6 aから射出されるレーザ ビーム L Bの波長 （中心波長） を所定範囲でシフトできるようになつている。 この他、 例えば図 2 Aのレーザ共振器 1 6 aにおいて、 粗調用のエタロン 2 0 3を取り去り、 リアミラー 2 0 1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、 グレーティングとフロントミラー 2 0 5とによって 共振器が構成される。 また、 グレーティング 2 0 6と微調用のエタロン 2 0 4 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。 この場合、 グレーティングは波長設定時の粗調に用いられ、 エタロン 2 0 4は微調に用い られる。 エタロン 2 0 4及びグレーティングのうちいずれかの傾斜角を変更す れぱ、 レーザ共振器から射出されるレーザビーム L Bの波長 （発振波長） を所 定範囲で変化させることができる。

なお、狭帯域化モジュールを、例えばプリズムと回折格子 （グレーティング） とを組み合わせたものによつて構成することも可能である。

前記エネルギモニタ 1 6 hは、 ビームスプリッタ 1 6 bにより反射される反 射光の光路上に配置されたハーフミラー 1 6 gからの反射光を受光して、 その 光電変換信号 （光量信号） を出力信号 E Sとしてレーザコントローラ 1 6 eに 出力する。 エネルギモニタ 1 6 hとしては、 例えば遠紫外域のパルス発光を検 出するために高い応答周波数を有する P I N型フォトダイオードなどの受光素 子が用いられる。

前記ビームモニタ機構 1 6 cとしては、 図 2 Bに示されるように、 前記ハー フミラー 1 6 gの反射光路上に順次配置された集光レンズ 6 4、 コリメ一タレ ンズ 6 6、 エタロン 6 8、 テレメータレンズ 7 0及びラインセンサ 7 2等を含 むフアブリべ口一干渉計が用いられている。

エタロン 6 8としては、 前述と同様に、 2枚の部分反射ミラー （石英板等） が所定の空隙 （エアーギャップ） dを空けて対向配置されたものが用いられて いる。 いま、 このエタロン 6 8にレーザビーム L Bが入射すると、 部分反射面 での回折光 （ホイヘンスの原理による二次波） はエアーギャップ d間で反射と 透過を繰り返す。 この時、 次式 （1 ) を満たす入射角 0の方向の光のみがエタ ロン 6 8を透過して強め合い、 これにより、 テレメータレンズ 7 0の焦点面に 図 2 Cに示されるような干渉縞 （フリンジパターン） が形成され、 該フリンジ パターンがテレメータレンズ 7 0の焦点面に配置されたラインセンサ 7 2によ つて検出される。

2 n d c o s Θ = m λ ( 1 )

ここで、 ηはエアーギャップ dの屈折率、 mは次数である。

上式 （1 ) より、 n、 d、 mが一定とすれば、 波長 λの違いによって焦点面 に形成されるフリンジパターンが異なることがわかる。

図 3には、 図 2 Cにおける A— A ' 線に沿ってテレメータレンズ 7 0の焦点 面に配置されたラインセンサ 7 2で検出される光強度の分布が示されている。 この図 3において、 横軸は、 焦点面におけるラインセンサ 7 2長手方向の位置 である。 なお、 図 3では特定の 3つの干渉縞のみが示されている。 この図 3に おいて、符号 ωは、各光強度分布の山の高さ 1 2に相当する部分の幅を示す。 この幅 ωは、 前述の半値全幅 （FW H M) と一義的な関係にあり、 本実施形態 では両者は比例関係にあるものとする。 すなわち、 次式 （2 ) が成立するもの とする。

FW H M = k ω ( 2 )

また、 図 3において、 各光強度分布の山のピークに対応する横軸上の座標位 置は、 中心波長に応じて定まる。 すなわち、 前述のフリンジパターンは、 入射 光の中心波長、 スペクトル線幅 （FW H M) に対応したものとなっており、 ラ インセンサ 7 2からこのフリンジパターンの撮像信号がレーザコントローラ 1 6 eに出力される。

前記レーザ電源部 1 6 dは、 高圧電源、 及びこの高圧電源を用いてエキシマ レーザチューブ 202内部の不図示の放電電極を所定のタイミングで放電させ るパルス圧縮回路 （スイッチング回路） 等を含んで構成されている。

前記レーザコントローラ 1 6 eは、 前述のフリンジパターンの撮像信号及び 出力信号 ESに所定の信号処理を施す画像処理回路 （ A Dコンバータやピーク ホールド回路などを含む） 及び所定の演算を行うマイクロコンピュータなどを 含んで構成されている。 レーザコントローラ 1 6 eは、 フリンジパターンの撮 像信号に所定の信号処理を施すことにより、 ビームモニタ機構 1 6 cに対する 入射光 （レーザビーム） LBの光学特性に関する情報、 例えば中心波長 （又は 重心波長） λ、 スペク トル線幅 （FWHM) の指標である前述の ω値などの情 報を得るようになつている。

レーザコントローラ 1 6 eは、 レーザビーム L Bの中心波長; Iを用いて、 主 制御装置 50によって設定される設定波長 λο に対する中心波長 λのずれ量 (波長ずれ量） 厶スを次式 （3) に基づいて演算する。

Δλ= | λο-λ | …… （3)

また、 レーザコントローラ 1 6 eは、 ω値を用いて、 スペクトル線幅の基準 値、 例えば初期のスぺク トル線幅に対応する値 ωο からの ω値の変動量 Δωを 次式 （4) に基づいて演算する。

Δ ω = ω₀— ω (4)

さらに、 レーザコントローラ 1 6 eは、 上記△ λと中心波長; Iとを用いて、 レーザビーム L Βのコヒーレント長 Lを次式 （5) に基づいて算出するととも に、 その算出したコヒーレント長 Lのコヒーレン卜長の基準値、 例えば初期の コヒーレント長 Lo からの変動量△ Lを次式 （6) に基づいて演算する。

L· = λ^ | 厶； I | …… (5)

Δ L= Lo- L …… (6)

さらに、 本実施形態では、 光源ユニット 1 6には、 前記レーザ共振器 1 6 a を構成するエタロン 204 (又はグレーティング及びエタロン 204、 あるい はグレーティングやプリズム） 等の分光素子の駆動機構 1 9が設けられている (図 2 A参照）。そして、 この駆動機構 1 9が、前述の波長ずれ量 Δ λに基づい てレーザコントローラ 1 6 eにより制御され、 中心波長； Iが所望の範囲内に制 御されるようになっている。 但し、 駆動機構 1 9を用いて調整が可能な波長ず れ Δ λの範囲は限られているので、 この範囲を超える波長ずれ Δスが生じる可 能性は否定できない。 本実施形態では、 このような波長ずれ が生じた場合 には、 後述するような露光量制御を行い、 波長ずれに起因するパターンの空間 像分布におけるコントラス卜の低下を抑制するようになっている。

また、 レーザコントローラ 1 6 eでは、 通常の露光時には、 前記エネルギモ ニタ 1 6 hの出力 E Sに基づいて検出したエネルギパワーに基づいて、 レーザ 共振器 1 6 aから出力されるレーザビーム L Bの 1パルスあたりのエネルギが、 主制御装置 5 0からの制御情報により与えられる 1パルスあたりのエネルギの 目標値に対応した値となるように、 レーザ電源部 1 6 d内部の高圧電源での電 源電圧をフィードノくック制御する。

また、 レーザコントローラ 1 6 eは、 主制御装置 5 0からの制御情報に基づ きレーザ電源部 1 6 d内部のパルス圧縮回路に対するトリガ信号の印加タィミ ングあるいは印加間隔を制御することにより、 ウェハ W上の 1ショット領域に 対する露光中のパルス数あるいはパルス発振の繰り返し周波数をも制御する。

この他、 光源ユニット 1 6のハウジング 1 7内におけるビームスプリッタ 1 6 bの照明光学系側には、 主制御装置 5 0からの制御情報に応じてレーザビー ム L Bを遮光するためのシャツタ 1 6 f も配置されている。

図 1に戻り、 前記ビーム整形光学系 1 8は、 エキシマレーザ 1 6からパルス 発光されたレーザビーム L Bの断面形状を、 該レーザビーム L Bの光路後方に 設けられたフライアイレンズ 2 2に効率良く入射するように整形するもので、 例えばシリンダレンズやビームエキスパンダ （いずれも図示省略） 等で構成さ れる。 エネルギ粗調器 2 0は、 ビーム整形光学系 1 8後方のレーザビーム L Bの光 路上に配置され、 ここでは、 回転板 3 4の周囲に透過率 （= 1一減光率） の異 なる複数個 （例えば 6個） の N Dフィルタ （図 1ではその内の 2個の N Dフィ ルタ 3 6 A、 3 6 Dが示されている） を配置し、 その回転板 3 4を駆動モータ 3 8で回転することにより、 入射するレーザビーム L Bに対する透過率を 1 0 0 %から等比級数的に複数段階で切リ換えることができるようになつている。 駆動モータ 3 8は、 後述する主制御装置 5 0によって制御される。

前記フライアイレンズ 2 2は、 エネルギ粗調器 2 0後方のレーザビーム L B の光路上に配置され、 レチクル Rを均一な照度分布で照明するためにその射出 側焦点面に多数の点光源から成る面光源、 すなわち 2次光源を形成する。 この 2次光源から射出されるレーザビームを以下においては、 「パルス照明光 I L」 と呼ぶものとする。

フライアイレンズ 2 2の射出面近傍、 すなわち本実施形態では照明光学系の 瞳面とほぼ一致するその射出側焦点面に、 円板状部材から成る照明系開口絞り 板 2 4が配置されている。 この照明系開口絞り板 2 4には、 等角度間隔で、 例 えば通常の円形開口より成る開口絞り、 小さな円形開口よリ成リコヒ一レンス ファクタである σ値を小さくするための開口絞り、 輪帯照明用の輪帯状の開口 絞り、 及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り (図 1ではこのうちの 2種類の開口絞りのみが図示されている） 等が配置され ている。 この照明系開口絞り板 2 4は、 後述する主制御装置 5 0により制御さ れるモータ等の駆動装置 4 0により回転されるようになっており、 これにより いずれかの開口絞りがパルス照明光 I しの光路上に選択的に設定される。なお、 開口絞り板 2 4の代わりに、 あるいはそれと組み合わせて、 例えば照明光学系 内に交換して配置される複数の回折光学素子、 照明光学系の光軸に沿って可動 なプリズム（円錐プリズム、多面体プリズムなど）、及びズーム光学系の少なく とも 1つを含む光学ュニットを、 光源 1 6とオプティカルインテグレータ 2 2 との間に配置し、 オプティカルインテグレータ 2 2がフライアイレンズである ときはその入射面上での照明光の強度分布、 オプティカルインテグレータ 2 2 が内面反射型ィン亍グレータであるときはその入射面に対する照明光の入射角 度範囲などを可変とすることで、照明光学系の瞳面上での照明光の光量分布（2 次光源の大きさや形状）、すなわち照明条件の変更に伴う光量損失を抑えること が望ましい。

照明系開口絞り板 2 4後方のパルス照明光 I Lの光路上に、 反射率が小さく 透過率の大きなビームスプリッタ 2 6が配置され、 更にこの後方の光路上に、 固定レチクルブラインド 3 O A及び可動レチクルブラインド 3 0 Bを介在させ て第 1 リレーレンズ 2 8 A及び第 2リレーレンズ 2 8 Bから成るリレー光学系 が配置されている。

固定レチクルブラインド 3 O Aは、 レチクル Rのパターン面に対する共役面 から僅かにデフォーカスした面に配置され、 レチクル R上の照明領域 4 2 Rを 規定する矩形開口が形成されている。 また、 この固定レチクルブラインド 3 0 Aの近傍に走査方向の位置及び幅が可変の開口部を有する可動レチクルブライ ンド 3 0 Bが配置され、 走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラ インド 3 0 Bを介して照明領域 4 2 Rを更に制限することによって、 不要な部 分の露光が防止されるようになっている。

リレー光学系を構成する第 2リレーレンズ 2 8 B後方のパルス照明光 I しの 光路上には、 当該第 2リレーレンズ 2 8 Bを通過したパルス照明光 I Lをレチ クル Rに向けて反射する折り曲げミラ一 Mが配置され、 このミラー M後方のパ ルス照明光 I Lの光路上にコンデンサレンズ 3 2が配置されている。

一方、 ビームスプリッタ 2 6で反射されたパルス照明光 I Lは、 集光レンズ 4 4を介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ 4 6で受光され、 ィ ンテグレータセンサ 4 6の光電変換信号が、 不図示のピークホールド回路及び AZ D変換器を介して出力 D S (digit/pulse) として主制御装置 5 0に供給さ れる。 インテグレータセンサ 4 6としては、 例えば遠紫外域で感度があり、 且 つ光源ュニット 1 6のパルス発光を検出するために高い応答周波数を有する P I N型のフォトダイオード等が使用できる。 このインテグレータセンサ 4 6の 出力 D Sと、 ウェハ Wの表面上でのパルス照明光 I Lの照度 （強度） との相関 係数 （又は相関関数） は予め求められて、 主制御装置 5 0に併設されたメモリ 5 1内に記憶されている。 また、 前述のエネルギモニタ 1 6 hの出力 E Sと、 インテグレータセンサ 4 6の出力 D Sとの相関係数 （又は相関関数） は予め求 められて、 メモリ 5 1内に記憶されている。

前記レチクルステージ R S T上にレチクル Rが載置され、 不図示のパキュー 厶チャック等を介して吸着保持されている。 レチクルステージ R S Tは、 水平 面 （X Y平面） 内で微小駆動可能であるとともに、 レチクルステージ駆動部 4 8によって走査方向 （ここでは図 1の紙面左お方向である Y軸方向とする） に 所定ス卜ローク範囲で走査されるようになっている。 この走査中のレチクルス 亍ージ R S Tの位置は、 レチクルステージ R S T上に固定された移動鏡 5 2 R を介して外部のレーザ干渉計 5 4 Rによって計測され、 このレーザ干渉計 5 4 Rの計測値が主制御装置 5 0に供給されるようになっている。 なお、 レチクル ステージ R S Tの端面を鏡面加工してレーザ干渉計 5 4 Rの反射面 （前述の移 動鏡 5 2 Rの反射面に相当） を形成しても良い。

前記投影光学系 Pしとしては、例えば両側テレセントリックな縮小系であり、 共通の Z軸方向の光軸 A Xを有する複数枚のレンズェレメン卜から成る屈折系 が用いられている。 また、 この投影光学系 P Lの投影倍率 Sは、 例えば 1 Z 4 又は 1 5である。 このため、 前記の如くして、 パルス照明光 I Lによリレチ クル R上の照明領域 4 2 Rが照明されると、 そのレチクル Rに形成されたバタ ーンが投影光学系 P Lによって投影倍率 Sで縮小された像が表面にレジス卜 (感光剤） が塗布されたウェハ W上のスリット状の露光領域 （照明領域 4 2 R に共役な領域） 4 2 Wに形成される。 前記 X Yステージ 1 4は、 ウェハステージ駆動部 5 6によって Χ Υ面内で走 査方向である Υ軸方向及びこれに直交する X軸方向 （図 1における紙面直交方 向） に 2次元駆動されるようになっている。 この Χ Υステージ 1 4上に、 Ζチ ルトステージ 5 8が搭載され、 この Ζチルトステージ 5 8上に不図示のウェハ ホルダを介してウェハ Wが真空吸着等により保持されている。 Ζチルトステ一 ジ 5 8は、 ウェハ Wの Ζ方向の位置 （フォーカス位置） を調整すると共に、 X Υ平面に対するウェハ Wの傾斜角を調整する機能を有する。 また、 Χ Υステ一 ジ 1 4の位置は、 Ζチルトステージ 5 8上に固定された移動鏡 5 2 Wを介して 外部のレーザ干渉計 5 4 Wにより計測され、 このレーザ干渉計 5 4 Wの計測値 が主制御装置 5 0に供給されるようになっている。 なお、 Ζチルトステージ 5 8 (又は Χ Υステージ 1 4 ) などの端面を鏡面加工して、 レーザ干渉計 5 4 W の反射面 （前述の移動鏡 5 2 Wの反射面に相当） を形成しても良い。

さらに、 図示は省略されているが、 レチクル Rの上方には、 例えば特開平 7 一 1 7 6 4 6 8号公報及びこれに対応する米国特許第 5 , 6 4 6 , 4 1 3号等 に開示されるように、 C C D等の撮像素子を有し、 露光波長の光 （本実施形態 ではパルス照明光 I L ) をァライメント用照明光とする画像処理方式の一対の レチクルァライメン卜系が配置されている。 この場合、 一対のレチクルァライ メン卜系は、 投影光学系 P Lの光軸 A Xを含む Y Z平面に関して対称 （左右対 称） な配置で設置されている。 また、 この一対のレチクルァライメント系は光 軸 A Xを通る X Z面内で X軸方向に往復移動が可能な構造となっている。 本国 際出願で指定した指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、 上記公報及び対応する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の 一部とする。

通常、 一対のレチクルァライメント系は、 レチクル Rがレチクルステージ R S T上に載置された状態で、 レチクル Rの遮光帯の外側に配置された一対のレ チクルァライメン卜マークをそれぞれ観察可能な位置に設定されている。 制御系は、 図 1中、 主制御装置 5 0によって主に構成される。 主制御装置 5 0は、 C P U (中央演算処理装置）、 R O M (リード■オンリ ■メモリ）、 R A M (ランダム■アクセス 'メモリ） 等から成るいわゆるマイクロコンピュータ (又はミニコンピュータ） を含んで構成され、 露光動作が的確に行われるよう に、 例えばレチクル Rとウェハ Wの同期走査、 ウェハ Wのステッピング、 露光 タイミング等を統括して制御する。

具体的には、 主制御装置 5 0は、 例えば走査露光時には、 レチクル Rがレチ クルステージ R S Tを介して + Y方向 （又は一 Y方向） に速度 V_R で走査され るのに同期して、 X Yステージ 1 4を介してウェハ Wが露光領域 4 2 Wに対し て一 Y方向 （又は + Y方向） に速度 S ■ V_R ( «5はレチクル Rからウェハ に 対する投影倍率） で走査されるように、 レーザ干渉計 5 4 R、 5 4 Wの計測値 に基づいてレチクルステージ駆動部 4 8、 ウェハステージ駆動部 5 6をそれぞ れ介してレチクルステージ R S T、 Χ Υステージ 1 4の位置及び速度をそれぞ れ制御する。 また、 ステッピングの際には、 主制御装置 5 0ではレーザ干渉計 5 4 Wの計測値に基づいてウェハステージ駆動部 5 6を介して Χ Υステージ 1 4の位置を制御する。

また、 主制御装置 5 0では、 制御情報を光源ユニット 1 6に供給することに よって、 前述の如く、 光源ユニット 1 6の発光タイミング、 及び発光パワー等 を制御する。 また、 主制御装置 5 0は、 エネルギ粗調器 2 0、 照明系開口絞り 板 2 4をモータ 3 8、 駆動装置 4 0をそれぞれ介して制御し、 更にステージ系 の動作情報に同期して可動レチクルブラインド 3 0 Βの開閉動作を制御する。 このように本実施形態では、 主制御装置 5 0が、 露光コントローラ及びステー ジコントローラの役目をも有している。 これらのコントローラを主制御装置 5 0とは別に設けても良いことは勿論である。

このようにして構成された、 露光装置 1 0によると、 露光量の制御方法を除 き、 通常のスキャニング 'ステツバと同様の手順で一連の露光処理動作が行わ れる。 以下、 露光量の制御動作を中心として、 露光装置 1 0における所定枚数 のウェハの露光を行う際の動作について、 主制御装置 5 0内の C P Uの処理ァ ルゴリズムを概略的に示す図 4のフローチヤ一卜に沿って説明する。

この図 4のフローチヤ一トは、 オペレータにより入出力装置 6 2を介して露 光条件の設定情報 （設定露光量、 すなわちウェハ面 （像面） 上における 1点当 たりに照射すべきレーザビームの積算エネルギ量であるドーズ量、 あるいは露 光量の設定値を含む)が入力され、その設定情報に応じて必要な設定が行われ、 かつレチクル交換、 前述のレチクルァライメント系を用いたレチクルァライメ ン卜、 及び不図示のウェハァライメン卜系のベースライン計測などの準備作業 が所定の手順で行われたときに、 開始する。

まず、 ステップ 1 0 2において、 不図示のウェハ搬送系にウェハ交換を指示 するとともに、 所定のタイミングで光源ュニッ卜 1 6にレーザビーム L Bのテ スト発光を指示する。 これにより、 ウェハ搬送系によってウェハ交換 （Zチル トステージ 5 8上のウェハホルダが載置されていないときは、 単にウェハホル ダに対するウェハのロード） が行われる。 光源ユニット 1 6に対するテスト発 光の指示は、 例えばウェハ交換中にウェハホルダ上にウェハがないときに行わ れる。 あるいは、 シャツタ 1 6 f を閉成した状態であれば、 ウェハホルダ上の ウェハの有無とは無関係に行っても良い。

上記の光源ュニット 1 6のテス卜発光により、 レーザビーム L Bがエネルギ モニタ 1 6 h、 ビームモニタ機構 1 6 cで受光され、 エネルギモニタの出力 E S及び前述のフリンジパターンの撮像信号が、 レーザコントローラ 1 6 eに供 給される。 そして、 レーザコントローラ 1 6 eにより、 前述の各種演算が行わ れ、 その演算結果の情報 （ω、 Α ω、 L、 △ !_、 ス、 Δ λなどを含む光学特性 情報） が出力される。

次のステップ 1 0 4において、 上記の光学特性情報を読み込み内部メモリに 記憶する。 次のステップ 1 06で、 光学特性情報に含まれる ω値が、 予め設定した第 1 の設定値 (≥ω₀) より大きいか否かを判断し、 この判断が肯定された場合 には、ステップ 1 1 0に進んで、次式 （7) に基づいて、露光量制御目標値 （積 算エネルギ量の制御目標値） Εを算出し、メモリ内の一次記憶領域に記憶する。

Ε = Ε₀ ■ (1 + ■ Δω) …… (7)

ここで、 Ε₀ は、 ω値が基準となる 値= ₀ であるときの露光量である。 ここでは、 例えばデューティ比 1 ： 1の解像限界近傍の LZSパターンのレジ スト像がデューティ比 1 ： 1の LZSパターン像となるときの露光量が Eo (m J/c m2) であり、 このときの ω値が ωο である。 本実施形態では、 Eo が、 オペレータにより設定露光量として設定されているものとする。 また、 Ofは正 の係数であり、 予め実験 （あるいはシミュレーション） によって求められ、 メ モリ 51に記憶されている。

これをさらに詳述すると、例えば、 露光量 Dose 1のとき、 デューティ比 1 ： 1の所定線幅の LZSパターンの空間像に対応する光強度分布として前述の図 1 2に示されるような光強度分布が得られ、 このときのレーザビーム L Bのス ぺク トル線幅が図 1 0中の FWHM=SWo であり、 かつビームモニタ機構 1 6 cからのフリンジパターンの撮像信号に基づいて算出される ω値が ω = ω₀ であったものとする。

この場合、 EQ としては、 レジスト像のライン幅 w I とスペース幅 w sが等 しくなる、 すなわち図 1 2中の WL=WSが成立するような露光量が設定され る。 すなわち、 E₀=Dose1である。

そして、 例えば光源ュニッ ト 1 6内の波長選択素子の劣化などによリスぺク トル線幅が広くなつた結果、 上記 LZSパターンの空間像に対応する光強度分 布が図 5中に実線で示されるような光強度分布に変化したものとする。 このと き、 図 5から明らかなように、 レジストが完全に溶解する照度 E_th では、 光強 度分布において、ラインの幅 WL' くスペースの幅 WS' となっている。なお、 このとき Dose 1では、ラインの幅 WL=スペースの幅 WSが成立するのは、照 度 E_th 2である。

上記の状態で、 露光量を、 徐々に変化させながら、 その都度、 空間像に対応 する光強度分布を求めると、図 5中に点線で示される Dose 2まで露光量を低下 させると、 照度 E_th において、 ラインの幅 WL=スペースの幅 WSとなる。 以 上のことより、 図 5中に実線で示される空間像に対応する光強度分布において W L = W Sとなる照度 E _{t h} 2とレジストが完全に溶解する照度 E _{t h} (レジスト の種類によってほぼ決まる値） との差 Δ E_tll は、スぺク トル特性の関数として 表すことができることがわかる。 ここでは、 E_th、 巳 2が ₀， ωの一次関 数として、 Eth = q ' W₀, Eth 2 = q ■ ωとして表すことができるものとす る。 次式 （8) において、 qは正の係数である。

Δ cth = cth 2— i th

= q ■ (ω-ω₀)

=- q ■ Δ ω …… (8)

また、 この場合、 Dose 2， Dose 1及び△ Eth の間には、 次式 （9) の関係 が成立するものとする。 式 （9) において、 pは正の係数である。

Dose 2—Dose 1 =— - Δ Eth ( 9 )

上記の q， pは、 実験により求めることができる。

しかるに、 Dose 1は EQ であり、 Dose 2は最適な解像性能が得られる露光量 であるから、 この Dose2を露光量制御目標値 Eに置き換えると、 式 （9) は、 次式 （9)' のように表現できる。

E- Eo =- P , Δ Eth (9)'

式 （8) と式 （9)' より、 次式 （1 0) の関係が得られる。

E— Eo =— P ' Δ Eth

= p ■ q ■ Δ ω ( 1 0)

ここで、 実験の結果から、 P ' qが、 EQ に依存している場合には、 p ■ q =a · Eo とおいて、 式 （1 0) を変形することにより、 前述の式 （7 ) が得 られる。 従って、 式 （7 ) に基づいて算出された露光量制御目標値 （積算エネ ルギ量の制御目標値） Eに基づいて露光量.（ウェハ面に照射されるレーザビー ムの積算エネルギ量） を制御すれば、 スペク トル線幅の変化に影響を受けるこ となく、 ウェハ上に所望の線幅のパターンを精度良く転写、 形成することが可 能となる。

なお、 p ■ qが、 E₀ に依存していない場合には、 式 （1 0) を変化させる ことにより、 次式 （1 1 ) が得られる。 ここで、 ₂ は正の係数である。

E = Eo + 2 ■ Δ ω ( 1 1 )

但し、 一般には、 Ε— Eo が Δωに比例するとは限らないので、 次式 （1 2 ) で示されるような Δωの関数 f i (Δω) を実験により求めることとしても良 い。

E = Eo + f 1 (Δω) …… （ 1 2 )

ここで、 図 4のフローチャートの説明に戻る。 上記のステップ 1 1 0におけ る処理が終了すると、 ステップ 1 2 2に移行する。

一方、 上記ステップ 1 0 6における判断が否定された場合には、 ステップ 1 0 8に進んで光学特性情報に含まれる ω値が、 予め設定した第 2の設定値 ω₂ (≤ω₀≤ω!) より小さいか否かを判断し、 この判断が肯定された場合には、 ステップ 1 1 0に進み前述と同様の処理を行った後、 ステップ 1 2 2に移行す る。 ここで、スぺク トル線幅が予定より小さい場合、投影光学系 P Lの収差（色 収差）は小さくなるが、アンダー露光となるため、これを補正する必要がある。 そこで、 本実施形態では、 この場合も、 露光量制御目標値を新たに算出するこ ととしている。

すなわち、本実施形態では、 ω値が、 ω> (≥ω₀)の範囲にある場合に、 Δω ( = ω₀-ω) に応じて露光量制御目標値を EQ より小さく し、 ω値が、 ω <ω₂ (≤ω₀≤ωι) の範囲にある場合に、 Δ ωに応じて露光量制御目標値を E₀ より大きくする。 特に、 ωι = ω₂ = ω₀ である場合には、 ω>ω₀ の場合 は Ε<Εο となり、 ω<ω₀ の場合は Ε>Ε。 となる。

上記と反対にステップ 1 08における判断が否定された場合には、 ω値は、 ω₂≤ω≤ωι の許容範囲にあり、スぺク トル線幅の変化に基づく露光量制御目 標値の変更は不要であるため、ステップ 1 1 2に移行する。特に、 ωι = ω₂ (= ω₀) の場合に、 ステップ 1 08における判断が否定されるのは、 （^ = £^ =0 ₂ = ω₀ の場合であり、 Δ ω = 0であるから露光量制御目標値の変更は明らかに 不要である。

ステップ 1 1 2では、 光学特性情報に含まれるコヒーレンス長しが、 予め設 定した第 3の設定値し （≥L₀) より大きいか否かを判断し、 この判断が肯定 された場合には、 ステップ 1 1 6に進んで、 次式 （1 3) に基づいて、 露光量 制御目標値 Eを算出し、 メモリ内の一次記憶領域に記憶した後、 ステップ 1 2 2に移行する。なお、 LQ は、 レーザ光し Bのコヒーレンス長の初期値である。

E = Eo ■ (1 -yS ■ Δ L) …… （1 3)

この式 （1 3) は、 前述の式 （フ） と同様にして定められる。 従って、 正の 係数 jSは、 実験によって求められる。 なお、 この場合も、 E— Eo が△ !_と比 例関係にあるが、 その比例係数が Eo に依存する。

この場合において、 E— E₀ が A Lと比例関係にあり、 かつその比例係数が Eo に依存しない場合には、 ステップ 1 1 6において上式 （1 3) に代えて次 式 （1 4) を用いることとしても良い。 ここで、 j5₂ は正の係数である。

E = E₀-yS₂ ■ Δ L …… （1 4)

E-Eo が△ Lと比例関係にない場合には、 次式 （1 5) で示されるような △ Lの関数 f ₂ (Δ L) を実験により求めることとしても良い。

E = Eo+ f 2 (Δ L) …… (1 5)

一方、 上記ステップ 1 1 2における判断が否定された場合には、 ステップ 1 1 4に進んで光学特性情報に含まれるコヒーレンス値しが、 予め設定した第 4 の設定値 L₂ (≤Lo≤L!) より小さいか否かを判断し、 この判断が肯定され た場合には、 ステップ 1 1 6に進み前述と同様の処理を行った後、 ステップ 1 22に移行する。 ここで、 コヒーレンス長しが予定より小さい場合、 オーバー 露光となるため、 これを補正する必要があるので、 露光量制御目標値を新たに 算出することとしている。

すなわち、 本実施形態では、 コヒーレンス長しが、 し し (≥L₀) の範囲 にある場合に、 A L (=Lo-D に応じて露光量制御目標値を EQ より大きく し、 コヒーレンス長しが、 L<L₂ (≤ Lo≤ Li) の範囲にある場合に、 Δ Ι_ に応じて露光量制御目標値を Εο より小さくする。 特に、

であ る場合には、 L>L₀ の場合は E<Eo となり、 L< Lo の場合は E>E₀ とな る。

上記と反対にステップ 1 1 4における判断が否定された場合には、 コヒーレ ンス長 Lは、 し 2≤L≤Li の許容範囲にあり、 コヒ一レンス長の変化に基づく 露光量制御目標値の変更は不要であるため、ステップ 1 1 8に移行する。特に、 Li = L₂ (=L₀)の場合に、ステップ 1 1 4における判断が否定されるのは、 L=Li = L₂ = L₀ の場合であり、 Δ L = 0であるから露光量制御目標値の変 更は明らかに不要である。

ステップ 1 1 8では、 光学特性情報に含まれる波長ずれ Δλ (絶対値） が、 予め設定した第 5の設定値 Δλι (≥Δλ₀ = Ο) より大きいか否かを判断し、 この判断が肯定された場合には、 ステップ 1 20に進んで、 次式 （1 6) に基 づいて、露光量制御目標値 Εを算出し、メモリ内の一次記憶領域に記憶した後、 ステップ 1 22に移行する。 なお、 Δλο は、 レーザ光 L Βの中心波長の目標 波長に対するずれ量 （波長ずれ） の初期値である。

Ε=Εο ■ (1 - ■ Αλ) …… ( 1 6)

この式 （1 6) は、 前述の式 （7) と同様にして定められる。 従って、 正の 係数 rは、 実験によって求められる。 なお、 この場合も、 E— Eo が Δλと比 例関係にあるが、 その比例係数が Eo に依存する。

この場合において、 E— Eo が と比例関係にあり、 かつその比例係数が Eo に依存しない場合には、 ステップ 1 20において上式 （1 6) に代えて次 式 （1 7) を用いることとしても良い。 ここで、 r₂ は正の係数である。

Ε-Εο が と比例関係にない場合には、 次式 （1 8) で示されるような △ λの関数 f ₃ (Δλ) を実験により求めることとしても良い。

E = Eo- f 3 (Δλ) -"… (1 8)

ステップ 1 22では、 メモリ内の一次記憶領域に記憶されている Εの値を用 いて露光量制御目標値 Εを更新した後、 ステップ 1 24に移行する。

この一方、 上記ステップ 1 1 8における判断が否定された場合には、 露光量 制御目標値の更新は不要なので、 直ちにステップ 1 24に移行する。 これは、 ステップ 1 1 8における判断が否定されるのは、 ω₂≤ω≤ωι、 L₂≤ L≤ L_x 及び Δ λ≤Δ λιの 3つの条件を同時に満足する場合だからである。

なお、 Δλ<初期値 λ₀ (=0) という場合は、 考えられないので、 波長ず れ Δλは、 上限値 Δλιのみが設定されている。

ステップ 1 24では、 例えば特開昭 61—44429号公報及びこれに対応 する米国特許第 4， 780, 61 7号などに開示されている EG Α (ェンハン スト■グローバル 'ァライメン卜) 方式のウェハァライメン卜を実行するとと もに、 そのウェハァライメント結果及び露光量制御目標値に基づいて、 以下の ような手順で、 ステップ 'アンド■スキャン方式でウェハ W上の複数のショッ 卜領域にレチクル Rのパターンを順次転写する。 なお、 本国際出願で指定した 指定国又は選択した選択国の国内法令が許す限りにおいて、 上記公報及び対応 する上記米国特許における開示を援用して本明細書の記載の一部とする。 まず、 ウェハァライメント結果に基づいてレーザ干渉計 54Wの計測値をモ ニタしつつウェハ Wのファーストショット （第 1番目のショット領域） の露光 のための走査開始位置 （加速開始位置） にウェハステージ駆動部 5 6を介して X Yステージ 1 4を移動する。

次いで、 レチクル R (レチクルステージ R S T ) とウェハ W ( X Yステージ 1 4 ) との Y軸方向の走査を開始する。 そして、 両ステージ R S T、 1 4がそ れぞれの目標走査速度に達すると、 パルス照明光 I Lによってレチクル Rのパ タ一ン領域が照明され始め、 走査露光が開始される。

そして、 レチクル Rのパターン領域の異なる領域が紫外パルス光で逐次照明 され、 パターン領域全面に対する照明が完了することにより、 ウェハ W上のフ アーストシヨットの走査露光が終了する。 これにより、 レチクル Rの回路バタ ーンが投影光学系 Pしを介してファーストショッ卜に縮小転写される。

上記の走査露光時に、 光源ユニット 1 6から像面 （ウェハ W表面） に照射さ れる 1パルス当たりのエネルギ量、 パルス繰り返し周波数、 照明領域の走査方 向の幅（いわゆるスリツト幅）、及び両ステージ R S T、 1 4の走査速度の少な くとも一つを調整することにより、 像面における露光ドーズ量 （積算エネルギ 量、 露光量） を、 露光量制御目標値 Eに一致するように調整 （制御） する。 このようにして、 ファーストショットの走査露光が終了すると、 X Yステー ジ 1 4を X、 Y軸方向にステップ移動し、 セカンドショット （第 2番目のショ ッ卜領域） の露光のための走査開始位置 （加速開始位置） に移動する。

そして、 セカンドショッ卜に対して上記と同様の走査露光を行う。

このようにして、 ウェハ W上のショッ卜領域の走査露光と次ショット領域露 光のためのステツビング動作とが繰り返し行われ、 ウェハ W上の全ての露光対 象ショット領域にレチクル Rの回路パターンが順次転写される。

上記のようにしてウェハ Wに対するステップ'アンド■スキャン方式の露光 が終了すると、 ステップ 1 2 6に進み、 予定枚数のウェハ Wの露光が終了した か否かを判断し、 この判断が否定された場合には、 ステップ 1 0 2に戻り、 以 後ステップ 1 0 2〜1 2 6の処理、 判断を繰り返す。 そして、 予定枚数のゥェ ハ Wの露光が終了すると、 ステップ 1 2 6における判断が肯定され、 本ルーチ ンの一連の処理を終了する。

これまでの説明から明らかなように、 本実施形態では、 光源ユニット 1 6内 部のビームモニタ機構 1 6 c、 レーザコントローラ 1 6 eによって、 レーザ光 学特性計測装置が構成されている。 また、 主制御装置 5 0によって露光量制御 装置が構成されている。

以上説明したように、 本実施形態に係る露光装置 1 0によると、 レーザ光学 特性計測装置を構成するビームモニタ機構 1 6 cによってレーザ共振器 1 6 a で発生したレーザビーム L Bが受光され、 レーザ光学特性計測装置を構成する レーザコントローラ 1 6 eによりその光学特性が計測され、 該光学特性に関す る情報 （前述の ω、 Δ ω、 L、 △ !_、 λ、 △スなどを含む光学特性情報） が出 力される。 そして、 露光処理ルーチンにおいて、 主制御装置 5 0により図 4の フローチヤ一卜に沿った処理が実行され、 その際に前述の光学特性に関する情 報に基づいてウェハ W上に与えられるレーザ光の積算エネルギ量 （ウェハ Wの 露光量） が最適な解像性能が得られるように制御される。 このため、 レーザビ ーム光の光学特性が、 短期的、 一時的、 あるいは長期的に変動してもこれに影 響を受けることなく、 レチクル Rのパターンを投影光学系 P Lを介してウェハ W上に精度良く転写することが可能となる。

また、 上記実施形態では、 レーザビーム L Bのスペクトル半値幅、 コヒーレ ンス長、 及び中心波長 （あるいは重心波長） の目標値からのずれ （波長ずれ） のいずれか一つが、許容範囲外となる、あるいは所望の値と異なった場合には、 ウェハ Wの露光量を最適化することにより、 レーザビーム L Bのスぺクトル半 値幅、 コヒーレンス長、 及び波長ずれのいずれの要因にも影響を受けることな く、 常に最適な解像性能で露光を行うことができる。

但し、 本発明の露光装置を構成するレーザ光学特性計測装置は、 レーザ光の スペクトル半値幅、 コヒーレンス長、 及ぴ波長ずれのいずれか一つ、 あるいは いずれか 2つのみを計測し、 露光量制御装置 （上記実施形態では主制御装置 5 0) は、 この計測されたレーザ光の光学特性に基づいて露光量を制御すること としても良い。 かかる場合であっても、 従来の露光装置に比べれば、 高精度な 露光が可能である。

また、上記実施形態では、光源ユニット 1 6内部のビームモニタ機構 1 6 c、 レーザコントローラ 1 6 eによって、 レーザ光学特性計測装置が構成され、 主 制御装置 50によって露光量制御装置が構成された場合について説明したが、 本発明がこれに限定されないことは勿論である。

すなわち、 例えばビームモニタ機構 1 6 cの出力を直接的に主制御装置 50 に供給するようにしても良く、 この場合には、 ビームモニタ機構 1 6 cのみに よってレーザ光学特性計測装置が構成される。 この場合、 主制御装置 50に上 記実施形態のレーザコントローラ 1 6 eと同様の光学特性に関する各種演算機 能を持たせれば良い。 このとき、 光源ユニット 1 6内部にレーザコントローラ 1 6 eをそのまま残しても良いし、 取り去っても良い。 後者の場合には、 主制 御装置 50にエネルギモニタ 1 6 hの出力を供給するとともに、 主制御装置 5 0によりレーザ電源部 1 6 dと駆動部 1 9との制御を行うようにすれば良い。 また、 上記実施形態では、 レーザビーム LBの中心波長 （又は重心波長） λ の目標波長に対する波長ずれ Δ λの初期値が 0であり、 波長ずれ Δ λに上限値 (第 5の設定値） Δλι のみを設定し、 厶スが より大きくなつた場合の み主制御装置 50が露光量 （感光物体上に与えられるレーザビームの積算エネ ルギ量） を小さくするものとしたが、 例えば投影光学系 P Lの色収差が非常に 小さい場合などには、波長ずれ A λに下限値（第 6の設定値） Δλ₂ (≤Δλ!) を設けても良い。 この場合、 Δ ΐ2≤Δλ≤Δλιの範囲の中心値である Δλ₀ = (λι + Α₂) Ζ2のときに、 最適な解像性能が得られる露光量 Εο に調整し ておき、 AAs AA AAiの範囲から△ λが外れた場合のみ、波長ずれに起 因するアンダー露光又はオーバー露光を防止するために、 露光量を制御するこ ととすれば良い。例えば、中心波長あるいは重心波長 λのずれ量 Δ λ (絶対値） が、 A ; より大きくなつた場合にはオーバー露光 （及び空間像の光強度分布 におけるコントラスト低下） を防止するため、 露光量を小さくし、 Δ λ ι より 小さくなつた場合には、 アンダー露光を防止するため、 露光量を大きくする。 この場合において、 Δ λ ι = Δ λ ₂ (= Δ λ ₀ ) としても良く、 かかる場合に は、 λ から変化した場合には、 必ず感光物体上に与えられるレーザ 光の積算エネルギ量が変更されることとなる。

また、 上記実施形態では、 レーザ光学特性計測装置を構成するビームモニタ 機構が、 フアブリペロー干渉分光計によって形成される場合について説明した 力 これに限らずグレーティング分光器などを用いてビームモニタ機構を構成 しても良い。

また、 上記実施形態において、 レーザ光学特性計測装置 （1 6 c、 1 6 e ) は、 予め設定された測定タイミングでレーザビーム L Bの光学特性を測定する こととすることもできるが、 これに限らず、 例えば、 レーザ光学特性計測装置 は、 レーザビーム L Bを受光してその光学特性を常時計測することとすること もできる。 後者の場合、 レーザ光学特性計測装置は、 光学特性に関する情報を 常時出力することとすることもできるし、 レーザビーム L Bの光学特性の基準 値からの変動量が所定値に達したときにのみ、 光学特性に関する情報を露光量 制御装置 （上記実施形態の主制御装置 5 0に相当） に出力することとすること もできる。

また、 上記実施形態では、 主制御装置 5 0は、 ウェハ上に与えられるレーザ ビームの積算エネルギ量を制御するため、 レーザ光学特性計測装置 （1 6 c、 1 6 e ) から出力される光学特性情報を予め定められた間隔、 具体的にはゥェ ハ交換の度毎に取り込むものとしたが、 これに限らず、 所定枚数、 例えば 1口 ッ卜のウェハの露光の終了毎に光学特性情報を取り込むこととしても良い。 ま た、 主制御装置 5 0などの露光量制御装置は、 レーザ光学特性計測装置から出 力される情報を常時取り込んで光学特性の変動をモニタし、 そのモニタ結果に 応じて前記積算エネルギ量の制御を行うこととしても良い。 この場合には、 露 光中にレーザビームの光学特性の変動に応じて常に最適な解像性能が得られる ような露光量のリアルタイム制御が可能となる。

また、 上記実施形態の露光装置において、 スペク トル線幅の変化量をパラメ ータとする露光量の補正関数である前述の関数 ( Δ ω )、 コヒーレンス長の 変化量をパラメータとする露光量の補正関数である前述の関数 f ₂ ( Δし）、 及 び中心波長あるいは重心波長のずれ量をパラメータとする露光量の補正関数で ある前述の関数 f ₃ ( Δ λ ) などは、 レジストの種類や形成するパターン毎に、 あるいは照明条件毎に、 予め設定しておくようにしても良い。

ところで、 上記実施形態では、 露光量の調整 （変化） として、 露光フィール ド （前述の露光領域） 内で、 そのフィールド内の場所によらず露光量を均一に 増減する調整、 すなわち、 図 6 Αにイメージ的に示されるように、 ある露光量 Aに対し露光量を大きくする場合にはフィールド内 （露光領域内） で均一に α だけ露光量を増加させ（図 6 Α中の露光量 Α→露光量 A + Q 、逆に露光量を小 さくする場合には、 フィールド内 （露光領域内） で均一に αだけ露光量を低減 させる （図 6 Α中の露光量 Α→露光量 A— Of ) ような調整方法について説明し た。 しかしながら本発明における露光量の調整方法は、 図 6 Aのようなフィー ルド内で均一に露光量を増減するもののみに限られるものではない。 例えば、 上記実施形態において、 ウェハ W上の露光フィールド内で露光量の分布を持た せるような露光量の補正を行っても良い。 これは、 露光装置の投影光学系が持 つ収差 （主として色収差） の影響は、 露光フィールド （露光領域） の周辺ほど 大きい （投影光学系の周辺を通る光束ほど収差の影響を受ける） ことに対応す る露光量の調整手法である。 図 6 Bにイメージ的に示されるように、 上記実施 形態において露光量を大きくする必要がある場合は、 ショット領域の中央から の距離に応じて露光量の補正量を大きくし（図 6 B中の Γ不均一オーバー補正」 参照）、逆に、露光量を小さくする必要がある場合は、 ショット領域の中央から の距離に応じて露光量の補正量を小さくすれば良い （図 6 B中の Γ不均一アン ダー補正」 参照）。

このようなフィールド内 （露光領域内） 不均一露光量調整を行う場合には、 照明系 1 2に新たに光学的なフィルタを追加装着するか、リレーレンズ 2 8 A、 あるいはリレーレンズ 2 8 Bの光学特性 （光学的なボケ） を用いて、 レチクル R上の照明光量をレチクル Rの中心から周辺に行くに従つて調整できるような 機構を設けておけば良い。

なお、 上述の光学的フィルタとしては、 例えば露光フィールド内の位置に応 じて透過率が変化するようなフィルタが考えられる。 一例として露光フィール ド内の中央ほど透過率が高く、 フィールド内周辺に向かうほど透過率が低くな るフィルタ （不均一アンダー補正用のフィルタ） や、 逆に、 露光フィールド内 の周辺ほど透過率が高く、 フィールド内中央に向かうほど透過率が低くなるフ ィルタ （不均一オーバー補正用のフィルタ） 等が考えられる。 なお、 上述した 不均一補正を行う場合には、 予め露光装置内のメモリに記憶されている投影光 学系の収差情報 （あるいは測定された投影光学系の収差情報） に基づいて露光 量の不均一な制御量（不均一の分布やその度合い等） を決定する（例えば、種々 の不均一透過率特性をもつ複数のフィルタから収差に応じたフィルタを選択す る） ようにすれば良い。

上記実施形態では、 レーザビームの光学特性情報 （スペク トル特性、 コヒー レンス特性、 波長特性等） を、 露光量制御に利用する場合について説明した。 しかしながら、 このレーザ光の光学特性情報は、 これ以外にも有効に活用する ことができる。例えば、被検光学系（例えば投影光学系） の種々の光学特性（球 面収差、コマ収差、非点収差等の種々の収差情報やフォーカス情報などを含む） を測定する際に、 このレーザ光の光学特性情報を用いるようにしても良い。 その場合の利用形態としては、 被検光学系の光学特性の測定結果に対して、 レーザ光の光学特性情報に基づく補正を加えることが考えられる。 この場合に は、 レーザ光の光学特性の変動影響分を考慮 （軽減） した、 より正確な被検光 学系の光学特性情報を求める （算出する） ことが可能となる。

この補正としては、 例えば、 レーザ光の光学特性の変動と、 被検光学系の光 学特性情報の変動との関係 （関係式やテーブルなど） を、 予めシミュレーショ ンゃ実験などで求めておき、 その求めておいた関係に基づいて、 被検光学系の 光学特性の測定結果からレーザ光の光学特性の変動の影響分を軽減した （ほぼ 除いた） 純粋な被検光学系の光学特性情報を求める手法が考えられる。

この手法をより具体的に説明すれば、 例えば投影光学系の測定対象となる光 学特性としてフォーカス情報を考えた場合に、 予めシミュレーションや実験な どで、 殆ど収差の無い光学系を介して、 レーザ光の光学特性を徐々に変化させ た場合のフォーカス情報の変化を求めておく。 これによりレーザ光学特性変動 とフォーカス情報変動との関係を求めておく。 そして、 実際に投影光学系のフ ォ一カス情報を測定する際に、 レーザ光学特性変動が生じた場合には、 その際 のフォーカス測定結果に対して、 上述の求められた関係に基づく補正値 （レー ザ光学特性変動量に相当 （対応） するフォーカス変動量） を差し引く補正演算 を行う。

このようにして、 測定 （モニタ） されたレーザ光の光学特性情報 （スぺクト ル特性等） を、 被検光学系の種々の光学特性を測定する際に考慮するようにす れば、 被検光学系の光学特性の測定を、 より正確に行うことが可能となる。 そして露光装置側では、 このようにして測定 （補正演算） された投影光学系 の光学特性情報に基づいて、 例えば投影光学系を構成する一部の光学素子を駆 動したり、 光学素子間の気圧を制御したり、 或いはレーザ光の波長そのものを シフトしたりすることにより、 投影光学系の光学特性を調整し、 調整された投 影光学系を介して投影露光を行うので、 高精度なパターン形成が可能となる。 なお、 上記実施形態では、 本発明がステップ'アンド 'スキャン方式の走査 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、 ステップ 'アンド ' リピート方式の露光装置 （いわゆるステツバ） あるいはス テツプ'アンド 'スティツチ方式の露光装置にも好適に適用することができる。 ステツパなどに本発明を適用する場合、 レーザ装置から出力されるパルス毎の エネルギ値を一定としウェハ上の 1点に照射されるレーザパルス数を調整する 方法、 照射パルス数を固定値としてパルス毎のエネルギ値を変える方法、 ある いはこれらを組み合わせて制御する方法のいずれかを採用して、 ウェハに対す る露光量を制御することとすれば良い。 さらに、 例えば国際公開 W0 9 9 4 9 5 0 4号などに開示される、 投影光学系 P Lとウェハとの間に液体が満たさ れる液浸型露光装置に本発明を適用しても良い。

また、 露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることな く、 例えば、 角型のガラスプレートに液晶表示素子パターンを転写する液晶用 の露光装置や、 プラズマディスプレイ又は有機 Eしなどの表示装置、 撮像素子 ( C C Dなど）、薄膜磁気へッド、マイクロマシン及び D N Aチップなどを製造 するための露光装置にも広く適用できる。 また、 半導体素子などのマイクロデ バイスだけでなく、 光露光装置、 E U V露光装置、 X線露光装置、 及び電子線 露光装置などで使用されるレチクル又はマスクを製造するために、 ガラス基板 又はシリコンウェハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用 できる。

また、 上記実施形態において、 レーザ光として、 例えば D F B半導体レーザ 又はファイバーレーザから発振される赤外域、 又は可視域の単一波長レーザ光 を、 例えばエルビウム （又はエルビウムとイッテルビウムの両方） がドープさ れたファイバーアンプで増幅し、 非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換し た高調波を用いても良い。

例えば、 単一波長レーザの発振波長を 1 . 5 1〜 1 . 5 9 mの範囲内とす ると、 発生波長が 1 8 9〜 1 9 9 n mの範囲内である 8倍高調波、 又は発生波 長が 1 51〜 1 59 nmの範囲内である 1 0倍高調波が出力される。 特に発振 波長を 1. 544〜 1. 553 imの範囲内とすると、 発生波長が 1 93〜 1 94 nmの範囲内の 8倍高調波、 即ち A r Fエキシマレーザとほぼ同一波長と なる紫外光が得られ、 発振波長を 1. 57〜 1. 58 j«mの範囲内とすると、 発生波長が 1 57~ 1 58 の範囲内の1 0倍高調波、 即ち F₂ レーザとほ ぼ同一波長となる紫外光が得られる。

また、 発振波長を 1. 03〜1. 1 2 mの範囲内とすると、 発生波長が 1 47〜 1 60 nmの範囲内である 7倍高調波が出力され、 特に発振波長を 1. 099〜 1. 1 06 mの範囲内とすると、 発生波長が 1 57〜 1 58 η の 範囲内の 7倍高調波、即ち F₂ レーザとほぼ同一波長となる紫外光が得られる。 なお、 単一波長発振レーザとしてはイッテルビウム · ドープ ' ファイバーレー ザを用いる。

また、 レーザ光源としては、 波長 1 46 nmの K r₂ レーザ （クリプトン - ダイマーレーザ）、波長 1 26 nmの A r ₂ レーザ（アルゴン■ダイマーレ一ザ） などの真空紫外光を発生する光源を使用しても良い。

また、 投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍および拡大系のいずれでも 良い。

《デバイス製造方法》

次に、 上記で説明した露光装置 1 0及びその露光方法を使用したデバイスの 製造方法の実施形態を説明する。

図 7には、デバイス（ I Cや LS I等の半導体チップ、液晶パネル、 CCD、 薄膜磁気ヘッド、 マイクロマシン等） の製造例のフローチャートが示されてい る。図 7に示されるように、まず、ステップ 301 (設計ステップ） において、 デバイスの機能 ·性能設計 （例えば、 半導体デバイスの回路設計等） を行い、 その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップ 302 (マ スク製作ステップ） において、 設計した回路パターンを形成したマスクを製作 する。 一方、 ステップ 3 0 3 (ウェハ製造ステップ） において、 シリコン等の 材料を用いてウェハを製造する。

次に、 ステップ 3 0 4 (ウェハ処理ステップ） において、 ステップ 3 0 1〜 ステップ 3 0 3で用意したマスクとウェハを使用して、 後述するように、 リソ グラフィ技術によってウェハ上に実際の回路等を形成する。 次いで、 ステップ 3 0 5 (デバイス組立ステップ） において、 ステップ 3 0 4で処理されたゥェ ハを用いてデバイス組立を行う。 このステップ 3 0 5には、 ダイシング工程、 ボンディング工程、 及びパッケージング工程 （チップ封入） 等の工程が必要に 応じて含まれる。

最後に、 ステップ 3 0 6 (検査ステップ） において、 ステップ 3 0 5で作製 されたデバイスの動作確認テスト、 耐久性テスト等の検査を行う。 こうしたェ 程を経た後にデバイスが完成し、 これが出荷される。

図 8には、 半導体デバイスの場合における、 上記ステップ 3 0 4の詳細なフ ロー例が示されている。 図 8において、 ステップ 3 1 1 (酸化ステップ） にお いてはウェハの表面を酸化させる。 ステップ 3 1 2 ( C V Dステップ） におい てはウェハ表面に絶縁膜を形成する。 ステップ 3 1 3 (電極形成ステップ） に おいてはウェハ上に電極を蒸着によって形成する。 ステップ 3 1 4 (イオン打 込みステップ） においてはウェハにイオンを打ち込む。 以上のステップ 3 1 1 〜ステップ 3 1 4それぞれは、 ウェハ処理の各段階の前処理工程を構成してお リ、 各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。

ウェハプロセスの各段階において、 上述の前処理工程が終了すると、 以下の ようにして後処理工程が実行される。 この後処理工程では、 まず、 ステップ 3 1 5 (レジスト形成ステップ） において、 ウェハに感光剤を塗布する。 引き続 き、 ステップ 3 1 6 (露光ステップ） において、 上記各実施形態の露光装置及 び露光方法によってマスクの回路パターンをウェハに転写する。 次に、 ステツ プ 3 1 7 (現像ステップ） においては露光されたウェハを現像し、 ステップ 3 1 8 (エッチングステップ） において、 レジストが残存している部分以外の部 分の露出部材をエッチングにより取り去る。 そして、 ステップ 3 1 9 (レジス ト除去ステップ） において、 エッチングが済んで不要となったレジストを取り 除く。

これらの前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、 ウェハ上 に多重に回路パターンが形成される。

以上のような、本実施形態のデバイス製造方法を用いれば、露光ステップで、 上記実施形態の露光装置及び露光方法が用いられるので、 レーザビーム L巳の 光学特性 （スペク トル線幅、 コヒーレンス特性、 中心あるいは重心波長のスぺ ク トル特性など） が変動してもこれに影響を受けることなく、 最適な解像性能 が得られる露光量で露光が行われるので、 ウェハ上の各ショット領域にパター ンを精度良く形成することができ、 これによリマイク口デバイスの歩留まりが 向上し、 結果的にその生産性を向上させることができる。 産業上の利用可能性

以上説明したように、 本発明の露光装置及び露光方法は、 感光物体上にマス クのパターンを転写するのに適している。また、本発明のデバイス製造方法は、 マイクロデバイスの生産に適している。 また、 本発明の測定方法及び測定装置 は、 被検光学系の光学特性を計測に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 - レーザビームをマスクに照射して、 前記マスクに形成されたパターンを 投影光学系を介して感光物体上に転写する露光装置であって、

前記レーザビームを発生するレーザ装置と；

前記レーザビームを受光してその光学特性を計測し、 該光学特性に関する情 報を出力するレーザ光学特性計測装置と ；

前記情報に基づいて、 前記感光物体上に与えられる前記レーザビームの積算 エネルギ量を制御する露光量制御装置と ；

を備 7Lる fi光装 。

2 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビームのスぺクトル線幅が 第 1の設定値よリ広いことを示す場合には、 前記積算エネルギ量を小さくする ことを特徴とする露光装置。

3 . 請求項 2に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビームのスぺク トル線幅が 前記第 1の設定値以下の第 2の設定値よリ狭いことを示す場合には前記積算ェ ネルギ量を大きくすることを特徴とする露光装置。

4 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビームのコヒーレンス長が 第 3の設定値より短いことを示す場合には前記積算エネルギ量を小さくするこ とを特徴とする露光装置。

5 . 請求項 4に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビームのコヒーレンス長が 前記第 3の設定値以下の第 4の設定値よリ長いことを示す場合には前記積算ェ ネルギ量を大きくすることを特徴とする露光装置。

6 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビームの中心波長あるいは 重心波長の目標波長に対するずれ量が第 5の設定値より大きいことを示す場合 には、 前記積算エネルギ量を小さくすることを特徴とする露光装置。

7 . 請求項 6に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記情報が、 前記レーザビームの中心波長あるいは 重心波長の目標波長に対するずれ量が前記第 5の設定値以下の第 6の設定値よ リ小さいことを示す場合には、 前記積算エネルギ量を大きくすることを特徴と する露光装置。

8 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記レーザ光学特性計測装置は、 フアブリべ口一干渉分光計及びグレーティ ング分光器の少なくとも一方を用いて前記レーザ装置から出力されるレーザビ ームの光学特性を検知するビームモニタ機構を有することを特徴とする露光装

9 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記レーザ光学特性計測装置は、 前記レーザビームを受光してその光学特性 を常時計測し、 該光学特性に関する情報を常時出力することを特徴とする露光

1 0 . 請求項 9に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記レーザ光学特性計測装置から出力される前記情 報に基づいて、 前記光学特性の変動をモニタし、 そのモニタ結果に応じて前記 積算エネルギ量の制御を行うことを特徴とする露光装置。

1 1 . 請求項 9に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記積算エネルギ量を制御するため、 前記レーザ光 学特性計測装置から出力される前記情報を予め定められた間隔で取り込むこと を特徴とする露光装置。

1 2 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記レーザ光学特性計測装置は、 前記レーザビー厶を受光してその光学特性 を常時計測し、 その光学特性の基準値からの変動量が所定値に達したときに、 前記光学特性に関する情報を前記露光量制御装置に出力することを特徴とする

1 3 . 請求項 1に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記積算エネルギ量を、 露光フィールド内において 不均一に制御することを特徴とする露光装置。

1 4 . 請求項 1 3に記載の露光装置において、

前記露光量制御装置は、 前記投影光学系の収差に関する情報に基づいて、 前 記積算エネルギ量不均一の分布又は度合いを制御することを特徴とする露光装

1 5 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、 前記リソグラフイエ程では、 請求項 1〜 1 4のいずれか一項に記載の露光装 置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイス製造方法。 '

1 6 . レーザビームをマスクに照射して、 前記マスクに形成されたパターン を投影光学系を介して感光物体上に転写する露光方法であって、

前記レーザビームを発生する工程と ；

前記レーザビームを受光してその光学特性を計測し、 該光学特性に関する情 報を出力する工程と ；

前記情報に基づいて、 前記感光物体上に与えられる前記レーザビームの積算 エネルギ量を制御しつつ、前記パターンの転写を行う工程と；を含む露光方法。

1 7 . 請求項 1 6に記載の露光方法において、

前記情報が、 前記レーザビームのスぺク トル線幅、 及び中心波長あるいは重 心波長の目標波長に対するずれ量の少なくとも 1つが、 それぞれの設定値よリ 大きいことを示す場合には、 前記積算エネルギ量を小さくすることを特徴とす si光 5法。

1 8 . 請求項 1 6に記載の露光方法において、

前記情報が、 前記レーザビームのコヒーレンス長がその設定値より短いこと を示す場合には、前記積算エネルギ量を小さくすることを特徴とする露光方法。

1 9 . リソグラフイエ程を含むデバイス製造方法であって、

前記リソグラフイエ程では、 請求項 1 6〜 1 8のいずれか一項に記載の露光 方法を用いることを特徴とするデバィス製造方法。

2 0 . 被検光学系にレーザビームを照射して、 前記被検光学系の光学特性を 測定する測定方法であって、

前記レーザビームを受光してその光学特性を計測し、 該光学特性に関する情 報を出力する第 1工程と ；

前記情報に基づいて、 前記被検光学系の光学特性の測定結果を補正する第 2 工程と ； を含む測定方法。

2 1 . 請求項 2 0に記載の測定方法において、

前記第 1工程で計測される前記レーザビームの光学特性は、 前記レーザビー ムのスぺクトル特性、 コヒーレンス特性、 波長特性のうちの少なくとも 1つを 含むことを特徴とする測定方法。

2 2 . 被検光学系に照射されたレーザビームを受光して、 前記被検光学系の 光学特性を測定する測定装置であって、

前記レーザビームの光学特性に関する情報に基づいて、 前記被検光学系の光 学特性の測定結果を補正する演算手段を備える測定装置。

2 3 . 請求項 2 2に記載の測定装置において、

前記レーザビームの光学特性は、 前記レーザビームのスペク トル特性、 コヒ 一レンス特性、 波長特性のうちの少なくとも 1つを含むことを特徴とする測定