トップ :: H 電気 :: H01 基本的電気素子




【発明の名称】 露光制御装置
【発明者】 【氏名】鈴木 一明
【要約】 【課題】

【解決手段】
【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。
【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〉）／ｎ1/2 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（Δｐ／〈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３−１７９３５７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（１６）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（１，１９）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１６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ＬＢ１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Ｎsp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Ｎe 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Ｎexp 、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％、９０％、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次元（又は２次元）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５９−２２６３１７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１６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１６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１６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Ｎsp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Ｎe 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（Ｈｚ）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Ｎexp は、次のようになる。
【００３８】
【数１】
Ｎexp ＝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ｖmax 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１８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ｖmax より小さくする必要が生じる。また、パルス数Ｎexp 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Ｎsp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Ｎe 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】ｖmax ≧（Ｄ・ｆ／Ｓ）・α・β・ｐ【００４１】
【数３】
Ｎexp ＝Ｓ／（α・β・ｐ）≧Ｍａｘ（Ｎe ，Ｎsp）
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Ｘstepは、次のようになる。
【００４５】
【数５】Ｘstep＝Ｄ／Ｎexp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Ｘstep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Ｎexp にそのパルス数積算領域の各々の走査方向の幅Ｘstep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Ｘstepの５倍、即ち露光パルス数Ｎexp 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Ｘstep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Ｘstep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Ｘstep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Ｘstepのパルス数積算領域２７Ａ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（Ｎexp＝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ｑn 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、Σｑj 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Ｎexp 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２７Ａ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Ｎexp 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・Ｘstep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２７Ａ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３−１７９３５７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、Ｎexp ≧５０pulse でよいことになる。即ち、Ｎe ＝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Ｎsp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Ｍａｘ（Ｎe ，Ｎsp）＝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＋Ｎexp −１）パルス目までのＮexp 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＋Ｎexp ）パルス目までのＮexp 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Ｎexp 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／Ｘstep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Ｅade と実際の積算露光量との差分ΔＥA が求められる。この差分ΔＥA 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ΔＥA 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Ｅade と実際の積算露光量との差分が求められ、この差分ΔＥB,ΔＥC,…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Ｅade と実際の積算露光量との差分ΔＥE 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ΔＥE 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Ｅade 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。
【出願人】 【識別番号】０００００４１１２
【氏名又は名称】株式会社ニコン
【出願日】 平成５年２月２４日（１９９３．２．２４）
【代理人】 【識別番号】１０００９８１６５
【弁理士】
【氏名又は名称】大森 聡
【公開番号】 特開２０００−３１０４４（Ｐ２０００−３１０４４Ａ）
【公開日】 平成１２年１月２８日（２０００．１．２８）
【出願番号】 特願平１１−１７２２７１