JPH10270345A

JPH10270345A - 走査露光方法及び走査型露光装置

Info

Publication number: JPH10270345A
Application number: JP9088907A
Authority: JP
Inventors: Ken Ozawa; 謙小澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1997-03-24
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1998-10-09
Also published as: KR19980080158A

Abstract

(57)【要約】【課題】設定露光量のいかんにかかわらず常に最短時
間で露光を行なう。【解決手段】走査露光の際には、設定露光量と計測さ
れた平均パルスエネルギとの関係により定まる１点当た
りの露光パルス数に応じて、主制御装置５０によってマ
スクＲと感光基板Ｗとの最大走査速度とパルスレーザ光
源１６の最大発振周波数との少なくとも一方を維持する
ように、光源１６の発振周波数が制御される。このた
め、設定露光量が小さく、発振周波数もそれほど高くす
る必要がない高感度領域では、設定露光量に無関係にス
キャン最高速での走査露光が可能となる。一方、設定露
光量が大きくなると、発振周波数もそれに応じて高くし
なければならいが、発振周波数は最大発振周波数が上限
であるから、設定露光量が大きく、スキャン最高速を維
持できない低感度領域では、発振周波数を最大発振周波
数に設定して、露光が行われることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走査露光方法及び
走査型露光装置に係り、更に詳しくは、例えば半導体素
子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気
ヘッド等を製造するためのリソグラフィ工程中で使用さ
れるパルスレーザ光源を用いた走査露光方法及び走査型
露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より半導体素子等を製造する際に、
マスクとしてのレチクルのパターンを投影光学系を介し
てフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレ
ート等）上の各ショット領域に転写露光する投影露光装
置が使用されている。斯かる投影露光装置における１つ
の基本的な機能として、ウエハの各ショット領域内の各
点に対する積算露光量（積算露光エネルギ）を適正範囲
内に収めるための露光量制御機能がある。

【０００３】従来のステッパーのような一括露光型の投
影露光装置（ウエハ上のショット領域にレチクルパター
ンの露光を行なう際に、ウエハが搭載されたウエハステ
ージを静止した状態で一括して露光を行なう装置）で
は、露光光源として超高圧水銀ランプのような連続光
源、又はエキシマレーザ光源のようなパルスレーザ光源
の何れを使用する場合でも、露光量制御方法としては基
本的にはカットオフ制御が採用されていた。このカット
オフ制御では、感光材料（フォトレジスト）が塗布され
たウエハへの露光光の照射中にその露光光の一部を分岐
してインテグレータセンサと呼ばれる光電検出器に導
き、このインテグレータセンサを介して間接的にウエハ
上での露光量を検出し、この検出結果の積算値が当該感
光材料で必要とされる積算露光量（以下、「設定露光
量」と呼ぶ）に対応する所定のレベル（クリティカルレ
ベル）を超えるまでレーザ発光を続ける（連続光の場合
にはクリティカルレベルを超えたらシャッタを閉め始め
る）というような制御が行われる。

【０００４】更に、露光光源としてパルスレーザ光源を
用いる場合においては、パルスレーザ光毎にエネルギの
ばらつきを有するため、或る一定数（以下、「最小露光
パルス数」と呼ぶ）以上の複数のパルスレーザ光で露光
することにより、所望の露光量制御精度再現性を得てい
る。この場合、例えば高感度レジストを露光する際に
は、設定露光量が小さいため、パルスレーザ光源からの
レーザ光をそのまま使用したのでは、最小露光パルス数
以上での露光ができなくなる。そこで、このように設定
露光量が小さいときには、例えば光路に設置された減光
手段によりパルスレーザ光を減光することにより、最小
露光パルス数以上のパルス数で露光できるようにしてい
た。

【０００５】更に近年では、投影光学系に対する負担を
あまり重くすることなく、より大面積のパターンを高精
度にウエハ上に転写できるようにするために、レチクル
のパターンの一部を投影光学系を介してウエハ上に投影
した状態で、レチクル及びウエハを投影光学系に対して
同期して走査することによりレチクルのパターンをウエ
ハ上の各ショット領域に逐次転写露光する、ステップ・
アンド・スキャン方式等の走査型の投影露光装置も開発
されている。このような走査露光型の装置では、ウエハ
上の１点だけに着目した露光量制御が適用できないため
に、上述のカットオフ制御が適用できない。そこで、従
来は第１の制御方式として、単純に各パルス照明光の光
量を積算して露光量制御を行う方式（オープン露光量制
御方式）が使用されていた。また、第２の制御方式とし
て、例えば、特開平６ー２５２０２２号公報に開示され
るような、ウエハ上で走査方向に対してスリット状の露
光領域（レチクル上のスリット状の照明領域に共役な領
域であって、ウエハはこの領域に対して相対走査され
る）に含まれる領域に対する積算露光量をパルス照明光
毎にリアルタイムで計測し、その積算露光量に基づいて
次のパルス照明光の目標エネルギを個別に算出して、各
パルス照明光のエネルギを制御する方式（パルス毎露光
量制御方式）も考えられているが、そのアルゴリズムが
複雑である。

【０００６】前者の第１の制御方式においては、所望の
露光量制御の直線性を得るために次の関係が成立するよ
うに、即ち、露光パルス数が整数になるように、パルス
エネルギを微調する必要がある。

【０００７】（設定露光量）＝（パルス数）×（１パルスの平均エネルギ） ……（１）ここで、１パルスの平均エネルギは露光直前にインテグ
レータセンサにて計測される値である。このため、光路
中にパルスエネルギ微変調器が設けられていた。

【０００８】図１１（Ａ）、（Ｂ）には従来のエネルギ
微変調器の一例が示されている。この内、図１１（Ａ）
に示されるダブル・グレーティング方式の微変調器では
パルス発光されるレーザビームＬＢの光路上に、所定ピ
ッチで透過部と遮光部とが形成された固定の格子板７２
と、格子のピッチ方向に移動自在な可動の格子板７４と
が重ねて配置され、２枚の格子板７２，７４の相対的な
位置をずらすことによって、レーザビームＬＢに対する
透過率が微変調できるようになっている。また、図１１
（Ｂ）に示される微変調器では、レーザビームＬＢの光
路上に、それぞれ両面に反射防止コーティングが施され
た２枚のガラスプレート７６，７８が、対称に可変の傾
斜角θで傾斜した状態で配置されている。そして、ガラ
スプレート７６，７８の透過率がレーザビームＬＢの入
射角に応じて変化する特性を利用して、傾斜角θを制御
することによって、レーザビームＬＢに対する全体の透
過率を微調整している。この他、光源であるレーザ自体
の設定エネルギを変調する例もある。

【０００９】ところで、走査型露光装置の場合には、次
の式も満足しなければいけない。Ｖ＝Ｗｓ／Ｎ×ｆ ……（２）上式において、Ｖはウエハ（ウエハステージ）の走査露
光時の走査速度、Ｗｓはウエハ面上でのスリット状露光
領域の走査方向の幅（スリット幅）、Ｎは１点当たりの
露光パルス数、ｆはレーザ発振周波数を示す。

【００１０】従来の露光シーケンスの流れとしては、露
光量が設定され、像面上平均エネルギが計測され、１点
当たりのパルス数が算出され、定数として扱っているス
リット幅Ｗｓ、レーザ発振周波数ｆより、走査速度Ｖが
決められていた。この場合において、レーザ発振周波数
ｆは、露光装置のステージ制御システムの性能（機構的
な性能を含む）によって規定される最高走査速度（スキ
ャン最高速）によって律速される最高発振周波数ｆ₀に
固定されていた。

【００１１】すなわち、従来の走査型露光装置では、ス
リット幅Ｗｓは光学設計上から定まる固定値であり、レ
ーザ発振周波数ｆもステージ制御システムの性能上で定
まるスキャン最高速Ｖ_maxに対応する最高発振周波数ｆ
₀に固定されていた（ｆ＝ｆ₀であった）ことから、１
点当たりの露光パルス数Ｎが最小露光パルス数Ｎ_minで
あるとき、すなわちＮ＝Ｎ_minであるときに、（２）式
の関係から走査速度ＶがＶ_maxに定められるようになっ
ていた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、走査型露光
装置の場合も、前述した一括型露光装置と同様に、所定
の露光量再現性を得るために、１点当たり、ある一定の
数（最小露光パルス数）以上の複数のパルスレーザ光に
て露光する必要がある。この場合も、例えば高感度レジ
ストを露光する際のように設定露光量が小さいときに
は、例えば光路上に設置された減光手段（エネルギ粗調
器）によりパルスレーザ光を減光し、最小露光パルス条
件を満たすようにしている。

【００１３】この場合のエネルギ粗調器としては、例え
ば図１１（Ｃ）に示されるような、レボルバと呼ばれる
回転自在の円板８０上に透過率（＝１−減光率）の異な
る複数個のＮＤフィルタ８４を配置したものを、１又は
複数段配置して成るエネルギ粗調器が用いられ、それぞ
れのレボルバ８０を回転することにより、入射するレー
ザビームＬＢに対する透過率を１００％から複数段階
（図１１（Ｃ）の場合は６×６＝３６段階）で切り換え
るようになっていた。すなわち、かかるエネルギ粗調器
による透過率の設定は、離散的なもの（通常、等比級数
的）になっている。

【００１４】このため、設定露光量によっては、それに
対応した（比例した）減光率を設定することが困難な場
合があり、かかる設定露光量の場合には、設定露光量に
対応した減光率以下での減光率の組み合わせの内で最も
近い減光率となるようなＮＤフィルタを選択する他な
く、１点当たりの露光パルス数Ｎを、ＮＤフィルタ透過
率の離散分（理想的な連続可変エネルギ変調器で設定さ
れる設定露光量に対応した減光率からの差分）だけ最小
露光パルス数Ｎ_minより大きな値に設定するしかなかっ
た。従って、（２）式の関係から明らかなように、走査
速度Ｖを常に最高速Ｖ_maxに維持することができず、結
果的に露光時間Ｔ_exp（＝Ｗｓ／Ｖ）がＮＤフィルタ透
過率の離散分余計にかかることになり、ある設定露光量
では理想的なスループットが低下していた。すなわち、
設定露光量（Ｓ₀）と露光時間（Ｔ_exp）との関係は、
図５中に示される点線のようになっていた。

【００１５】本発明は、かかる事情の下になされたもの
で、請求項１に記載の発明の目的は、高感度領域及び低
感度領域にかかわらず常に最短時間で露光を行なうこと
が可能な走査露光方法を提供することにある。

【００１６】また、請求項２に記載の発明の目的は、減
光手段の離散的な減光率の影響を受けることなく、高感
度領域において常に最短時間で露光を行なうことができ
るとともに低感度領域においてもスループットを向上さ
せることが可能な走査型露光装置を提供することにあ
る。

【００１７】また、請求項３に記載の発明の目的は、特
に高感度露光領域において、露光中のパルスエネルギが
変動した際に、走査速度を維持した状態で、次ショット
に対し所望の積算露光量を得るような露光を行なうこと
が可能な走査露光方法を提供することにある。

【００１８】また、請求項４に記載の発明の目的は、特
に高感度露光領域において、露光中のパルスエネルギが
変動した際に、走査速度を維持した状態で、次ショット
に対し所望の積算露光量を得るような露光を行なうこと
が可能な走査型露光装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、パルスレーザ光源（１６）からのパルス光によりマ
スク（Ｒ）上の所定の照明領域を照明し、前記マスク
（Ｒ）と感光基板（Ｗ）とを投影光学系（ＰＬ）に対し
て相対走査しつつ、前記マスク（Ｒ）に形成されたパタ
ーンを感光基板（Ｗ）上に逐次投影露光する走査露光方
法であって、前記パルスレーザ光源（１６）からのパル
ス光の平均パルスエネルギを計測する工程と；設定され
た露光量と前記計測された平均パルスエネルギとの関係
により定まる１点当たりの露光パルス数に応じて、走査
露光の際に、前記マスク（Ｒ）と感光基板（Ｗ）との最
大走査速度と前記パルスレーザ光源（１６）の最大発振
周波数との少なくとも一方を維持するように、前記パル
スレーザ光源の発振周波数を制御する工程とを含む。

【００２０】これによれば、走査露光に先立ち、パルス
レーザ光源からのパルス光の平均パルスエネルギが計測
され、走査露光の際には、設定された露光量と計測され
た平均パルスエネルギとの関係により定まる１点当たり
の露光パルス数に応じて、マスクと感光基板との最大走
査速度とパルスレーザ光源の最大発振周波数との少なく
とも一方を維持するように、パルスレーザ光源の発振周
波数が制御される。すなわち、本発明によれば、従来は
固定値であったパルスレーザ光源の発振周波数ｆが、露
光パルス数Ｎに応じて、マスクと感光基板との最大走査
速度（スキャン最高速）又はパルスレーザ光源の最大発
振周波数の少なくとも一方を維持するように制御され
る。このため、設定露光量が小さく、最大速度を得るの
に必要な発振周波数が最大発振周波数以内の領域では、
少なくとも設定露光量に無関係にスキャン最高速での走
査露光が可能となり、スループットを最も高く維持する
ことが可能になる。この場合、パルスレーザ光源の発振
周波数は、前述した（２）式の関係に基づいてが制御さ
れる。一方、設定露光量が大きくなると、レーザ発振周
波数もそれに応じて高くしなければならいが、レーザ発
振周波数は上限である最大発振周波数以上に高くはでき
ない。従って、設定露光量が大きく、スキャン最高速を
維持できない領域（本明細書では、この領域を「低感度
領域」と呼ぶ）では、レーザ発振周波数を最大発振周波
数に設定して、前述した（２）式の関係に基づいて定ま
る走査速度にて露光が行われることとなる。この場合、
（２）式から明らかなように、最大発振周波数をｆ_max
とすると、走査速度は従来の（ｆ_max／ｆ₀）倍とな
り、１点当たりの露光時間が従来のｆ₀／ｆ_maxに抑さえ
られ、明らかにｆ_max≧ｆ₀であるから、低感度領域に
おいてもスループットは向上する。また、仮に、パルス
レーザ光源のエネルギが連続的に変調可能である場合を
考えても、ｆ_max≧ｆ₀であるから、最高走査速度で露
光できる設定露光量の幅が従来よりも広くなる。

【００２１】請求項２に記載の発明は、パルスレーザ光
源（１６）からのパルス光によりマスク（Ｒ）上の所定
の照明領域を照明し、前記マスク（Ｒ）と感光基板
（Ｗ）とを投影光学系（ＰＬ）に対して相対走査しつ
つ、前記マスク（Ｒ）に形成されたパターンを感光基板
（Ｗ）上に逐次投影露光する走査型露光装置であって、
前記マスク（Ｒ）を保持して所定の走査方向に移動可能
なマスクステージ（ＲＳＴ）と；前記感光基板（Ｗ）を
保持して少なくとも前記走査方向に移動可能な基板ステ
ージ（１４）と；前記マスクステージ（ＲＳＴ）と基板
ステージ（１４）とを前記投影光学系（ＰＬ）に対して
所定の速度比で相対走査するステージ制御系（４８、５
０、５４Ｒ、５４Ｗ、５６）と；前記パルスレーザ光源
（１６）の発振周波数を変更する周波数変更手段（１６
ｄ）と；前記パルスレーザ光源（１６）からのパルス光
を減光する減光率が離散的な減光手段（２０）と；前記
減光手段（２０）によって減光された前記パルスレーザ
光源（１６）からのパルス光の平均パルスエネルギを計
測するエネルギ計測手段（４６）と；設定された露光量
と平均パルスエネルギとの関係により定まる１点当たり
の露光パルス数に応じて、前記ステージ制御系（４８、
５０、５４Ｒ、５４Ｗ、５６）による前記両ステージ
（ＲＳＴ、１４）の最大走査速度と前記パルスレーザ光
源（１６）の最大発振周波数との少なくとも一方を維持
するように前記周波数変更手段（１６ｄ）を制御する制
御手段（５０）とを有する。

【００２２】これによれば、設定露光量が小さく、減光
率０％（透過率１００％）の状態では、最小露光パルス
数が確保できないような場合、減光手段によりパルスレ
ーザ光源からのパルス光が減光される。この減光手段に
よって減光されたパルスレーザ光源からのパルス光の平
均パルスエネルギがエネルギ計測手段によって計測され
る。但し、減光手段の減光率が離散的なため、設定露光
量と前記計測された平均パルスエネルギとで定まる１点
当たりの露光パルス数は、常に最小露光パルス数になる
とは限らず、最小露光パルス数より多くなる場合が殆ど
である。そこで、制御手段では、上記１点当たりの露光
パルス数に応じて、ステージ制御系による両ステージの
最大走査速度とパルスレーザ光源の最大発振周波数との
少なくとも一方を維持するように周波数変更手段を制御
する。

【００２３】すなわち、本発明によれば、従来は固定値
であったパルスレーザ光源の発振周波数ｆが、制御手段
によって、露光パルス数Ｎに応じて、ステージ制御系に
よる両ステージの最大走査速度（スキャン最高速）又は
パルスレーザ光源の最大発振周波数の少なくとも一方を
維持するように、周波数変更手段を介して制御される。
このため、設定露光量が小さく、レーザ発振周波数もそ
れほど高くする必要がない高感度領域では、減光率の離
散分に起因して１点当たりの露光パルス数が増加しても
それに比例して周波数変更手段を介してレーザ発振周波
数が増加変更されるので、設定露光量に無関係に、露光
時に、ステージ制御系により両ステージがスキャン最高
速で走査されることとなり、スループットを最も高く維
持することが可能になる。この場合、パルスレーザ光源
の発振周波数は、前述した（２）式の関係に基づいてが
制御される。一方、設定露光量が大きくなると、１点当
たりの露光パルス数が増えてレーザ発振周波数もそれに
応じて高くしなければならいが、レーザ発振周波数は上
限である最大発振周波数以上に高くはできない。従っ
て、設定露光量が大きく、スキャン最高速を維持できな
い低感度領域（この領域では減光手段による減光率を０
％（透過率１００％）に設定する）では、レーザ発振周
波数を最大発振周波数に設定して、前述した（２）式の
関係に基づいて定まる走査速度にて露光が行われること
となる。この場合、（２）式から明らかなように、最大
発振周波数をｆ_maxとすると、走査速度は従来の（ｆ
_max／ｆ₀）倍となり、１点当たりの露光時間が従来の
ｆ₀／ｆ_maxに抑さえられ、明らかにｆ_max≧ｆ₀である
から、低感度領域においてもスループットは向上する。
また、仮に、パルスレーザ光源のエネルギが連続的に変
調可能である場合を考えても、ｆ_max≧ｆ₀であるか
ら、最高走査速度で露光できる設定露光量の幅が従来よ
りも広くなる。

【００２４】請求項３に記載の発明は、パルスレーザ光
源（１６）からのパルス光によりマスク（Ｒ）を照明
し、当該マスク（Ｒ）と感光基板（Ｗ）とを投影光学系
（ＰＬ）に対して相対走査しつつ、前記マスク（Ｒ）に
形成されたパターンを感光基板（Ｗ）上の複数のショッ
ト領域に順次投影露光する走査露光方法において、前記
感光基板（Ｗ）上の各ショット領域に対する前記マスク
パターンの露光の度毎に、前記パルスレーザ光源（１
６）の平均パルスエネルギを検出するとともにそれまで
の積算露光量を算出し、前記パルスレーザ光源（１６）
の平均パルスエネルギが変動したとき、直前のショット
領域の積算露光量に基づいて、必要な１点当たりの露光
パルス数を確保すべく、前記パルスレーザ光源（１６）
の発振周波数を制御することを特徴とする。

【００２５】これによれば、感光基板上の各ショット領
域に対するマスクパターンの露光の度毎に、パルスレー
ザ光源の平均パルスエネルギを検出するとともにそれま
での積算露光量を算出する。そして、パルスレーザ光源
の平均パルスエネルギが変動したとき、直前のショット
領域の積算露光量に基づいて、必要な１点当たりの露光
パルス数を確保すべく、パルスレーザ光源の発振周波数
を制御する。このように、本発明によれば、感光基板上
の各ショット領域に対するマスクパターンの露光が順次
行われている場合に、パルスレーザ光源の平均パルスエ
ネルギが変動し、その変動の結果、積算露光量が許容で
きない程度の誤差が生じるようになった場合において、
必要な１点当たりの露光パルス数、すなわち設定露光量
と計測された平均パルスエネルギとで定まる１点当たり
の露光パルス数を確保すべく、直前のショット領域の積
算露光量に基づいて、パルスレーザ光源の発振周波数が
制御される。この結果、前述した（２）式から明らかな
ように、走査速度を変更することなく、露光パルス数を
変更することにより、例えば高感度領域においてスキャ
ン最高速で露光を行なっていた場合において、あるショ
ット領域の露光中又は露光後にパルスレーザ光源の平均
パルスエネルギが変動した場合、これに影響を受けるこ
となく、次ショットに対してはスキャン最高速を維持し
たまま所望の積算露光量を得るような露光が可能であ
る。

【００２６】請求項４に記載の発明は、パルスレーザ光
源（１６）からのパルス光によりマスク（Ｒ）を照明
し、当該マスク（Ｒ）と感光基板（Ｗ）とを投影光学系
（ＰＬ）に対して相対走査しつつ、前記マスク（Ｒ）に
形成されたパターンを感光基板（Ｗ）上の複数のショッ
ト領域に順次投影露光する走査型露光装置であって、前
記パルスレーザ光源（１６）の発振周波数を変更する周
波数変更手段（１６ｄ）と；前記パルスレーザ光源（１
６）からのパルス光の平均パルスエネルギを計測するエ
ネルギ計測手段（４６）と；前記感光基板（Ｗ）上の各
ショット領域に対する前記マスクパターンの露光の度毎
に、前記パルスレーザ光源（１６）の平均パルスエネル
ギを検出するとともにそれまでの積算露光量を算出し、
前記パルスレーザ光源の平均パルスエネルギが変動した
とき、直前のショット領域の積算露光量に基づいて、必
要な１点当たりの露光パルス数を確保すべく、前記周波
数変更手段（１６ｄ）を制御する制御手段（５０）とを
有する。

【００２７】これによれば、エネルギ計測手段によりパ
ルスレーザ光源からのパルス光の平均パルスエネルギが
計測される。制御手段では、感光基板上の各ショット領
域に対するマスクパターンの露光の度毎に、エネルギ計
測手段を介してパルスレーザ光源の平均パルスエネルギ
を検出するとともにそれまでの積算露光量を算出し、パ
ルスレーザ光源の平均パルスエネルギが変動したとき、
直前のショット領域の積算露光量に基づいて、必要な１
点当たりの露光パルス数を確保すべく、周波数変更手段
を制御する。このように、本発明によれば、感光基板上
の各ショット領域に対するマスクパターンの露光が順次
行われている場合に、パルスレーザ光源の平均パルスエ
ネルギが変動し、その変動の結果、積算露光量が許容で
きない程度の誤差が生じるようになったとき、必要な１
点当たりの露光パルス数、すなわち設定露光量と計測さ
れた平均パルスエネルギとで定まる１点当たりの露光パ
ルス数を確保すべく、直前のショット領域の積算露光量
に基づいて、パルスレーザ光源の発振周波数が制御され
る。従って、走査速度を変更することなく、露光パルス
数を変更することにより、例えば高感度領域においてス
キャン最高速で露光を行なっていた場合において、ある
ショット領域の露光中又は露光後にパルスレーザ光源の
平均パルスエネルギが変動した場合、これに影響を受け
ることなく、次ショットに対してはスキャン最高速を維
持したまま所望の積算露光量を得るような露光が可能と
なる。

【００２８】

【発明の実施の形態】

《第１の実施形態》以下、本発明の第１の実施形態を図
１ないし図６に基づいて説明する。

【００２９】図１には、第１の実施形態の走査型露光装
置１０の概略構成が示されている。この走査型露光装置
１０は、露光用光源にパルスレーザ光源としてのエキシ
マ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。

【００３０】この走査型露光装置１０は、エキシマレー
ザ光源１６を含む照明系１２、この照明系１２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ＲＳＴ、レチクルＲのパターンを感光基板としての
ウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬ、ウエハＷを保持
して水平面（ＸＹ平面内）を移動するＸＹステージ１
４、及びこれらの制御系等を備えている。

【００３１】前記照明系１２は、エキシマレーザ光源１
６、ビーム整形光学系１８、エネルギ粗調器２０、フラ
イアイレンズ２２、照明系開口絞り板２４、ビームスプ
リッタ２６、第１リレーレンズ２８Ａ、第２リレーレン
ズ２８Ｂ、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動レチク
ルブラインド３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコ
ンデンサレンズ３２等を備えている。

【００３２】ここで、この照明系１２の上記構成各部に
ついて説明する。エキシマレーザ光源１６としては、Ｋ
ｒＦエキシマレーザ光源（発振波長２４８ｎｍ）、又は
ＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）等が
使用される。なお、このエキシマレーザ光源１６に代え
て、金属蒸気レーザ光源やＹＡＧレーザの高調波発生装
置等のパルス光源を露光光源として使用しても良い。

【００３３】ビーム整形光学系１８は、エキシマレーザ
光源１６からパルス発光されたレーザビームＬＢの断面
形状を、該レーザビームＬＢの光路後方に設けられたフ
ライアイレンズ２２に効率よ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。

【００３４】エネルギ粗調器２０は、ビーム整形光学系
１８後方のレーザビームＬＢの光路上に配置され、ここ
では、回転板３４の周囲に透過率（＝１−減光率）の異
なる複数個（例えば６個）のＮＤフィルタ（図１ではそ
の内の２個のＮＤフィルタ３６Ａ、３６Ｄが示されてい
る）を配置し、その回転板３４を駆動モータ３８で回転
することにより、入射するレーザビームＬＢに対する透
過率を１００％から等比級数的に複数段階で切り換える
ことができるようになっている。駆動モータ３８は、後
述する主制御装置５０によって制御される。なお、その
回転板３４と同様の回転板を２段配置し、２組のＮＤフ
ィルタの組み合わせによってより細かく透過率を調整で
きるようにしてもよい（図１１（Ｃ）参照）。

【００３５】前記フライアイレンズ２２は、エネルギ粗
調器２０後方のレーザビームＬＢ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多数の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ＩＬ」と呼ぶ
ものとする。

【００３６】フライアイレンズ２２の射出面の近傍に、
円板状部材から成る照明系開口絞り板２４が配置されて
いる。この照明系開口絞り板２４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
口より成りコヒー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２４は、後述する主制御装置５０により制御
されるモータ等の駆動装置４０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ＩＬの光路上に選択的に設定される。

【００３７】照明系開口絞り板２４後方のパルス照明光
ＩＬ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２６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３０Ａ及び可動レチクルブライ
ンド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第
２リレーレンズ２８Ｂから成るリレー光学系が配置され
ている。

【００３８】固定レチクルブラインド３０Ａ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４２Ｒ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３０Ａ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３０Ｂ
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３０Ｂを介して照明領域４２Ｒ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。

【００３９】リレー光学系を構成する第２リレーレンズ
２８Ｂ後方のパルス照明光ＩＬの光路上には、当該第２
リレーレンズ２８Ｂを通過したパルス照明光ＩＬをレチ
クルＲに向けて反射する折り曲げミラーＭが配置され、
このミラーＭ後方のパルス照明光ＩＬの光路上にコンデ
ンサレンズ３２が配置されている。

【００４０】このようにして構成された照明系１２の作
用を簡単に説明すると、エキシマレーザ光源１６からパ
ルス発光されたレーザビームＬＢは、ビーム整形光学系
１８に入射して、ここで後方のフライアイレンズ２２に
効率よく入射するようにその断面形状が整形された後、
エネルギ粗調器２０に入射する。そして、このエネルギ
粗調器２０のいずれかのＮＤフィルタを透過したレーザ
ビームＬＢは、フライアイレンズ２２に入射する。これ
により、フライアイレンズ２２の射出端に多数の２次光
源が形成される。この多数の２次光源から射出されたパ
ルス照明光ＩＬは、照明系開口絞り板２４上のいずれか
の開口絞りを通過した後、透過率が大きく反射率が小さ
なビームスプリッタ２６に至る。このビームスプリッタ
２６を透過した露光光としてのパルス照明光ＩＬは、第
１リレーレンズ２８Ａを経て固定レチクルブラインド３
０Ａの矩形の開口部及び可動レチクルブラインド３０Ｂ
を通過した後、第２リレーレンズ２８Ｂを通過してミラ
ーＭによって光路が垂直下方に折り曲げられた後、コン
デンサレンズ３２を経て、レチクルステージＲＳＴ上に
保持されたレチクルＲ上の矩形の照明領域４２Ｒを均一
な照度分布で照明する。

【００４１】一方、ビームスプリッタ２６で反射された
パルス照明光ＩＬは、集光レンズ４４を介して光電変換
素子よりなるインテグレータセンサ４６で受光され、イ
ンテグレータセンサ４６の光電変換信号が、不図示のピ
ークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して出力ＤＳ
（digit/pulse)として主制御装置５０に供給される。イ
ンテグレータ４６としては、例えば遠紫外域で感度があ
り、且つエキシマレーザ光源１６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ＰＩＮ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４６
の出力ＤＳと、ウエハＷの表面上でのパルス照明光ＩＬ
の照度（露光量）との相関係数は予め求められて、主制
御装置５０に併設されたメモリ５１内に記憶されてい
る。

【００４２】前記レチクルステージＲＳＴ上にレチクル
Ｒが載置され、不図示のバキューム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ＲＳＴは、水平
面（ＸＹ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４８によって走査方向（ここでは図
１の紙面左右方向であるＹ方向とする）に所定ストロー
ク範囲で走査されるようになっている。この走査中のレ
チクルステージＲＳＴの位置は、レチクルステージＲＳ
Ｔ上に固定された移動鏡５２Ｒを介して外部のレーザ干
渉計５４Ｒによって計測され、このレーザ干渉計５４Ｒ
の計測値が主制御装置５０に供給されるようになってい
る。

【００４３】前記投影光学系ＰＬは、両側テレセントリ
ックな光学配置になるように配置された共通のＺ軸方向
の光軸ＡＸを有する複数枚のレンズエレメントから構成
されている。また、この投影光学系ＰＬとしては、投影
倍率α（αは例えば１／４又は１／５）のものが使用さ
れている。このため、前記の如くして、パルス照明光Ｉ
ＬによりレチクルＲ上の照明領域４２Ｒが照明される
と、そのレチクルＲに形成されたパターンが投影光学系
ＰＬによって投影倍率αで縮小された像が表面にレジス
ト（感光剤）が塗布されたウエハＷ上のスリット状の露
光領域４２Ｗに投影露光される。

【００４４】前記ＸＹステージ１４は、ウエハステージ
駆動部５６によってＸＹ面内で走査方向であるＹ方向及
びこれに直交するＸ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ＸＹステー
ジ１４上に、Ｚチルトステージ５８が搭載され、このＺ
チルトステージ５８上に不図示のウエハホルダを介して
ウエハＷが真空吸着等により保持されている。Ｚチルト
ステージ５８は、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス
位置）を調整すると共に、ＸＹ平面に対するウエハＷの
傾斜角を調整する機能を有する。また、ＸＹステージ１
４の位置は、Ｚチルトステージ５８上に固定された移動
鏡５２Ｗを介して外部のレーザ干渉計５４Ｗにより計測
され、このレーザ干渉計５４Ｗ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。

【００４５】制御系は、図１中、制御手段としての主制
御装置５０によって主に構成される。主制御装置５０
は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オ
ンリ・メモリ）、ＲＡＭ（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とウエハＷの同期走
査、ウエハ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。

【００４６】具体的には、主制御装置５０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ＲＳＴを
介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_Rで走査され
るのに同期して、ＸＹステージ１４を介してウエハＷが
露光領域４２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速
度α・Ｖ_R（αはレチクルＲからウエハＷに対する投影
倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４
Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動部４８、ウ
エハステージ駆動部５６をそれぞれ介してレチクルステ
ージＲＳＴ、ＸＹステージ１４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
５０ではレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハ
ステージ駆動部５６を介してＸＹステージ１４の位置を
制御する。このように、本第１の実施形態では、主制御
装置５０、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗ、レチクルステ
ージ駆動部４８、ウエハステージ駆動部５６によって、
ステージ制御系が構成されている。

【００４７】また、主制御装置５０では、制御情報ＴＳ
をエキシマレーザ光源１６に供給することによって、エ
キシマレーザ光源１６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５０は、エネルギ粗
調器２０、照明系開口絞り板２４をモータ３８、駆動装
置４０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３０Ｂ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
５０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５０とは別に設けても良いことは勿論である。

【００４８】次に、本実施形態の走査型露光装置１０の
露光量制御系の構成について図２に基づいて説明する。

【００４９】図２には、図１の走査型露光装置１０の露
光量制御に関連する構成部分が取り出して示されてい
る。この図２に示されるように、エキシマレーザ光源１
６の内部には、レーザ共振器１６ａ、ビームスプリッタ
１６ｂ、エネルギモニタ１６ｃ、エネルギコントローラ
１６ｄ及び高圧電源１６ｅ等が設けられている。

【００５０】図２において、レーザ共振器１６ａからパ
ルス的に放出されたレーザビームは、透過率が高く僅か
な反射率を有するビームスプリッタ１６ｂに入射し、ビ
ームスプリッタ１６ｂを透過したレーザビームＬＢが外
部に射出される。また、ビームスプリッタ１６ｂで反射
されたレーザビームが光電変換素子より成るエネルギモ
ニタ１６ｃに入射し、エネルギモニタ１６ｃからの光電
変換信号が不図示のピークホールド回路を介して出力Ｅ
Ｓとしてエネルギコントローラ１６ｄに供給されてい
る。エネルギモニタ１６ｃの出力ＥＳに対応するエネル
ギの制御量の単位は（ｍＪ／pulse)である。通常の発光
時には、エネルギコントローラ１６ｄは、エネルギモニ
タ１６ｃの出力ＥＳが、主制御装置５０より供給された
制御情報ＴＳ中の１パルス当たりのエネルギの目標値に
対応した値となるように、高圧電源１６ｅでの電源電圧
をフィードバック制御する。また、エネルギコントロー
ラ１６ｄは、レーザ共振器１６ａに供給されるエネルギ
を高圧電源１６ｅを介して制御することにより発振周波
数をも変更する。すなわち、エネルギコントローラ１６
ｄは、主制御装置５０からの制御情報ＴＳに応じてエキ
シマレーザ光源１６の発振周波数を主制御装置５０で指
示された周波数に設定するとともに、エキシマレーザ光
源１６での１パルス当たりのエネルギが主制御装置５０
で指示された値となるように高圧電源１６ｅの電源電圧
のフィードバック制御を行なう。

【００５１】また、エキシマレーザ光源１６内のビーム
スプリッタ１６ｂの外側には、主制御装置５０からの制
御情報に応じてレーザビームＬＢを遮光するためのシャ
ッタ１６ｆも配置されている。

【００５２】更に、後述する制御テーブルの作成時に
は、エネルギモニタ１６ｃの出力ＥＳがエネルギコント
ローラ１６ｄを介して主制御装置５０に供給され、主制
御装置５０では、エネルギコントローラ１６ｃの出力Ｅ
Ｓとインテグレータセンサ４６の出力ＤＳとの相関関係
を求める。そして、走査露光時に主制御装置５０は、所
定の制御情報ＴＳをエネルギコントローラ１６ｃに送っ
て、エキシマレーザ光源１６にパルス発光を行わしめ、
各パルス照明光毎にインテグレータセンサ４６からの出
力ＤＳを積算して、順次ウエハＷ上の各点での積算露光
量を求める。この各点の積算露光量がウエハＷ上のフォ
トレジストに対する設定露光量となるように、主制御装
置５０はエネルギ粗調器２０における透過率の調整、及
びエキシマレーザ光源１６における１パルス当たりのエ
ネルギの微調整をウエハの露光前に行う。

【００５３】次に、上記のようにして構成された走査型
露光装置１０における露光量制御動作の一例について説
明する。

【００５４】始めに、露光量制御の前提となる制御テー
ブルの作成手順を説明する。ここでは、インテグレータ
センサ４６を中心にして制御テーブルを作成するため、
エキシマレーザ光源１６内のエネルギモニタ１６ｃの出
力ＥＳの単位（エネルギ制御量の単位）を（ｍＪ／puls
e)と仮定する。上述のように、インテグレータセンサ４
６の出力ＤＳの単位（エネルギ制御量の単位）は（digi
t/pulse)である。

【００５５】ここで、インテグレータセンサ４６の出力
ＤＳは、図１のＺチルトステージ５８上で像面（即ち、
ウエハの表面）と同じ高さに設置された不図示の基準照
度計の出力に対して予め較正（キャリブレーション）さ
れているものとする。その基準照度計のデータ処理単位
は（ｍＪ／（ｃｍ² ・pulse)）なる物理量であり、イン
テグレータセンサ４６の較正とは、インテグレータセン
サ４６の出力ＤＳ（digit/pulse)を、像面上の露光量
（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）に変換するための変換係
数、或いは変換関数を得ることである。この変換係数、
或いは変換関数を用いると、インテグレータセンサ４６
の出力ＤＳより間接的に像面上に与えられている露光量
を計測できることになる。そこで、以下の説明では、イ
ンテグレータセンサ４６の出力ＤＳより間接的に求めら
れる像面上での露光量を、インテグレータセンサ４６に
よる処理量Ｐ（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）として説明す
る。

【００５６】今、求めようとしているのは、像面上の露
光量、即ち、インテグレータセンサ４６の処理量Ｐ（ｍ
Ｊ／（ｃｍ²・pulse)）と、エキシマレーザ光源１６内
のエネルギモニタ１６ｃの出力ＥＳ（ｍＪ／pulse)との
相関関係である。そのための前提条件として、図１のエ
キシマレーザ光源１６からのレーザビームＬＢの１パル
ス当たりのエネルギＥは、所定の中心エネルギＥ₀にて
安定化されるものとする。また、エネルギ粗調器２０に
おける透過率を１００％（開放）に設定するものとす
る。

【００５７】そして、レーザビームＬＢのエネルギＥ
を、その中心エネルギＥ₀の上下に次のように変化させ
る。但し、相関データ取りに用いるデータ数をＮ_DATAと
している。

【００５８】Ｅ＝Ｅ₀｛１±（ｉ／Ｎ_DATA）×Ｅ_R／Ｅ₀｝ ……（３）ここで、Ｅ_Rは必要となるエネルギ変調レンジであり、
典型的にはＥ_R／Ｅ₀は０．０２〜０．０３である。ま
た、ｉは整数であり、ｉの値は例えば、０〜Ｎ_DATAの範
囲で変化させる。

【００５９】そして、実際にｉの値を変化させながらエ
キシマレーザ光源１６にパルス発光を行わせて、インテ
グレータセンサ４６の処理量Ｐの値Ｐ_iと、エネルギモ
ニタ１６ｃの出力ＥＳの値Ｅ_iとを相関データ（Ｐ_i，
Ｅ_i）として記録する。１つのデータは１パルスの結果
でも複数パルスの平均値でも、同時計測されたデータで
あればどちらでもよい。

【００６０】図３には、このようにして得られた相関デ
ータ（Ｐ_i，Ｅ_i）が示されている。この図３におい
て、横軸はインテグレータセンサ４６の処理量の値
Ｐ_i、縦軸はエネルギモニタ１６ｃの出力の値Ｅ_iであ
る。そして、例えば図３の相関データを補間して、イン
テグレータセンサ４６の処理量Ｐ（ｍＪ／（ｃｍ²・pul
se））からエネルギモニタ１６ｃの出力ＥＳ（ｍＪ／pu
lse)を算出するための変換関数ｆ（Ｐ）を求めるか、又
はその処理量Ｐからその出力ＥＳを求めるための変換係
数を求め、その変換関数ｆ（Ｐ）又は変換係数を制御テ
ーブルとして図１のメモリ５１に記憶する。その後、主
制御装置５０では、その制御テーブル、及びインテグレ
ータセンサ４６の処理量Ｐに基づいて対応するエネルギ
モニタ１６ｃの出力ＥＳを正確に算出することができ
る。

【００６１】以下の説明では、簡単のためインテグレー
タセンサ４６とエネルギモニタ１６ｃとの相関が非常に
リニアであり、相関データ（Ｐ_i，Ｅ_i）が図３中の実
線の直線で示されるような１次関数で表され、そのオフ
セットは０とみなすことができ、その傾きを変換係数β
として扱えるものとする。即ち、インテグレータセンサ
４６の処理量Ｐ（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse））、及び変換
係数βを用いて、次式よりエネルギモニタ１６ｃの出力
ＥＳ（ｍＪ／pulse)を算出できるものと仮定する。

【００６２】ＥＳ＝β・Ｐ ……（４）そこで、主制御装置５０では図３の相関データより例え
ば最小自乗近似によってその変換係数βを求め、この変
換係数βを制御テーブルとしてメモリ５１内に記憶す
る。これによって制御テーブルの作成が完了する。

【００６３】次に、本実施形態の走査型露光装置１０の
基本的な露光量制御シーケンスについて、主制御装置５
０内のＣＰＵの制御アルゴリズムを示す図４のフローチ
ャートを参照して説明する。なお、エキシマレーザ光源
１６からのレーザビームＬＢに対するエネルギ粗調器２
０による透過率は、単に露光パルス数が必要露光パルス
数以上になるように設定すればよいため、ここでは、レ
ーザビームＬＢのエネルギの微変調動作に着目して説明
する。

【００６４】まず、以下の説明で用いる量を次のように
定義する。

【００６５】（ａ）Ｓ₀：オペレータが設定するウエハ
Ｗ上のフォトレジストに対して与えるべき露光量（設定
露光量）。（ｂ）Ｎ：ウエハ上の１点当たりに照射されるパルス照
明光ＩＬのパルス数（露光パルス数）。（ｃ）ｐ：露光前にインテグレータセンサ４６にて間接
的に計測される像面上の平均パルスエネルギ密度（ｍＪ
／（ｃｍ²・pulse)）。（ｄ）Ａ_t：設定された露光量に対する実際のウエハ上
の各ショット領域内での平均露光量誤差の目標誤差（露
光量目標値精度）。（ｅ）Ｐ_t：インテグレータセンサ４６を基準とした設
定パルスエネルギ（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）。（ｆ）Ｅ_t：エキシマレーザ光源１６が主制御装置５０
から受けたレーザビームＬＢのエネルギ設定値（ｍＪ／
pulse)。即ち、（４）式に対応して次式が成立してい
る。Ｅ_t＝β・Ｐ_t ……（５）

【００６６】（ｇ）Ｖ_max：ＸＹステージ１４のスキャ
ン最高速（ｍｍ／ｓ）。（ｈ）Ｎ_min：１点当たりの最小露光パルス数。（ｉ）Ｗｓ；ウエハ面での実効的な露光スリット幅（ｍ
ｍ）。（ｊ）ｆ_max：エキシマレーザ光源１６の実際の最高発
振周波数（Ｈｚ）。

【００６７】また、前提条件として、レーザ発振周波数
ｆの中立値をｆ₀とする。ｆ₀は以下の式より算出され
る。これは従来の露光量制御における、固定発振周波数
と同じである。

【００６８】ｆ₀ ＝Ｖ_max×Ｎ_min／Ｗｓ ……（６）また、本実施形態ではｆ₀＜ｆ_maxであり、ｆ₀＜ｆ＜ｆ
_maxの範囲で発振周波数が変調可能になっているものと
する。

【００６９】また、エネルギ粗調器２０の透過率は設定
露光量全般での露光時間を最小にするために、離散透過
率は等比数列になるように設計されているものとする。
この公比をｒとしたとき、本実施形態ではｒ＜ｆ₀／ｆ
_maxであるとする。

【００７０】そして、通常の露光量制御シーケンスは以
下のようになる。

【００７１】先ず、図４のステップ１００において、オ
ペレータによりコンソール等の入出力装置６２（図１参
照）を介して設定露光量Ｓ_Oが設定されるのを待ち、設
定露光量Ｓ₀が設定されると、次のステップ１０１に進
み、設定露光量Ｓ₀に応じてレーザビームＬＢの１パル
ス当たりのエネルギ設定値Ｅ_tを中心エネルギＥ_Oに設
定する。

【００７２】次のステップ１０２ではエキシマレーザ光
源１６に複数回（例えば数１００回）パルス発光を行わ
せて、インテグレータセンサ４６の出力を積算すること
によって、間接的にウエハＷ上での平均パルスエネルギ
密度ｐ（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse））を計測する。この計
測は、例えば、レチクル可動ブラインド３０Ｂを駆動し
て、その開口を完全に閉じ、照明光ＩＬがレチクルＲ側
に達するのを阻止した状態で行われる。勿論、ＸＹステ
ージ１４を駆動してウエハＷを退避させた状態で行なっ
ても良い。

【００７３】次のステップ１０３では次式より露光パル
ス数Ｎを算出する。Ｎ＝ｃｉｎｔ（Ｓ_0/ｐ） ……（７）ここで、関数ｃｉｎｔは小数点以下１桁目の値の四捨五
入を表すものとする。

【００７４】次のステップ１０４でその露光パルス数Ｎ
が、必要な露光量制御再現精度を得るための最小露光パ
ルス数Ｎ_min以上であるかどうかを判断する。ここで、
最小露光パルス数Ｎ_minは、例えば予め計測されて装置
定数として設定されているパルスエネルギのばらつき
（３σの値）δｐの平均パルスエネルギ密度ｐに対する
比δｐ／ｐに基づいて求められる値である。

【００７５】そして、このステップ１０４における判断
が否定された場合、すなわち露光パルス数Ｎが最小露光
パルス数Ｎ_minより小さい場合には、ステップ１０５に
移行して、図１のエネルギ粗調器２０のＮＤフィルタに
より設定可能な透過率の中からＳ₀／（Ｎ_min×ｐ）に
最も近く、かつＮ≧Ｎ_minを満足するような透過率を選
択して設定した後、上記ステップ１０２、１０３の処理
を再び行ない、このようにしてステップ１０４の判断が
肯定された場合又は当初からステップ１０４の判断が肯
定された場合（Ｎ≧Ｎ_minの場合）には、ステップ１０
６に移行して、次式より露光量目標値精度の実測値Ａ
_tgtを算出する。

【００７６】Ａ_tgt＝ＡＢＳ（１−ｐＮ／Ｓ_{0 )} ……（８）ここで、関数ＡＢＳは絶対値を求める関数である。

【００７７】次のステップ１０７ではエキシマレーザ光
源１６におけるパルスエネルギの微変調が必要であるか
否か、すなわち露光量目標値精度の実測値Ａ_tgtが上述
した露光量目標値精度Ａ_t以上であるか否かを判断す
る。そして、この判断が否定された場合、すなわち実測
値Ａ_tgtが露光量目標値精度Ａ_tより小さいときには、
ステップ１０９に移行し、スキャン速度Ｖ＝スキャン最
高速（Ｖ_max）としてレーザ発振周波数ｆを次式により
算出する。

【００７８】ｆ＝ｉｎｔ（Ｖ_max×Ｎ／Ｗｓ） ……（９）ここで、関数ｉｎｔ（ａ）は、実数ａを超えない最大の
整数を表すものとする。

【００７９】一方、ステップ１０７の判断が肯定された
場合、すなわちＡ_tgt≧Ａ_tである場合には、パルスエ
ネルギの微変調が必要であるため、ステップ１０８に移
行する。このステップ１０８では、まず、次式よりイン
テグレータセンサ４６を基準とした設定パルスエネルギ
Ｐ_t（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）を算出する。Ｐ_t＝Ｓ₀／ｃｉｎｔ（Ｓ₀/ｐ） …（10）

【００８０】次いで、メモリ５１内に制御テーブルとし
て保持している変換係数βを用いて、（５）式よりエキ
シマレーザ光源１６でのレーザビームＬＢのエネルギ設
定値Ｅ_t（ｍＪ／pulse ）を算出し、このエネルギ設定
値Ｅ_tをエネルギコントローラ１６ｄに供給した後、ス
テップ１０９に進み、前記の如くスキャン速度Ｖ＝スキ
ャン最高速（Ｖ_max）としてレーザ発振周波数ｆを算出
する。

【００８１】次のステップ１１０では、上で算出したレ
ーザ発振周波数ｆがレーザの持つ最大発振周波数ｆ_max
以下であるか否かを判断する。そして、この判断が肯定
された場合には、ステップ１１１に進み、エネルギコン
トローラ１６ｄを介してレーザ発振周波数を上で算出し
た値に設定するとともにスキャン目標速度（スキャン速
度）をスキャン最高速Ｖ_maxに設定する。一方、上記ス
テップ１１０の判断が否定された場合は、ステップ１１
２に移行する。このステップ１１２では、上で算出した
レーザ発振周波数の設定は不可能であるから、エネルギ
コントローラ１６ｄを介してレーザ発振周波数ｆを最大
発振周波数ｆ_maxに設定した後、ステップ１１３に進ん
で、スキャン速度Ｖを次式に基づいて設定する。

【００８２】Ｖ＝Ｗｓ×ｆ_max／Ｎ ……（11）そして、ステップ１１４では、それまでのステップで定
まった設定条件（Ｖ、ｆ、Ｐ_t）にて露光を行なう。

【００８３】図５には、上で説明した図４のフローチャ
ートに従った露光量制御シーケンスにおける設定露光量
（Ｓ₀）と１点当たりの露光時間（Ｔ_exp）の関係が示
されている。この図５において、実線は本実施形態の場
合を示し、点線は比較のために、従来の場合を示したも
のである。

【００８４】この図５から明らかなように、本実施形態
によると、高感度レジストに対応した領域（設定露光量
Ｓ₀≦ＰＮ_min・（ｆ_max/ｆ₀）の領域）において、エ
ネルギ粗調器２０の離散的な減光率の影響を受けること
なく、常に（設定露光量Ｓ₀の値にかかわらず）スキャ
ン最高速（Ｖ_max）にて露光が可能になり、露光時間
（Ｔ_exp）が最小になる。また、低感度レジストに対応
する領域（設定露光量Ｓ₀＞ＰＮ_min・（ｆ_max/ｆ₀）
の領域）でも、レーザの持つ最大発振周波数ｆ_ma _xでの
露光となるために、従来例を示す点線の傾き∂Ｔ／∂Ｎ
＝１／ｆ₀と、本実施形態を示す実線の傾き∂Ｔ／∂Ｎ
＝１／ｆ_maxとを比較すると明らかなように、露光時間
が短縮する。即ち、広範囲の設定露光領域スループット
としても最大を得ることが可能となる。また、そのスキ
ャン最高速で露光できる設定露光量の範囲もＳ₀＝ＰＮ
_minからＰＮ_min・（ｆ_max/ｆ₀）に拡大される。

【００８５】さらに、本実施形態では、エキシマレーザ
光源１６のパルスエネルギを微変調しているため、高
速、且つ高精度にウエハＷに対するレーザビームＬＢの
露光量を制御でき、ウエハＷ上の各点で所望の積算露光
量を得ることができる。

【００８６】ところで、上で説明した露光量制御シーケ
ンスは、像面照度の低い照明条件の場合により一層大き
な効果を発揮する。照明系開口絞り板２４等による照明
条件変更時のパワーロスに対しては、エネルギ伝送効率
を落とさないような照明光学系が提案されているが、照
明条件間差が零であるような完全な系は達成困難であ
り、照度（平均パルスエネルギ）の照明条件間差は避け
られない。

【００８７】ここで、一例として、平均パルスエネルギ
が最大となる標準照明条件に対する効率をＥ（Ｅ＜１）
とした照明条件を例にとって、本実施形態の露光量制御
シーケンスが一層大きな効果を発揮することの一例を図
６を用いて説明する。この図６では、説明の簡略化を図
るべく透過率が連続可変のアッテネータ（変調器）が使
用されているものとする。

【００８８】従来シーケンスでの標準照明条件において
は、図６中にケース１で示されるように、その照明条件
の１点当たりの最小露光時間は（Ｗｓ／Ｖ_max）＝（Ｎ
_min／ｆ₀）であり、その最小露光時間で露光できる最
大露光量はＰＮ_minと表せる。それに対して、効率Ｅの
照明条件では、最小露光時間で露光できる最大露光量
は、図６中にケース２で示されるように、ＥＰＮ_minと
なって、効率Ｅの小さな照明条件では設定露光量全般で
のスループットが良くなかった。

【００８９】これに対し、本実施形態のシーケンスを上
記効率Ｅの照明条件に適応すると、図６中のケース３に
示されるように、最小露光時間はＷｓ／Ｖ_maxであり、
従来例の場合と変わらないが、その最小露光時間で露光
できる最大の設定露光量Ｓ₀はＥＰＮ_min×（ｆ_max／ｆ
₀）と拡大され、これはケース１で示される従来シーケ
ンスでの標準照明条件における最大の設定露光量Ｓ₀＝
ＰＮ_minにより大きくなっている。これは、本実施形態
では、レーザ発振周波数（繰り返し周波数）を上げるこ
とによって実効的な照度を上げ、照明条件の変更による
平均パルスエネルギの低下分を補うことが可能だからで
ある。このように、上記のシーケンスによると、照度の
低い照明条件において、発振周波数ｆの変調できる範囲
（ＥＰＮ_min≦Ｓ₀＜ＥＰＮ_min（ｆ_max／ｆ₀））で露
光時間が短縮され、低感度領域全般でスループットが改
善される。

【００９０】なお、上記実施形態では、エキシマレーザ
光源１６のパルスエネルギを微変調する場合について説
明したが、本発明がこれに限定されるものではなく、こ
れに代えて、又はこれとともにエネルギ微変調器とし
て、前述した図１１（Ａ）、（Ｂ）に示されるようなエ
ネルギ微変調器を用いてパルスエネルギを微変調するよ
うにしても良いことは勿論である。この場合には、当該
微変調器が、例えば図１のエネルギ粗調器２０とフライ
アイレンズ２２との間のレーザビームＬＢの光路上に配
置されるとともに、ウエハＷ上の各点で所望の積算露光
量が得られるように主制御装置５０によってこれが制御
されることとなる。

【００９１】《第２の実施形態》次に、本発明の第２の
実施形態を図７ないし図１０に基づいて説明する。ここ
で、前述した第１の実施形態と同一若しくは同等の構成
部分については同一の符号を用いるとともに、その説明
を簡略にし若しくは省略するものとする。

【００９２】図７には、本第２の実施形態に係る走査型
露光装置７０の構成が概略的に示されている。この走査
型露光装置７０は、エネルギ微変調器を用いてパルスエ
ネルギの微変調を行な点が、エキシマレーザ光源１６の
出力パルスエネルギそのものを微変調する前述した第１
の実施形態の走査型露光装置１０とは異なる。

【００９３】このため、この走査型露光装置７０では、
図７に示されるように、エネルギ粗調器２０とフライア
イレンズ２２との間のレーザビームＬＢの光路上に、エ
ネルギ微変調器２１が設けられている。このエネルギ微
変調器２１としては、例えば前述した図１１（Ａ）に示
されるダブル・グレーティング方式の微変調器や、図１
１（Ｂ）に示される２枚のそれぞれ入射角に応じて透過
率が微調整される光学フィルタ板と、この２枚の光学フ
ィルタ板の交差角を所定範囲で調整する駆動装置とから
成るエネルギ微変調器を用いることができる。このエネ
ルギ微変調器２１による微調量Ｔ_Fが主制御装置５０に
よって制御される。

【００９４】なお、エネルギ微変調器２１として、例え
ばラマン−ナス回折（デバイ・シアース効果）等を利用
する音響光学変調器を用い、この音響光学変調器での変
調状態を制御することにより透過光量を連続的に変化さ
せるようにしても良い。

【００９５】図８には、そのエネルギ微変調器２１内の
駆動装置（図示省略）に対する外部からの制御量と透過
率の変化量との関係が直線Ｑとして示されている。この
図８において、射出されるレーザビームの光量を入射す
るレーザビームの光量で除算して得られる透過率を微調
量Ｔ_Fとしている。本実施形態では、微調量Ｔ_Fの調整
範囲は所定の最小値Ｔ_minから最大値Ｔ_max間での連続
する範囲であり、内部の駆動装置に対する制御量を中央
値（中立点）に設定することにより、微調量Ｔ_Fは、最
小値Ｔ_minと最大値Ｔ_maxとの中央値Ｔ₀になるように
調整されている。更に、エネルギ微変調器２１をリセッ
トした場合には、制御量が中立点に設定され、微調量Ｔ
_Fが中央値Ｔ₀に設定されるようになっている。

【００９６】その他の部分の構成等は、主制御装置５０
内ＣＰＵの制御アルゴリズムが異なる点を除けば、前述
した第１の実施形態の走査型露光装置装置１０と同様に
なっている。

【００９７】次に、本実施形態の走査型露光装置７０の
基本的な露光量制御シーケンスについて、主制御装置５
０内のＣＰＵの制御アルゴリズムを示す図９及び図１０
のフローチャートを参照して説明する。なお、エキシマ
レーザ光源１６からのレーザビームＬＢに対するエネル
ギ粗調器２０による透過率は、単に露光パルス数が必要
露光パルス数以上になるように設定すればよいため、こ
こでは、レーザビームＬＢのエネルギの微変調動作に着
目して説明する。

【００９８】本実施形態における露光量制御は、各ショ
ット領域内ではパルスカウント方式で行われるが、ショ
ット領域間で所定のエネルギ変調が行われるものであ
る。

【００９９】先ず、図９のステップ２０１において、オ
ペレータによりコンソール等の入出力装置６２（図７参
照）を介して、ウエハＷ上で露光対象とする多数のショ
ット領域の例えば中心座標（露光位置）、各ショット領
域への露光を行う際のウエハＷの走査方向への移動距離
（走査長）Ｌ、およびウエハＷ上の１点当りに照射すべ
き目標積算露光量（設定露光量）Ｓ₀（ｍＪ／ｃｍ²）
等が設定されるのを待つ。そして、設定露光量Ｓ₀等が
設定されると、次のステップ２０２に進み、エキシマレ
ーザ光源１６に複数回（例えば数１００回）パルス発光
を行わせて、インテグレータセンサ４６の出力を積算す
ることによって、間接的にウエハＷ上での平均パルスエ
ネルギ密度ｐ（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse））を計測する。
この計測は、例えば、レチクル可動ブラインド３０Ｂを
駆動して、その開口を完全に閉じ、照明光ＩＬがレチク
ルＲ側に達するのを阻止した状態で行われる。勿論、Ｘ
Ｙステージ１４を駆動してウエハＷを退避させた状態で
行なっても良い。なお、上記の平均パルスエネルギ密度
を計測する際に、レーザビームＬＢのパルスエネルギの
標準偏差の３倍（３σ）の値（ばらつき）δＰの平均パ
ルスエネルギ密度ｐに対する比δＰ／ｐを求めることも
可能である。

【０１００】次のステップ２０３では前述したステップ
１０３と同様にして露光パルス数Ｎを算出する。

【０１０１】この露光パルス数Ｎの算出に続き、図示は
省略したが、主制御装置５０内のＣＰＵでは、例えば予
め計測されて装置定数として設定されているパルスエネ
ルギのばらつき（３σの値）δＰの平均パルスエネルギ
密度ｐに対する比δＰ／ｐに基づいて、ウエハＷ上の各
ショット領域内での積算露光量のばらつきを所定の許容
値以内に抑さえるために必要な最小露光パルス数Ｎ_min
を求める。なお、上記ステップ２０２で求めたδＰ／ｐ
に基づいて最小露光パルス数Ｎ_minを求めるようにして
も良い。本実施形態のように、１つのエキシマレーザ光
源１６からのパルス光を順次露光する方式では、ウエハ
上の１点当りの積算露光量Ｓの分布は、例えば特開平８
−２５０４０２号公報に開示されているように、平均値
がＮｐで３σの値がＮ^1/2・δＰの正規分布となる。ま
た、ウエハＷ上の各ショット領域内での積算露光量の再
現性をＡ₀とし、ウエハＷ上の各点で必要とされる積算
露光量の再現性をＡ_repとすると、複数パルスの積算露
光量の再現性をそのＡ_rep内に収めるのに必要な最小露
光パルス数Ｎ_minは次の条件を満たすように定められ
る。

【０１０２】Ｎ_min≧［（δＰ／Ｐ）²／Ａ₀］² ……（12）次のステップ２０４で上記ステップ２０３で算出した露
光パルス数Ｎが、必要な露光量制御再現精度を得るため
の最小露光パルス数Ｎ_min以上であるかどうかを判断す
る。

【０１０３】そして、このステップ２０４における判断
が否定された場合、すなわち露光パルス数Ｎが最小露光
パルス数Ｎ_minより小さい場合には、ステップ２０５に
移行して、図７のエネルギ粗調器２０のＮＤフィルタに
より設定可能な透過率の中からＳ₀／（Ｎ_min×ｐ）に
最も近く、かつＮ≧Ｎ_minを満足するような透過率を選
択して設定した後、上記ステップ２０２、２０３の処理
を再び行ない、このようにしてステップ２０４の判断が
肯定された場合又は当初からステップ２０４の判断が肯
定された場合（Ｎ≧Ｎ_minの場合）には、ステップ２０
６に移行して、前述したステップ１０６と同様にして露
光量目標値精度の実測値Ａ_tgtを算出する。

【０１０４】次のステップ２０７ではパルスエネルギの
微変調が必要であるか否か、すなわち露光量目標値精度
の実測値Ａ_tgtが上述した露光量目標値精度Ａ_t以上で
あるか否かを判断する。そして、この判断が否定された
場合、すなわち実測値Ａ_tgtが露光量目標値精度Ａ_tよ
り小さいときには、ステップ２０９に移行し、スキャン
速度Ｖ＝スキャン最高速（Ｖ_max）としてレーザ発振周
波数ｆを前述したステップ１０９と同様にして算出す
る。すなわち、スキャン速度Ｖ＝スキャン最高速（Ｖ
_max）としてレーザ発振周波数ｆを前述した（９）式に
より算出する。これにより、露光パルス数Ｎが最小露光
パルスＮ_minより大きい分だけ、レーザ発信周波数ｆを
増やしてスキャン最高速Ｖ_maxを維持するのである。

【０１０５】一方、ステップ２０７における判断が肯定
された場合は、ステップ２０８に進み、図７のエネルギ
微変調器２１での微調量Ｔ_Fを次式のように設定するこ
とにより、平均パルスエネルギｐの値を調整した後、ス
テップ２０９に移行する。Ｔ_F＝Ｓ₀／（ｐＮ） ……（13）

【０１０６】エネルギ微変調器２１における微調量（透
過率）Ｔ_Fは、図８を参照して既に説明したように最小
値Ｔ_minと最大値Ｔ_maxとの間で変化するが、上述の最
小露光パルス数Ｎ_min、及び露光量目標値精度Ａ_tを用
いて最大値Ｔ_max、及び最小値Ｔ_minはそれぞれ次のよ
うに表すことができる。

【０１０７】Ｔ_max＝（Ｎ_min＋１）（１−Ａ_t）／Ｎ_min ……（14Ａ）Ｔ_min＝Ｎ_min（１＋Ａ_t）／（Ｎ_min＋１） ……（14Ｂ）また、初期状態、及びリセット時での微調量Ｔ_Fの値
は、（Ｔ_max＋Ｔ_min）／２、即ちＴ₀に設定される。

【０１０８】次のステップ２１０では、上で算出したレ
ーザ発振周波数ｆがレーザの持つ最大発振周波数ｆ_max
以下であるか否かを判断する。そして、この判断が肯定
された場合には、ステップ２１１に進み、エネルギコン
トローラ１６ｄを介してレーザ発振周波数を上で算出し
た値に設定するとともにスキャン目標速度（スキャン速
度）をスキャン最高速Ｖ_maxに設定する。一方、上記ス
テップ２１０の判断が否定された場合は、ステップ２１
２に移行する。このステップ２１２では、上で算出した
レーザ発振周波数の設定は不可能であるから、エネルギ
コントローラ１６ｄを介してレーザ発振周波数ｆを最大
発振周波数ｆ_maxに設定した後、ステップ２１３に進ん
で、スキャン速度Ｖを前述したステップ１１３と同様に
して設定する。

【０１０９】以上により初期設定が行われたため、次の
ステップ２１４（図１０のステップ２１４）では、ウエ
ハＷ上の指定されたショット領域に、設定された露光量
で走査露光方式でレチクルＲのパターン像を露光する。

【０１１０】この走査露光中に、主制御装置５０内のＣ
ＰＵではインテグレータセンサ４６を介して、エキシマ
レーザ光源１６からのレーザビームＬＢによるウエハＷ
上の当該ショット領域上での積算露光量を算出する。こ
の場合、ウエハＷ上の各点に対する露光パルス数はＮで
あるため、図７の露光領域４２Ｗに対してウエハＷ上の
当該ショット領域が走査されている期間に、インテグレ
ータセンサ４６からのパルス的な光電変換信号をＮパル
ス分ずつＭ回（Ｍは２以上の整数）積算して順次積算露
光量Ｓを算出する。これにより、ウエハＷ上のＹ方向に
ほぼ等間隔で配置されたＭ個の位置Ｙ_j（ｊ＝１〜Ｍ）
での積算露光量Ｓ_jが算出される。なお、この積算露光
量Ｓ_jの具体的な算出方法については、例えば特開平８
−２５０４０２号公報等に開示されているので、ここで
は、詳細な説明については省略する。

【０１１１】次のステップ２１５において、次式よりＭ
個の積算露光量Ｓ_jの平均値Ｓ_rstを算出すると共に、
その露光中での平均パルスエネルギｐ’を算出する。

【０１１２】Ｓ_rst＝（Ｓ₁＋Ｓ₂＋…＋Ｓ_M）／Ｍ ……（15）ｐ’＝Ｓ_rst／Ｎ ……（16）次のステップ２１６では、露光されたショット領域での
実際の積算露光量の平均値Ｓ_rstの目標積算露光量Ｓ₀
に対する誤差である目標値誤差ＡＢＳ（Ｓ_rst／Ｓ₀−
１）が上述の露光量目標値精度Ａ_tより大きいか否かを
判断する。そして、この判断が肯定される場合、すなわ
ちその目標値誤差が露光量目標値精度Ａ_tを超える場合
には、ステップ２１７に進み、必要な露光量の補正量を
算出する。具体的には、レーザビームＬＢのパルス毎の
補正後の露光量を現在の露光量で除算して得た値である
補正量Ｔ_addを次のように設定する。

【０１１３】Ｔ_add＝Ｓ₀／Ｓ_rst ……（17）この場合、露光が終了したショット領域に対するエネル
ギ粗調器２０における露光量の粗調量（透過率）Ｔ_R、
及びエネルギ微変調器２１における露光量の微調量Ｔ_F
の値は前ショット領域の情報としてメモリ５１内に格納
されている。

【０１１４】そこで、次のステップ２１８では、エネル
ギ微変調器２１の微調量Ｔ_Fにその補正量Ｔ_addを乗じ
て得られる値が、エネルギ微変調器２１の調整可能範囲
内にあるかどうかを次式に基づいて判断する。

【０１１５】Ｔ_min≦Ｔ_add・Ｔ_F≦Ｔ_max ……（18）そして、（18）式が成立するときには、ステップ２１９
に進んでエネルギ微変調器２１の微調量Ｔ_FをＴ_add・
Ｔ_F（＝Ｔ_F ’とする）に変更した後、ステップ２３０
に移行する。このステップ２３０では、露光すべきショ
ット領域が残っているかどうかを判断し、露光すべきシ
ョット領域があるときにはステップ２１４に戻って、新
たに設定されたエネルギ微変調器２１の微調量Ｔ_F ’の
もとで、走査露光方式で露光を行う。この際に、露光量
は直前のショット領域での実際の積算露光量に基づいて
補正されているため、得られる積算露光量は目標積算露
光量（設定露光量）Ｓ₀に近いものとなる。

【０１１６】一方、上記ステップ２１６における判断が
否定された場合、すなわち目標値誤差ＡＢＳ（Ｓ_rst／
Ｓ₀−１）が露光量目標値精度Ａ_t以下であるときに
は、露光条件を変える必要がないため直接ステップ２３
０に移行して、次のショット領域への露光が行われる。
そして、露光すべきショット領域が尽きたときに本ルー
チンの一連の処理が終了する。

【０１１７】この一方、上記ステップ２１８において、
微調量Ｔ_Fと補正量Ｔ_addとの積が（18）式の範囲内に
ないときには、ステップ２２０に移行して、ウエハＷ上
の１点当りの露光パルス数Ｎを次式のＮ’に変更する。
なお、平均パルスエネルギｐ’は（16）式で求められる
実際の平均パルスエネルギである。

【０１１８】Ｎ’＝ｃｉｎｔ（Ｓ₀／ｐ’） ……（19）そして、次のステップ２２１では、補正後の露光パルス
数Ｎ’が、必要最小露光パルス数Ｎ_min以上であるかど
うかを判定し、この判断が否定された場合、すなわち
Ｎ’がＮ_minより小さいときには、ステップ２２２でエ
ネルギ微変調器２１をリセットして、微調量Ｔ_Fを中央
値Ｔ₀に設定した後、図９のステップ２０５に戻って
Ｎ’≧Ｎ_minとなるようにエネルギ粗調器２０の粗調量
を調整してから、ステップ２０２に戻る。

【０１１９】一方、ステップ２２１の判断が肯定された
場合、すなわちＮ’≧Ｎ_minが成立するときには、ステ
ップ２２３に移行して補正後の予想される積算露光量
Ｎ’・ｐ’の目標積算露光量Ｓ₀に対する誤差である目
標値誤差が上述の露光量目標値精度Ａ_tより大きいか否
かを次式に基づいて判断する。

【０１２０】ＡＢＳ（Ｎ’・ｐ’／Ｓ₀−１）＞Ａ_t ……（20）そして、上記判断が肯定された場合、すなわち目標値誤
差が露光量目標値精度Ａ_tを超えたときには、ステップ
２２４に進んで必要な露光量の補正量を算出する。具体
的には、エネルギ微変調器２１における微調量Ｔ_Fが次
のＴ_F ’に変更される。

【０１２１】Ｔ_F’＝Ｔ_F・Ｓ₀／（Ｎ’ｐ’） ……（21）そして、次のステップ２２５〜ステップ２２９におい
て、前述したステップ２０９〜ステップ２１３と同様の
処理を行なう。すなわち、スキャン速度を最高速にした
状態で新たな露光パルス数Ｎ’に対応するレーザ発振周
波数ｆを算出し、この算出したｆがレーザ最大発振周波
数ｆ_max以下であればエネルギコントローラを介してそ
の周波数にレーザ発振周波数を変更するとともに、スキ
ャン速度をスキャン最高速Ｖ_maxに設定し、算出したｆ
がレーザ最大発振周波数ｆ_maxを超えていれば、レーザ
発振周波数をレーザ最大発振周波数ｆ_maxに変更すると
ともに、ｆ_max及びＮ’に応じたスキャン速度Ｖを設定
する。その後、動作はステップ２３０に移行して次のシ
ョット領域への露光が行われる。

【０１２２】一方、ステップ２２３における判断が否定
された場合、すなわち予想される目標値誤差ＡＢＳ
（Ｎ’・ｐ’／Ｓ₀−１）が露光量目標値精度Ａ_t以下
である場合は、エネルギ微変調器２１の設定は変える必
要がないので、直接ステップ２２５以下に移行して、上
記と同様にしてレーザ発振周波数、スキャン速度の設定
が行われ、その後ステップ２３０に移行して次のショッ
ト領域への露光が行われる。

【０１２３】以上のように図９及び図１０に示されるフ
ローチャートに従った露光量制御シーケンスによれば、
ステップ２１５〜２３０（ステップ２２２を除く）に示
されるように、ウエハＷ上のショット間の露光量安定性
を得るために、個々のショット領域への露光の間に、イ
ンテグレータセンサ４６の出力に基づいて積算露光量デ
ータ（ランニングウインドウデータ）を取得し、その結
果直前のショットの平均積算露光量が許容値外であると
きは、直前に露光したショット領域で計測された積算露
光量に基づいてエネルギ微変調器２１における微調量Ｔ
_Fを調整してパルスエネルギの補正が行われることか
ら、各ショット領域への積算露光量を正確に目標積算露
光量に近づけることができる。

【０１２４】また、上記実施形態によると、高感度レジ
ストが塗布された１枚のウエハＷの露光（この場合、ス
キャン最高速で走査露光が行われる）の途中でレーザ光
源１６の平均パワーが大きく変動、即ち１パルス分に相
当する分のパワー変動が生じ、微変調器２１の微調ダイ
ナミックレンジ外となった場合（ステップ２１８の判断
が否定される場合）に、低下前と同一の露光量を得るた
めに、ステップ２２０でウエハ上の１点の露光パルス数
が変更され、例えばパルス数Ｎ→（Ｎ＋１）なる変更が
算出されたときにおいても、ステップ２２５においてレ
ーザ光源１６の発振周波数ｆが前のショットの（Ｎ＋
１）／Ｎ倍に設定されるので、結果的にスキャン速度を
変更することなく、所望の露光量を得ることが可能とな
る。従って、かかる場合であっても露光時間の増大がな
く、スループットを維持することができる。

【０１２５】また、上記のような露光量制御は、次に実
際にステップ２０２のようにエキシマレーザ光源１６か
らのレーザビームの平均パルスエネルギを計測する（こ
れを「エネルギチェック」と呼ぶ）まで繰り返される。
但し、ステップ２２１→ステップ２２２→ステップ２０
５の流れによりエネルギ粗調器２０における粗調量Ｔ_R
を変更する際には、ステップ２０２でエネルギチェック
が行われるが、このようにショット領域への露光の間に
エネルギ粗調器２０における粗調量Ｔ_Rを変更する頻度
はかなり低いものである。また、通常のエネルギチェッ
クは、ウエハを交換する毎、又はウエハのロットを交換
する毎等の間隔で行われる。従って、例えば１枚のウエ
ハへの露光の間では通常エネルギチェックを行う必要が
なく、露光工程のスループット（単位時間当りのウエハ
の処理枚数）はかかる点においても高く維持されてい
る。

【０１２６】なお、上記ステップ２１５では（15）式よ
りＭ個の積算露光量Ｓ_j（ｊ＝１〜Ｍ）の全体の平均値
Ｓ_rstを算出しているが、これに代えて終わりからｍ個
（ｍ＜Ｍ）の積算露光量Ｓ_jの平均値Ｓ_rst’を用いて
もよい。これにより、エキシマレーザ光源１６のより短
期的な出力変動に対応した露光量制御を行うことが可能
になる。

【０１２７】更に、本第２の実施形態では、パルスエネ
ルギの変調器としてエネルギ粗調器２０及びエネルギ微
変調器２１が使用されているが、これに限らず、前述し
た第１の実施形態と同様にエキシマレーザ光源１６の電
力（印加電圧）を制御するようにしても良いことは勿論
である。この場合、例えばエネルギ微変調器２１の初期
状態での微調量（透過率）Ｔ₀に基づく（１−Ｔ₀）分
のエネルギ損失がなくなるため、全体としてエネルギの
利用効率が向上する。

【０１２８】また、上記実施形態ではステップ２１６、
２１７に示されるように、積算露光量の平均値Ｓ_rstが
許容値を超えたときに露光量を補正しているが、平均値
Ｓ_rs _tが許容値以内である場合にも、各ショット領域へ
の露光毎に連続してその平均値Ｓ_rstのデータを蓄積
し、平均値Ｓ_rstに増加又は減少傾向がある場合には、
その平均値Ｓ_rstが許容値を超える前に予め露光量を補
正するようにしてもよい。このような予測制御により、
積算露光量が許容値外になるショット領域の個数が減少
する利点がある。

【０１２９】更に、上記実施形態では各ショット領域へ
の露光の間にエネルギ微変調器２１等を介して露光量の
変調を行っているが、各パルス露光の間にそれまでの部
分的な積算露光量に基づいてエネルギ微変調器２１等を
介して露光量を変調してもよい。これにより、各ショッ
ト領域での積算露光量をより正確に目標積算露光量に近
付けることができる。

【０１３０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
発明によれば、高感度領域及び低感度領域にかかわらず
常に最短時間で露光を行なうことが可能な走査露光方法
が提供される。

【０１３１】また、請求項２に記載の発明によれば、減
光手段の離散的な減光率の影響を受けることなく、高感
度領域において常に最短時間で露光を行なうことができ
るとともに低感度領域においてもスループットを向上さ
せることができるという従来にない優れた走査型露光装
置を提供することができる。

【０１３２】また、請求項３に記載の発明によれば、特
に高感度露光領域において、露光中のパルスエネルギが
変動した際に、走査速度を維持した状態で、次ショット
に対し所望の積算露光量を得るような露光を行なうこと
ができる走査露光方法が提供される。

【０１３３】また、請求項４に記載の発明によれば、特
に高感度露光領域において、露光中のパルスエネルギが
変動した際に、走査速度を維持した状態で、次ショット
に対し所望の積算露光量を得るような露光を行なうこと
ができるという優れた走査型露光装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る走査型露光装置の構成を
概略的に示す図である。

【図２】図１の装置の露光量制御系の構成を概略的に示
すブロック図である。

【図３】インテグレータセンサの処理量とエネルギモニ
タの出力との相関データの一例を示す図である。

【図４】第１の実施形態に係る主制御装置内ＣＰＵの露
光量制御アルゴリズムを示すフローチャートである。

【図５】図４のフローチャートに従った露光量制御シー
ケンスにおける設定露光量（Ｓ₀）と１点当たりの露光
時間（Ｔ_exp）の関係を比較例とともに示す図である。

【図６】標準照明条件に対する効率をＥ（Ｅ＜１）とし
た照明条件を取り上げて、図４の露光量制御シーケンス
が一層大きな効果を発揮することの一例を説明するため
の図である。

【図７】第２の実施形態に係る走査型露光装置の構成を
概略的に示す図である。

【図８】第２の実施形態に係るエネルギ微変調器内の駆
動装置に対する外部からの制御量と透過率の変化量との
関係を示す図である。

【図９】第２の実施形態に係る主制御装置内ＣＰＵの露
光量制御アルゴリズムの一部を示すフローチャートであ
る。

【図１０】第２の実施形態に係る主制御装置内ＣＰＵの
露光量制御アルゴリズムの残りの一部を示すフローチャ
ートである。

【図１１】（Ａ）及び（Ｂ）はエネルギー微変調器の一
例をそれぞれ示す図、（Ｃ）はエネルギ粗調器の一例を
示す図である。

【符号の説明】

１０走査型露光装置１４ＸＹステージ（基板ステージ) １６エキシマレーザ光源（パルスレーザ光源）１６ｄエネルギコントローラ（周波数変更手段）２０エネルギ粗調器（減光手段）４６インテグレータセンサ（エネルギ計測手段）４８レチクルステージ駆動部（ステージ制御系の一
部）５０主制御装置（ステージ制御系の一部、制御手段）５４Ｒレーザ干渉計（ステージ制御系の一部）５４Ｗレーザ干渉計（ステージ制御系の一部）５６ウエハステージ駆動部（ステージ制御系の一部）７０走査型露光装置Ｒレチクル（マスク）Ｗ感光基板ＰＬ投影光学系ＲＳＴレチクルステージ（マスクステージ）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】パルスレーザ光源からのパルス光により
マスク上の所定の照明領域を照明し、前記マスクと感光
基板とを投影光学系に対して相対走査しつつ、前記マス
クに形成されたパターンを感光基板上に逐次投影露光す
る走査露光方法であって、前記パルスレーザ光源からのパルス光の平均パルスエネ
ルギを計測する工程と；設定された露光量と前記計測さ
れた平均パルスエネルギとの関係により定まる１点当た
りの露光パルス数に応じて、走査露光の際に、前記マス
クと感光基板との最大走査速度と前記パルスレーザ光源
の最大発振周波数との少なくとも一方を維持するよう
に、前記パルスレーザ光源の発振周波数を制御する工程
とを含む走査露光方法。
【請求項２】パルスレーザ光源からのパルス光により
マスク上の所定の照明領域を照明し、前記マスクと感光
基板とを投影光学系に対して相対走査しつつ、前記マス
クに形成されたパターンを感光基板上に逐次投影露光す
る走査型露光装置であって、前記マスクを保持して所定の走査方向に移動可能なマス
クステージと；前記感光基板を保持して少なくとも前記
走査方向に移動可能な基板ステージと；前記マスクステ
ージと基板ステージとを前記投影光学系に対して所定の
速度比で相対走査するステージ制御系と；前記パルスレ
ーザ光源の発振周波数を変更する周波数変更手段と；前
記パルスレーザ光源からのパルス光を減光する減光率が
離散的な減光手段と；前記減光手段によって減光された
前記パルスレーザ光源からのパルス光の平均パルスエネ
ルギを計測するエネルギ計測手段と；設定された露光量
と平均パルスエネルギとの関係により定まる１点当たり
の露光パルス数に応じて、前記ステージ制御系による前
記両ステージの最大走査速度と前記パルスレーザ光源の
最大発振周波数との少なくとも一方を維持するように前
記周波数変更手段を制御する制御手段とを有する走査型
露光装置。
【請求項３】パルスレーザ光源からのパルス光により
マスクを照明し、当該マスクと感光基板とを投影光学系
に対して相対走査しつつ、前記マスクに形成されたパタ
ーンを感光基板上の複数のショット領域に順次投影露光
する走査露光方法において、前記感光基板上の各ショット領域に対する前記マスクパ
ターンの露光の度毎に、前記パルスレーザ光源の平均パ
ルスエネルギを検出するとともにそれまでの積算露光量
を算出し、前記パルスレーザ光源の平均パルスエネルギが変動した
とき、直前のショット領域の積算露光量に基づいて、必
要な１点当たりの露光パルス数を確保すべく、前記パル
スレーザ光源の発振周波数を制御することを特徴とする
走査露光方法。
【請求項４】パルスレーザ光源からのパルス光により
マスクを照明し、当該マスクと感光基板とを投影光学系
に対して相対走査しつつ、前記マスクに形成されたパタ
ーンを感光基板上の複数のショット領域に順次投影露光
する走査型露光装置であって、前記パルスレーザ光源の発振周波数を変更する周波数変
更手段と；前記パルスレーザ光源からのパルス光の平均
パルスエネルギを計測するエネルギ計測手段と；前記感
光基板上の各ショット領域に対する前記マスクパターン
の露光の度毎に、前記パルスレーザ光源の平均パルスエ
ネルギを検出するとともにそれまでの積算露光量を算出
し、前記パルスレーザ光源の平均パルスエネルギが変動
したとき、直前のショット領域の積算露光量に基づい
て、必要な１点当たりの露光パルス数を確保すべく、前
記周波数変更手段を制御する制御手段とを有する走査型
露光装置。