JP2569711B2

JP2569711B2 - 露光制御装置及び該装置による露光方法

Info

Publication number: JP2569711B2
Application number: JP63085616A
Authority: JP
Inventors: 一明鈴木; 昭一谷元; 勝人郷
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1988-04-07
Filing date: 1988-04-07
Publication date: 1997-01-08
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: US4970546A; JPH01257327A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、適宜の感応物体に対する照射エネルギー量
の制御、及び照度均一化制御にかかるものであり、例え
ば、露光光としてエキシマ等のパルスレーザを使用する
露光装置の露光量制御、及び照度均一化制御に好適な露
光制御装置に関するものであり、またそのような露光制
御装置を用いた露光方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来のエネルギー量制御装置、例えば半導体素子製造
用の露光装置における露光光の制御手段装置としては、
特開昭60−169136号公報に開示されているものがある。

この装置は、感応体（レジスト付きウェハ等）へ与え
る露光エネルギーを、適正露光量よりわずかに少ない露
光エネルギーを与える粗露光と、残りの必要とされる露
光エネルギーを与える修正露光の２段階に分けることに
より、全体として露光エネルギーのばらつきを抑制する
ようにしたものである。

すなわち、複数パルスで１ショットの露光を行う場
合、エネルギー量を小さくした最終パルスによって露光
量を制御することにより、最適露光量を得るようにして
いる。

尚、ここで１シャットとは一括露光方式の場合は、マ
スクを介してウェハ全体に露光エネルギーが照射させる
ことであり、ステップアンドリピート方式の場合は、ウ
ェハ上の部分的な１つの領域に露光エネルギーが照射さ
れることである。

ところでエネルギー源がレーザ光の場合、レーザ光の
持つ可干渉性により露光面においてスペックルと呼ばれ
る照度むらが生じることがある。照度むらは半導体素子
製造のフォトリングラフィ工程におけるパターン線幅の
コントロールに重大な影響を与える。そこで特開昭59−
226317号公報に開示されているような手法でスペックル
を低減させることも考えられている。

上記公報におけるスペックル低減策（インコヒーレン
ト化）では、レーザ光を振動ミラー等により一定周期で
２次元振動（ラスタースキャン）させて、レーザ光の照
明光路をわずかにずらしていくものであり、空間的にコ
ヒーレンシィを低減させていくものである。このような
手法の照明系にエキシマレーザ光のようなパルスエネル
ギーを通す場合は、ミラー等による２次元走査に同期さ
せて複数のパルスを照射することになる。通常エキシマ
レーザの発振パルス幅は20nSec程度と極めて低く、ミラ
ー等を数十Hz程度で振動させたとしてもエキシマレーザ
の１パルスはミラーの２次元振動周期中は、あたかも静
止しているようにふるまう。第13図は、先の特開昭59−
226317号公報に開示された手法を用いたときに、レーザ
光（パルス光）をスキャンさせて生じる投影レンズの瞳
面での光源像（レーザスポット）の様子を示す平面図で
ある。露光用照射光学系内の投影レンズの瞳面epと共役
な位置にはオプチカルインテグレータ28の射出端が配置
され、所謂ケーラー照明が行なわれるものとする。オプ
チカルインテグレータ28に入射するパルスエネルギーを
平行光とし、その入射各がわずかに変化するようにミラ
ー等で偏向すると、インテグレータ28を構成する複数の
レンズ素子（ロッドレンズ等）の各々の射出面にできる
スポット光SPの位置も２次元的に変化する。ミラー等の
偏向角は極めて小さいため、小ミラーをピエゾ素子でド
ライブする程度で十分である。第14図はインテグレータ
28の１つのレンズ素子28′の拡大図であり、２次元走査
の軌道SLに沿って適宜パルス発光させ、１回のラスター
走査中にスポット光SPの位置を変えて点在させる。第14
図は模式的に示したものであり、実際のスポット光SPの
大きさはレンズ素子28′の端面の大きさ程度に近づくこ
ともある。第14図では１回の走査で11パルスの発光がお
こなわれている。またパルス発光の１走査期間中の位置
はレンズ素子28′の端面中で規則的な位置、ランダムな
位置のいずれであってもよい。

このような手法の場合、ミラーによる１走査の間に複
数のパルスが打たれることで、マスクとしてのレチクル
（又は感光基板）上で生じるスペックル基（特にレンズ
素子28′の配列により生じる干渉縞）が移動し、その複
数のパルスの積算後には照明むらが低減されるというも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前述の特開昭60−169136号公報に開示
されたような手段では、最終パルスに含まれるエネルギ
ー量の誤差（ばらつき）に対して何ら配慮をされていな
いため、依然として露光量が適格に制御されず、適切な
露光を行なうことができないという不都合がある。ま
た、上記公報に指摘されているように、半導体素子製造
のフォトリングラフィ工程における露光量の変動は、解
像力や線幅の再現性に重大な影響を与えるおそれがあ
る。そして、他方では、集積回路の集積度は近年増々向
上しており、解像度等もより良いものが要求されるに至
っている。従って、露光エネルギーの制御をより高精度
に実行すると同時に、スペックル縞のない照度均一性の
高い露光制御が必要とされている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、露
光光量などのエネルギー量を、要求される精度に応じて
制御するとともに同時に照度均一化を達成することがで
きる露光制御装置を提供することを目的とするものであ
る。

さらに本発明は、より簡単な構成でスペックル縞、例
えばオプチカルインテグレータ等で作られる多数の２次
光源の各々から放射される光同志の干渉によって被照射
面（例えば感光基板）上に生じる干渉縞のビジビリティ
を、所望の露光量制御精度に保ちつつ許容範囲内に低減
させるようにした露光方法を提供することを目的とする
ものである。

〔問題点を解決する為の手段〕

そこで本願の請求項１に記載した第１の発明では、可
干渉性のパルス光（エキシマレーザ光）を発生するパル
ス光源（10）と、そのパルス光を第１物体（レテクル
Ｒ）に照射する照射光学系（11〜13、20、28〜30）とを
備え、第１物体（レクチルＲ）に形成されたパターンを
パルス光の複数の照射によって感応性の第２物体（ウェ
ハＷ）上へ適正露光量に制御して転写する装置に適用さ
れる。

そして本願第１発明においては、パルス光（エキシマ
レーザ光）の照射によって第１物体（レクチルＲ）、も
しくは第２物体（ウェハＷ）上に固有の周期をもって生
じるスペックルパターンを、少なくとも一方向に所定の
範囲で移動させるために照射光学系に設けられたスペッ
クル位置変更手段（揺動ミラー20、ピエゾ素子21、ドラ
イバー22）と、そのスペックルパターンを所定範囲内で
移動させる間に複数のパルス光を照射したとき、第２物
体（ウェハＷ）上での固有のスペックルパターンがほぼ
平滑化して露光されるのに必要なパルス数（Nmin）を予
め記憶する記憶手段（メモリ６）と、記憶手段（６）に
記憶されたパルス数を基準にして、１パルスあたりの平
均的な光量（）と適正露光量（So）とに基づいてスペ
ックル位置変更手段（20,21,22）の動作によるスペック
ルパターンの移動をほぼ１周期分にするのに必要なパル
ス数（Nm:ただしNm≧Nmin）を決定する演算手段（主制
御系８）とを設けるようにした。

また本願の請求項２に記載した第２の発明による露光
性起装置は、可干渉性のパルス光を発生するパルス光源
（10）と、そのパルス光を第１物体（レチクルＲ）に照
射する照射光学系（11〜13,20,28〜30）とを備え、その
パルス光の複数の照射によって第１物体（レチクルＲ）
に形成されたパターンを感応性の第２物体（ウェハＷ）
上の特定領域へ適正露光量（So）に制御して転写する装
置に適用される。

そして本願第２発明においては、照射光学系（11〜1
3,20,28〜30）に設けられて、パルス光の照射により第
１物体（レチクルＲ）、もしくは第２物体（ウェハＷ）
上に固有の周期で生じるスペックルパターンまたは２次
元にランダムに生じるスペックルパターンの位置を各パ
ルス光毎に変化させるスペックル位置変更手段（揺動ミ
ラー20,ピエゾ素子21等）と、第１物体（レチクルＲ）
または第２物体（ウェハＷ）に照射されるパルス光の１
パルスあたりの平均的なエネルギー値（式７で算出され
る平均エネルギー）を第２物体（ウェハＷ）の露光面
に予め計測する計測手段（受光素子24と光量モニター2
6）と、適正露光量（So）と１パルスあたりの平均エネ
ルギー値（平均エネルギー）とに基づいて第２物体
（ウェハＷ）上の特定領域の露光時に必要な適正露光パ
ルス数（式８で算出されるパルス数Ｎ）を算定する第１
演算手段（主制御系８で実行される第12図のプログラム
中のステップ104）と、スペックル位置変更手段（揺動
ミラー20,ピエゾ素子21等）を動作させつつ第２物体
（ウェハＷ）の特定領域を適正露光パルス数（Ｎ）分の
パルス光で露光したときに第２物体（ウェハＷ）上で平
滑化されるスペックルパターンのビジビリティで決まる
照度均一性が所望の精度内になるように、パルス光源
（10）からのパルス光の発生とスペックル位置変更手段
（20,21）の動作とを関連付けるための条件（例えば揺
動ミラー20の揺動半周期中のパルス数Nm）を算定させた
適正露光パルス数（Ｎ）に基づいて決定する第２演算手
段（例えば主制御系８で実行される第12図のプログラム
中のステップ116）とを設け、その決定された条件に従
って第２物体（ウェハＷ）の特定領域を露光するように
したことを特徴としている。

また請求項３に記載された第３の発明では、第１演算
手段（ステップ104）がパルス光源（10）から発生する
各パルス光のばらつき量を考慮して適正露光量を所定の
制御精度で達成するように予め定めた最小パルス数Ncと
算定された補正露光パルス数との大小関係を判定する判
定部（例えば主制御系８で実行される第12図のプログラ
ム中のステップ108）を含み、この判定部（ステップ10
8）によって適正露光パルス数が最小パルス数Ncよりも
小さくなるときは１パルスあたりの平均エネルギー値の
変更を指示するように達成される。

また請求項４に記載された第４の発明では、照明光学
系（11〜13,20,28〜30）が判定部（ステップ108）から
の指示に応答してパルス光源（10）からのパルス光の１
パルスあたりの平均エネルギー値を所定量だけ低下させ
る減光部材（11又は13）を有し、第１演算手段（ステッ
プ104）が減光部材（11又は13）で低下される１パルス
あたりの平均エネルギー値に基づいて適正露光パルス数
を演算し直す再演算部（例えば主制御系８で実行される
第12図のプログラム中のステップ110、111）を含むよう
に構成される。

また請求項５に記載された第５の発明では、照明光学
系（11〜13,20,28〜30）が第１物体（Ｒ）上でのパルス
光の照度分布を均一化するために複数の光学ロッド（28
a）で構成されたオプチカルインテグレータ（28）を含
み、スペックル位置変更手段（20,21,22）がパルス光源
（10）とオプチカルインテグレータ（28）との間に配置
されて、オプチカルインテグレータ（28）の各光学ロッ
ド（28a）から射出されるパルス光の間で生じる干渉状
態を各パルス光毎に変化させるように構成される。

また請求項６に記載された第６の発明では、第１演算
手段（ステップ104）が第２物体（Ｗ）上で平滑化され
るスペックルパターンのビジビリティを許容範囲内に低
減するのに必要な最小パルス数Nminを記憶する記憶部
（メモリ６）を有し、第１演算手段（ステップ104）の
判定部（ステップ108）は最小パルス数Ncと最小パルス
数Nminのどちらかが算定された適正露光パルス数よりも
大きいときに１パルスあたりの平均エネルギー値の変更
を指示するように構成される。

また請求項７に記載された第７の発明では、第２物体
（Ｗ）の特定領域に対する露光を、第１物体（Ｒ）に照
射される複数のパルス光を１パルスあたりの平均エネル
ギー値が大きい複数の粗露光用パルス光と、１パルスあ
たりの平均エネルギー値が小さい単一若しくは複数の修
正露光用パルス光とに分けて実行する制御手段（主制御
系８光量制御部14）を設けるようにした。

また請求項８に記載された第８の発明では、第２物体
（Ｗ）の特定領域を適正露光量で露光するために第１物
体（Ｒ）に照射される複数のパルス光を、１パルスあた
りの平均エネルギー値がほぼ一定のパルス光のみで実行
するように制御する制御手段（主制御系８と光量制御部
14）を設けるようにした。

さらに請求項９に記載された第９の発明は、可動部を
備えた動的なスペックル位置変更手段（揺動ミラー20,
ピエゾ素子21）を含む照明手段（11〜13,20,28〜30）を
介して、光源（パルスレーザ光源10）から放射されら可
干渉性のパルス光を第１物体（レチクルＲ）に照射し、
その第１物体（レチクルＲ）に形成された回路パターン
を適正露光量（So）に制御して第２物体（ウェハＷ）上
の特定領域に転写する露光方法に適用される。

そして本願の第９の発明においては、第２物体（ウェ
ハＷ）の露光前にパルス光の１パルスあたりの平均的な
エネルギー値（式７で算出される平均エネルギー）を
計測し、この１パルスあたりの平均エネルギー値（）
と適正露光量（So）とに基づいて特定領域の露光に必要
な適正露光パルス数（Ｎ）を算定する段階（例えば主制
御系８で実行される第12図のプログラム中のステップ10
2,104）と、第２物体（ウェハＷ）の特定領域を適正露
光パルス数（Ｎ）分のパルス光で露光したときにスペッ
クル位置変更手段（摺動ミラー20）の動作によって動的
に平均化されたスペックルパターンのビジビリティが許
容範囲まで低減されるように、光源（パルスレーサ光源
10）からのパルス光の発生とスペックル位置変更手段
（揺動ミラー20）の動作とを関連付けるための条件（例
えば揺動ミラー20の揺動半周期中のパルス数Nm）を、算
定された適正露光パルス数（Ｎ）に基づいて決定する段
階（例えば主制御系８で実行される第12図のプログラム
中のステップ116）と、スペックル位置変更手段（揺動
ミラー20）の動作と光源（パルスレーザ光源10）からの
パルス光の発生とを、決定された条件に従って同期させ
て感光基板（ウェハＷ）の特定領域を露光する段階（主
制御系８で実行される第12図のプログラム中のステップ
118〜126）とを実行することを特徴としている。

また請求項10に記載した第10の発明では、照明手段
（11〜13,20,28〜30）が光源（10）からのパルス光を入
射するオプチカルインテグレータ（28）を有し、スペッ
クル位置変更手段（20,21）はオプチカルインテグレー
タ（28）に入射するパルス光の角度を、少なくとも１次
元に所定の角度範囲内で変更する揺動ミラー（20）で構
成され、光源（10）からのパルス光の発生と揺動ミラー
（20）の動作とを関連付ける条件が、揺動ミラー（20）
が所定の角度範囲内で半周期の整数倍だけ偏向動作を行
う間に適正露光パルス数分のパルス光が揺動ミラー（2
0）の所定の角度範囲内でほぼ均等の微小角度（Δθ）
毎に振り分けられて発生するように設定される。

また請求項11に記載された第11の発明では、第２物体
（ウェハＷ）の特定領域に対する露光が、第１物体（レ
チクルＲ）に照射される複数のパルス光を１パルスあた
りの平均エネルギー値が大きい複数の粗露光用パルス光
と、１パルスあたりの平均エネルギー値が小さい単一若
しくは複数の修正露光用パルス光とに分けて実行され、
スペックル位置変更手段（20,21）の動作と光源（10）
からのパルス光の発生との決定された条件に従った同期
を、粗露光用パルス光の発生時に実行するように構成し
た。

また請求項12に記載された第12の発明では、粗露光用
パルス光と修正露光用パルス光とが、照明手段（11〜1
3,20,28〜30）に設けられた減光部材（11又は13）の調
整、若しくは光源（10）でのパルス光の発生強度の調整
によって生成されるように構成した。

また請求項13に記載された第13の発明では、適正露光
パルス数を算定する段階が、光源（10）から発生する各
パルス光のばらつき量（δＰ）を考慮して適正露光量を
所定の制御精度で達成するように予め定めた最小パルス
数Ncと算定された適正露光パルス数との大小関係を判定
し、適正露光パルス数が最小パルス数Ncよりも小さくな
るときは１パルスあたりの平均エネルギー値を変更し
て、適正露光パルス数を算定し直す工程（第12図中のス
テップ108,110,111）を含むように構成される。

そして請求項14に記載された第14の発明では、第２物
体（ウェハＷ）の特定領域を露光する段階において、ス
ペックル位置変更手段（20,21）の動作と光源（10）か
らのパルス光の発生とを同期させる際に、スペックル位
置変更手段（20,21）の動作速度を変化させるように達
成される。

〔作用〕

本発明では、感応性の第２物体上にできる周期的なス
ペックルパターンを平滑化する場合、スペックルパター
ンをある範囲内で移動させつつ、複数のパルス光を照射
するのに、例えば照度分布均一のためにオプチカルイン
テグレータ、特にフライアイレンズを用いた照明光学系
を採用した場合は、スペックルパターンを１ピッチ分移
動させる間に照射すべき最小のパルス数が予めある一定
値に制限され、その最小のパルス数以上の数のパルス光
を照射しなければならないという原理を使う。

周期的なスペックルパターンは、第13図にも示したよ
うに、インテグレータ28の各レンズ素子によって作られ
たスポット光SPが互いに干渉し合うことで生じる。この
とき、互いに隣り合った２つのレンズ素子のスポット光
SPのみが干渉する場合、レンズ素子の配列方向の３つの
スポット光SPが互いに干渉し合う場合等があるが、最大
でもレンズ素子の配列方向の数だけのスポット光SPが互
いに干渉し合う場合を考えればよい。

従って、理論上は、オプチカルインテグレータを構成
するレンズ素子の配列方向の数のうち、互いに干渉し合
うスポット光をもつ数等に応じて、半周期中に照射すべ
き最小のパルス数も決定されることになる。

例えば、互いに隣り合った２つのスポット光のみが互
いに干渉する場合、スペックルパターンの強度分布は数
学上、理論的には単純な正弦波状になり、このスペック
ルパターンの平滑化のためには、２つのスポット光の位
相差をπだけずらす（スペックルパターンの1/2周期の
移動）前後で１パルスずつ、計２パルスを照射すればよ
いことになる。また、一般にｎ個のスポット光が互いに
干渉し合う場合は、理論的には、スペックルパターンを
1/n周期ずつ移動させつつ、１パルスを照射して、計ｎ
パルスで平滑化が可能である。

しかしながら、実際の場合は、このような条件で完全
に平滑化が達成されることは少なく、スペックルパター
ンの１ピッチ移動に必要なビーム揺動の半周期中に照射
すべき最小のパルス数（Nmin）の最適値は実験等によっ
て決める必要がある。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例による露光装置の構成を示
し、ここではリテクルＲのパターンをウェハＷへ投影露
光するステッパーに応用した構成を示す。

第１図において、外部トリガパルスを出力するトリガ
制御部９は、エキシマレーザ光等のパルス光を射出する
パルスレーザ光源10の発振を制御する。このパルスレー
ザ光源10は、レーザチューブを挟んで両端に配置される
２枚の共振ミラーの間の一部にエタロン、分散素子等で
構成される狭帯化波長安定化機構を有し、安定共振部を
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10からの射出ビームLB₀は、例えば波長248nmのディー
プUV域であって、そのビーム断面は縦横比が1/2〜1/5程
度の長方形をしている。低速減光部11はビームLB₀を入
射して、そのビーム光量（エネルギー）を０％（完全透
過）から100％（完全遮光）の間で連続的、又は離散的
に減衰させる。減衰を受けたビームはシリンドリカルレ
ンズを組み合わせたビームエクスパンダー12に入射し、
エクスパンダー12はビーム断面を長方形からほぼ正方形
に整形してビームLB₁として射出する。

高速減光部13はビームLB₁を入射して、そのビーム光
量（エネルギー）を、例えば離散的な６段階で減衰させ
る。この高速減光部13は、レチクルＲのパターンを投影
レンズPLを介してウェハＷに露光している間に高速に減
衰率を切替えられるように、例えば回転ターレット板に
６種の減衰率（透過率）の異なるメッスフィルターを取
り付け、このターレット板を回転する方式が採用され
る。第２図は、そのターレット板16と６種のフィルター
16a、16b、16c、16d、16e、16fとの構造の一例を示し、
フィルター16aは単なる開口（透明）部であり、減衰率
０％（すなわち透過率100％）に定められている。各フ
ィルター16a〜16fはターレット板16の回転軸を中心とす
る円に沿った６ケ所に、約60゜おきに配置され、いずれ
か１つのフィルターがビームエクスパンダー12からのほ
ぼ正方形なビームLB₁の光路中に位置する。

第３図は、第２図の回転ターレット板16の回転量と透
過光量との関係を示し、約60゜（π/3）毎に所定の割合
で減衰される。尚回転量２π（360゜又は０゜）のとき
は、フィルター16aが選ばれるため、透過光量は100％
（減衰率０％）になる。

さて先の低速減光部11と高速減光部13とはともに光量
制御部14によって適宜最適に制御される。ところで低速
減光部11は、高速減光部13よりも応答速度の低い光量調
整機構でかまわないが、この低速減光部11にも第２図で
示したメッシュフィルターの複数を使って離散的に減衰
を行なったり、あるいは所定の矩形アパーチャとズーム
レンズ系とを組み合わせ、ズーム比やアパーチャ径を変
えて連続的に減巣胃を行なったりすることもできる。

所定の減衰を受けたほぼ平行なビームLB₁は揺動ミラ
ー20で反射されて、オプチカルインテグレータとしての
フライアイレンズ28に入射する。フライアイレンズ28は
複数本のロッド状のエレメントレンズを束ねたもので、
その射出端にはエレメントレンズの数だけ２次光源像
（ここではビームLB₁の集光スポット）が形成される。

さて、揺動ミラー20はピエゾ素子21等を用いたアクチ
ュエータにより、本実施例では一次元に振動する。その
振動中心軸は、例えばミラー20の反射面内に含まれる仮
想的な直線に一致し、この直線のまわりに微小角度だけ
往復回動する。ピエゾ素子21は、ピエゾドライバー22に
よって駆動され、ミラー20の所定の揺動特性が得られる
ように制御される。従ってフライアイレンズ28に入射す
るビームLB₁は、そのフライアイレンズ28の入射面にお
ける入射角が時々刻々変化する。第４図はフライアイレ
ンズ28の入射ビームと２次元光源像（スポット光）との
関係を示し、特開昭59−226317号公報に開示された原理
に従う模式的な説明図である。フライアイレンズ28の各
ロッドレンズ28aは両端に凸球面が形成された石英の四
角柱である。光軸AXと平行にビームLBb（平行光束）が
フライアイレンズ28に入射すると、、フライアイレンズ
28の各ロッドレンズ28aの射出端、又は射出端から所定
量だけ空気中に出た位置には、スポット光SPbが集光す
る。このスポット光SPbは第４図では１つのロッドレン
ズのみについて表わしたが、ビームLBbの照射されるロ
ッドレンズの全ての射出側に形成され、ビームLBbに対
して、各スポット光SPbはロッドレンズ射出面のほぼ中
心に集光される。また、光軸AXに対して第４図の紙面内
で左に傾いた平行なビームLBaがフライアイレンズ28に
入射した場合は、各ロッドレンズ28aの射出面の紙面内
で右側にスポット光SPaとして集光される。さらに光軸A
Xに対して右に傾いた平行なビームLBcがフライアイレン
ズ28に入射すると、各ロッドレンズ28aの射出面の左側
にスポット光SPcとして集光される。

従って揺動ミラー20の一次元の振動によって、フライ
アイレンズ28の射出側に生じる複数のスポット光の全て
が、フライアイレンズ28（光軸AX）に対して一方向に同
時に往復移動することになる。

こうして、フライアイレンズ28の射出側にできた各ス
ポット光を成す複数のビームは、第１図のようにビーム
スプリッタ29で大部分透過し、コンデンサーレンズ30に
入射し、レチクルＲ上で、それぞれ重ね合わされる。こ
れによってレチクルＲは、ほぼ一様な照度分布で照明さ
れ、レチクルＲのパターンは投影レンズRLによってウェ
ハＷのレジスト層に露光される。ただし、各スポット光
から光の干渉による露光ムラは生じる。ここで投影レン
ズPLの瞳（入射瞳）epには、フライアイレンズ28の射出
端にできる複数のスポット光が再結像され、所謂ケーラ
ー照明系が構成される。

またウェハＷはステップアンドリビート方式のウェハ
ステージ上に載置される。

先にも述べたように揺同ミラー20は、レチクル面又は
ウェハ面に生じる干渉縞（一次元のスペックルパター
ン）を微小量移動させて、露光完了時においては、結果
的にレジスト層に転写された明暗縞を積算結果により平
滑化し、干渉縞のビジビリティを低減させるために振動
する。この種の安定共振器を含むレーザ光源10を用いた
場合、ビームの時間的コヒーレンシィはかなり低くなる
が、ビーム断面の形状に起因して空間的コヒーレンシィ
が十分低くならず、スペックルが残存することがわかっ
た。第５図はビームLB₀とビームLB₁の断面形状を表わ
し、レーザ光源10を射出した直後のビームLB₀は、ｘ方
向に細長い長方形の断面をしている。この場合ビームLB
₀（又はLB₁）は、ｘ方向と直交するｙ方向に関して空間
的なコヒーレンシィが高くなっている。そこで第６図に
示すように、フライアイレンズ28の各ロッドレンズ28a
を、ｘ、ｙ方向に配列した場合、各ロッドレンズ28a射
出側にできたスポット光SPのうち、ｘ方向（ビーム断面
の長手方向）に隣り合う２つのスポット光SP同志では干
渉作用が極めて低く、逆にｙ方向（ビーム断面の短手方
向）に隣り合う２つ（又はそれ以上）のスポット光SP同
志では干渉作用が強く保存されている。一般にフライア
イレンズ等を使った場合、１つのロッドレンズから射出
してレチクル（又はウェハ）に達するレーザ光束と、そ
の隣りのロッドレンズから射出してレチクルに達するレ
ーザ光束とは極めてわずかな量であるが光路長が異な
り、このためレチクル面で干渉縞（１次元、又は２次
元）が発生してしまう。

本実施例の場合、第５図、第６図のようにビーム断面
の方向とロッドレンズの配列方向とを定めると、レチク
ルＲ上ではｘ方向に明線、暗線が伸び、ｙ方向に明線と
暗線が繰り返し並ぶような一次元の干渉縞が生じる。そ
こで本実施例では、ビームLB₁をミラー20で揺動させる
とき、第５図中に示したｘ方向と交差する矢印F₁の方向
に揺動させるようにした。従ってフライアイレンズ28の
各ロッドレンズ28aの射出側にできるスポット光SPは第
６図のように全て同時に矢印F₂方向に一次元移動する。

再び第１図の説明に戻って、ビームスプリッター29で
分割された一部のビームは集光光学系23によって受光素
子24に集光される。受光素子24はビームLB₀（又はLB₁）
の各パルス発光の光量に応じた光電信号を正確に出力す
るように、紫外線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る。その光電信号は光量モニ
ター回路26を入力し、ここで各パルス発光毎の光量を順
次積算していく。

この積算光量値は主制御系８に送られ、適正な露光量
制御のために使われる。主制御系８は、トリガ制御部９
へ発振開始及び停止の信号を出力し、光量制御部14には
低速減光部11、又は高速減光部13による光量調整のため
の指令を出力する。さらに主制御系８はレーザ光源10の
パルス発光と揺動ミラー20の振れ角とが同期するよう
に、ピエゾドライバー22に駆動信号を出力する。

尚、この同期は、ミラー20の振れ角に追従してレーザ
光源10にパルス発光のトリガをかけてもよい。入出力装
置７はオペレータと装置本体とのマン・マシンインター
フェイスであり、露光に必要な各種パラメータをオペレ
ータから受け付けるとともに、装置の状態をオペレータ
に知らせる。メモリ６は露光動作及び各種演算等に必要
なパラメータ（定数）やテーブル等が記憶されている。
本実施例では、ミラー20が半周期だ振動する間に良好に
干渉縞が平滑化されるのに必要な最小の発光パルス数の
情報が予め記憶されている。ここでミラー20の半周期と
は、第４図においてスポット光をSPa→SPb→SPcの順
（又は逆）に移動させるのに、ビームをLBa→LBb→LBc
（又は逆）の順に揺動角α゜だけ傾けることに対応して
いる。実際のミラー20の傾き量は倍角定理からα゜/2に
なる。

以上、第１図に示した構成において、低速、及び高速
減光部11、13は荒さの異なるメッシュフィルター等とし
たが、レーザビームLB₀（LB₁）を直線偏光とした場合等
では、偏光板を回転させる構成にしてもよい。この場合
は偏光板の回転位置によってビームの透過率を連続可変
することができる。その他、光量を調整できるものであ
れば、どのような構成であってもよく、さらにパラスレ
ーザ光源10が各パルス発光毎の光量を調整できる手段を
備えているときは、それを利用してもよい。

ここで、まず揺動ミラー20の振動による被照明体（レ
チクルＲ又はウェハＷ）上での干渉縞の除去、すなわち
被照明体上での照度均一化について、さらに第７図、第
８図を参照して説明する。第７図はパルスレーザ光源10
からのレーザビームLB₀の発振（パルス列）が一定の周
波数（100〜500Hz程度）では行われる場合、フライアイ
レンズ28に入射するビームLB₁の揺動角の変化を模式的
に表わしたもので、ミラー20の半周期の振動による揺動
角の変化は時間的にリニアなものとしてある。第７図中
の縦軸の揺動角の０゜は、第４図のビームLBaの場合に
相当し、揺動角α゜は第４図のビームLBcの場合に相当
する。第８図は被照明体上に１パルス発光時に生じる干
渉縞のｙ方向の強度分布の一例を示すもので、ｙ方向に
ピッチYpで明るい縞と暗い縞が交互に並ぶ。ただし、フ
ライアイレンズの２段化等の構成によっては、フライア
イレンズ28のロッドレンズの配列ピッチ、レーザ光波長
等で決まるピッチY_Pの基本成分以外に、さらに細いピッ
チで強度変化する弱い干渉縞が重畳して現われることも
ある。

仮りに揺動ミラー20がないものとすると、レチクルＲ
上には第８図のような強度分布の干渉縞が常に同じ位置
に現われることになり、露光されたウエハＷ上のパター
ンにも、この干渉縞がそのまま現われる。一般にエキシ
マレーザによる焼き付けでは、各発光パルス毎に光量の
ばらつき（±10％程度）があるため、所定の精度で露光
量制御を行なう場合、同じ焼き付け位置で複数（10〜10
0）のパルス発光を行なって、ばらつきを平均化するこ
とが行なわれる。もし、複数のパルス発光の際、第８図
のような干渉縞がウェハＷのレジスト層の常に同じ位置
に照射されると、これは極めて照度均一性の悪いものと
なり、もはや精密なフォトリングラフィーには使えな
い。そこで第８図に示したよううな干渉縞を複数のパル
ス発光のたびに、レジスト層上で順次ｙ方向に微小量Δ
Ｙ（ΔＹ≪Y_P）だけずらしていくことで、露光完了時に
干渉縞の平滑化（照度均一化）を行ない、第９図のよう
に影響のない程度に微小量のリップル分を含むほぼ一定
の照度分布を得るようにする。

第７図に示したように、揺動ミラー20が初期位置から
α゜/2だけ角度変化して、フライアイレンズ28に入射す
るビームが初期角度（０゜）からα゜だけ変化する間、
すなわち時刻t₁からt₂の間にｎ個の発光パルスのみが存
在するものとすると、パルスとパルスの間で生じる揺動
角の変化量Δθはほぼα/nとなり、この変化量Δθによ
る干渉縞の移動量は第８図に示したΔＹに対応する。さ
らに揺動角を０゜からα゜まで変化される間に、第８図
に示した干渉縞パターンを丁度１ピッチY_Pだけｙ方向に
移動させるように定めれば、第９図のようにほぼ均一な
照度分布が得られる。従ってｎ・ΔＹ＝Y_Pの関係を満す
ように、揺動ミラー20の角度変化と発光パルス間隔（周
波数）とを設定すればよい。

そこで照度均一化を達成するために必要な条件を考え
ると、以下の２つの条件が必要となる。

（１）ミラー振動の半周期（ビームの揺動角が０゜か
らα゜まで変化する期間）内に、ほぼ均一にある数Nmin
以上のパルス発光が行なわれること。

ここである数Nminはスペックル（干渉縞）のビジビリ
ティ（visibility）によって決まり、ビジビリティが大
きいほどNminも大きな値になる。この数Nminは予めため
し焼き等の実験によって決定され、異なる光学系を備え
た装置間では、その数値も異なってくる。従って数Nmin
よりも小さい数のパルス発光を、ビーム揺動角変化（０
゜→α゜）の半周期内でほぼ均等に振り分けた場合、照
度均一化（像面での照明ムラ）の点で所望の精度内に納
まらないことになる。

（２）ミラーのある角度における平均的な露光パルス
光量は、揺動範囲（０゜→α゜）内のどの角度に対して
も一定であること。

この条件は、ウエルＷ上の１つの領域（１ショット）
を露光するのに必要な平均的な総パルス数が、ビーム揺
動の半周期中の実際のパルス数Nm（ただし先の条件
（１）よりNm≧Nmin）の整数倍であること、及び露光に
おける第１パルス発光が、ミラー振動（０゜〜α゜/2）
の最大角（例えば第４図のビームLBaが得られる角０
゜）から始まることで達成される。また１ショットの露
光に必要な平均的な総パルス数が、ミラー振動（０゜〜
α゜/2）の１周期中のパルス数の整数倍である場合は、
露光における第１パルス発光は、ミラー振動（０゜〜α
゜/2）の任意の角度で始めてよい。

以上の様子を第10図を参照して説明する。

第10図において、ミラー振動の半周期における発光パ
ルス数を８パルスとして表わし、第10図（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）の夫々の横軸は時間ｔ、縦軸はミラー振
動の角度、すなわちフライアイレンズ28へのビームの揺
動角θ（実効的には０゜からα゜までの間）を表わす。
また第10図において、TeはウェハＷ上の１ショットに対
する露光期間であり、TeとTeの間は、次のショットへの
ステッピング期間である。さらに第10図中の揺動角変化
中におけるドットはパルス発光のタイミングを表わす。

第10図（Ａ）は、ミラー振動の半周期によって１ショ
ットの露光を完了する場合を示す。先にも説明したよう
に揺動角θを０゜からα゜まで変化させると、第４図に
示したようにビームLBaの入射状態からビームLBcの入射
状態まで変化し、その変化は第８図に示したように干渉
パターンの丁度１ピッチY_P分の移動に相当する。従って
揺動角０゜とα゜の２ケ所でパルス発光させると、同一
位置に２回同じ干渉パターンが露光されることになる。
そこで例えば第10図（Ａ）の場合、揺動角θが０゜から
α゜まで変化するときは、０゜のときに１パルス発光さ
せ、α゜の位置ではパルス発光が生じないようにタイミ
ングを設定し、逆に揺動角θがα′から０゜まで変化す
るときは、α゜のときにパルス発光させて０゜の位置で
はパルス発光が生じないようにタイミングを設定する。
従って１ショットの露光をNminに近い数の発光パルスで
行なう場合、同一位置に２回以上同一の干渉縞が露光さ
れないようにタイミング設定することが好ましい。尚、
露光期間Teのパルス数がNminより十分に大きく、例えば
100パルス程度以上ある場合等は、上記タイミングをほ
とんど考慮する必要はない。

第10図（Ｂ）はミラー振動の１周期で１ショットの露
光を完了する場合を示し、第10図（Ａ）とくらべると１
ショットあたりの発光パルス数が２倍になっている。こ
の場合、揺動角θが０゜からα゜まで変化する間と、α
゜から０゜まで変化する間との夫々においてミラー振動
半周期中のパルス数がNminに一致、もしくは近い場合、
振動角変化の往復でパルス発光のタイミングの角度上の
重複（０゜とα゜も重視とする）をさけるように設定す
るのがよい。しかしながら露光期間Te（ミラー振動の半
周期）中の発光パルス数がNminより十分に大きい場合に
は、ことさらそのことに注意する必要はない。

第10図（Ｃ）は今までのと異なり、揺動ミラー20をあ
る周期で連続的に振動させておくもので、露光期間Teの
始めの１パルス目が、振動角θ上のどの角度にくるのか
が不定の場合を示す。ただし、どの露光期間Te内に発生
するパルス数も、ミラー振動半周期では８個（Nmin以
上）に定められていて、１ショットの露光はミラー振動
の１周期の間に行なわれる。

以上のことから、先に述べた２つの条件（１）、
（２）を同時に満すように、レーザービームLB₁のエネ
ルギーを調整して、最適なパルス数を決定してやれば、
照度均一化と露光量制御とを極めて効率的に両立させる
ことができる。またパルスエネルギーのみならず、揺動
ミラー20の振動周期（揺動速度）も変化させてやれば、
必要以上に露光パルスを増加させることがなくなり、ス
ループット上有利である。

次に、エネルギー積算量を制御目標範囲に制御する露
光量制御の手法について述べる。

本実施例では、第１図中の光量モニター26によって検
知される積算量を、制御目標値、すなわち適正露光量と
正確に一致させるために、第11図に示すように、１ショ
ットの露光にあたり、１パルスのエネルギー量（光量）
が大きい粗露光期間と、１〜３パルス程度の小さなエネ
ルギー量を照射する修正露光期間とを設定する。

通常、パルス発光型のレーザにおいては、パルスごと
のエネルギー量はある平均値のまわりにばらつく。今、
露光位置（例えば投影像面）でエネルギー量のパルス間
平均値（例えば100パルスの平均値）を、そのばらつ
き量をδＰとおく。適正エネルギー量はＮを粗露光平均
パルス数として、Ｎ・で表現できるものとする。ま
た、修正露光パルス数をｎ、エネルギー量の目標制御精
度をＡ（１％の場合、Ａ＝0.01）とおく。本実施例にお
いては、修正露光時の積算エネルギー量ばらつきは、適
正エネルギー量（目標値）に対するばらつきにそのまま
効く。そこで、修正露光エネルギー量の最大値Ｐ′は、であり、これをｎパルスにわけて修正露光したときのば
らつき量δＰ′は、で表わされる。さらにエネルギー量制御精度がＡ以下で
あることより、式（２）から、これを整理すると式（３）が得られる。

エキシマレーザの場合、普通（δP/）＝10％程度で
あり、また、Ａを１％（0.01）とすると、式（３）より
修正露光パルス数ｎが１のとき、Ｎは10以上、ｎが２の
とき、Ｎは８以上となる。すなわち、粗露光平均パルス
数Ｎを大きくとれば、粗露光完了時での積算エネルギー
量のばらつきが少く修正露光パルス数ｎは小さな値でよ
い。一方、スループットの観点からは、総パルス数が小
さい方がよいので、修正パルス数ｎを複数パルスにして
Ｎを小さく押えることは意味がある。ここで第11図に１
ショットにおける適正露光量を得るまでの露光の様子を
示す。この図に示すように本実施例においては、粗露光
時は第１図の受光素子24、光量モニター26で１パルス毎
に積算光量を計算しつつ、１パルスのエネルギー量のば
らつきを考慮し、次の１パルスによって積算値が制御目
標値を超える可能性が生じるところまで行なう。

具体的には適正露光量Ｎ・で規格化した粗露光終了
判定レベルRcを次の（４）式のように定める。

そして実測した積算光量をＮ・で割り算した値が判
定レベルRcを越えるまで粗露光を行なうようにする。

この粗露光の場合はエネルギー量調整手段としての高
速減光部13を調整して、100％（すなわち最大）の透過
率が得られるようにしておくとよい。そして最適な粗露
光パルス数Ｎ（Ｎ≧１）が得られるようにパルスレーザ
光源10の出力エネルギー量、もしくは低速減光部11を調
整しておく。このようにすれば、Ｎを小さく押さえるこ
とができる。粗露光が終了すると、それまでの光量積算
値、制御目標値、精度Ａ及びパルスエネルギーのばらつ
きδP/に応じて（３）に基づいて修正パルスと修正パ
ルスのエネルギー量を決定する。エネルギー量に関して
は高速減光部13を調整して所定の透過率が得られるよう
に設定する。そして、所定のパルス数で修正露光が行な
われる。

具体的には、第２図に示した数種類のメッシュフィル
タを有するターレット板16を回転させて、所定の透過率
のフィルターを選ぶ訳であるが、修正露光時のエネルギ
ー調整量が第３図のように離散的であるから、制御精度
Ａを達成するために、制御目標値と粗露光終了時点の積
算光量値との差分（不足の露光量）に応じて、メッシュ
フィルタの透過率と修正パルス数との適切な組み合わせ
が存在することになる。この場合も、残りの修正露光量
をｎパルスで行なうとして、先の式（３）により確認を
行なうとよい。

ここで、修正露光時のエネルギー調整量ａと修正パル
ス数ｎの決定式について述べる。ここでエネルギー調整
量ａとは、粗露光時のパルス間平均エネルギー（）に
対する修正露光時のパルス間平均エネルギーの比であ
る。今、粗露光終了時の積算光量を１とおくと、を満たすａ、ｎであれば、修正露光後の積算光量は、適
正露光量Ｎ・に対し、±Ａの制御精度が保証されるこ
とになる、以上のような露光制御方式を採用すれば、各パルスの
エネルギー量の積算値、すなわちウェハへの総露光量を
要求される精度に正確に制御することができる。

さて、本実施例ではこの露光量制御方式に、先に述べ
た照度均一化方式を取り込んだ形で実現するところに大
きな特徴がある。第11図にも示したように粗露光時のパ
ルス間平均エネルギー（）は、修正露光時のパルス間
平均エネルギーよりも大きく、しかも当然に粗露光時の
積算光量値は、修正露光時のみの積算光量値より格段に
大きい。このため照度均一化に寄与するのはほとんど粗
露光時だけと考えてよい。

従って本実施例では、粗露光時にはパルス発光の数と
揺動ミラー20の振れとを考慮して照度均一化を計り、修
正露光時には１パルスあたりのエネルギー量が小さいこ
とから、特に照度均一化を考慮しない方式を採用する。

そこでこの方式を実現する具体的なシーケンスについ
て第12図のフローチャート図を参照して説明する。

〈ステップ100〉ここでは、まずオペレータから適正露光量So（単位は
mJ/cm²）に対応した値がセットされる。この露光量Soの
決定にあたっては、例えば、予め焼き等を行ない、ウェ
ハのレジスト層に対して所望の積算エネルギーを与えた
ときの光量モニター26の積算値を基準にしてもよい。こ
こで、レジストに対する積算エネルギーをＳ、そのとき
の光量モニター26の積算値をＩとすると、その比例定数
Ｋは、予め求められているものとする。また第１図中の
低速減光部11、高速減光部13はともに透過率100％にプ
リセットされているものとする。

〈ステップ102〉次に、受光素子24と光量モニター26を使って、露光面
上での１パルスの平均エネルギー（単位はmJ/cm²・パ
ルス）の測定を行なう。ここでは複数パルスの平均によ
り、１パルスあたりのエネルギーのばらつきの影響を消
去するものとする。仮りにその複数のパルスの数をNdm
とすると、光層モヌター26の出力値Ｉを知ることによ
り、平均エネルギーは、Ｋを係数として以下の式
（７）で求められる。

＝I/（Ｋ・Ndm） ……（７）尚、光量モニター26の代りに、ウェハＷを載置するXY
ステージ上に光電センサー（照度測定計）を設け、これ
によって投影像面上での積算値Ｉを検出するようにして
もよい。このようなステージ上の光電センサーを用いる
場合は、その光電センサーの出力と受光素子24の出力と
を予め校正（対応付け）しておく必要がある。

尚、投影像面上での光電検出するときは、パターン
（レチクルのパターン像）がない位置で行なわれるもの
とする。

〈ステップ104〉次に主制御系８は、計測された１パルスの平均エネル
ギーと適正露光量Soとの値に基づいて、平均粗露光パ
ルス数Ｎを以下の式（８）により算出する。

Ｎ＝int（So/） ……（８）この式（８）はSo/の整数をとることを意味する。

〈ステップ106〉一方、揺動ミラー20の半周期中の最小パルス数Nmin
は、予め実験等により求められ、メモリ６に記憶されて
いるが、主制御系８はその数Nminを読み出して次のステ
ップへ進む。

〈ステップ108〉ここで主制御系８は、露光制御時に精度Ａ（％）を保
証するために必要な最小必要平均粗露光パルス数Ncを算
出する。この算出は、ステップ102で平均エネルギー
が求められたときに同時に行なってもよい。そのパルス
数Ncは先に述べた式（３）と同等の式（９）により算出
される。

そして、さらに主制御系８は、ステップ104で求めた
パルス数Ｎが、式（９）で示されたＮの最小値Ncと、半
周期中の最小パルス数Nminのどちらに対しても大きいか
否かを判断する。ここでもし、NcとNminのいずれか一方
でもＮより大きいときは、所望の露光精度Ａ又は干渉縞
によるむらの消去が達成できないので、ステップ110に
進む。

〈ステップ110〉ここでは、例えば第１図中に示した低速減光部11によ
って所定倍率だけビーム光量が減光されるように制御す
る。もちろん、その他、レーザ光源10そのものでビーム
光量を減衰させてもよい。ここで主制御系８は、そのと
きの正確な減衰率Amを記憶する。

尚、減衰率は、おおよそN/max（Nc、Nmin）の値で決
められる。

〈ステップ111〉さらに主制御系８は、ステップ102を再度実行するか
否かを判断し、もしここで再測定をすることが設定され
ている場合は、ステップ102に進み、そうでないときは
ステップ112に進む。

〈ステップ112〉ここでは、ステップ110で減光させた量（減衰率Am）
に基づいて、平均粗露光パルス数Ｎを変更する。変更さ
れたパルス数をＮ′とするとＮ′＝N/Am（ただしAm＜１）の演算によって新しいパルス数Ｎ′が決定される。

〈ステップ114〉次に主制御系８は、先の（４）式に基づいて粗露光終
了判定レベルRcを決定する。この際、（４）式中のＮ
は、ステップ112で新たなパルス数Ｎ′に変更されたと
きは、そのＮ′を代入する。

〈ステップ116〉ステップ114と同時に、揺動ミラー20の振動半周期中
のパルス数Nm（ただしNm≧Nmin）を決定する。この決定
のために主制御系８は次の演算を行なう。

Nm＝N/int（N/Nmin）すなわち、平均粗露光パルス数Ｎ（又はＮ′）をNmin
で割ったものの整数値で、パルス数Ｎ（又はＮ′）を除
算することによって得られる。

〈ステップ118〉次に、揺動ミラー20の角度位置を、例えば必要とする
振れ角（α゜）の最大位置にセットし、高速減光部13の
ターレット板16の透過率1.0の窓16aをビームLB₁と対向
させて、エネルギー調整量を初期化（100％透過）す
る。

さて、この状態で露光準備が整ったので、ウェハＷは
XYステージにより所定位置（投影レンズPLの直下）にス
テッピングされ、ウェハＷ上の１つのショット領域とレ
チクルＲとが重なり合う位置で静止する。その後、粗露
光が開始されるが、粗露光開始とともに次のステップ12
0以降の動作が実行される。

〈ステップ120〉ここでは、揺動ミラー20の角度を１ステップ（Δα
゜）だけ偏向し、トリガ制御部９を介して粗露光の１パ
ルスを発光させる。

ここで１ステップの角度Δα゜は以下の式により決定
される。

Δα＝α゜（最大振り角）/Nm 〈ステップ122〉ステップ120で１パルスの発光が行なわれると、光量
モニター26は、それまでの積算値に新たな１パルス分の
光量に対応した信号値を積算した新たな積算値１を出力
する。主制御系８はこの積算値１を読み込んで、レチク
ルＲ（又はウェハＷ）上での実際の露光量の適正露光量
に対する比Ｒを次式により算出する。

Ｒ＝I/（Ｋ・So）〈ステップ124〉次に主制御系８は、先に求めた終了判定レベルRcと値
Ｒとの大小関係を比較し、ＲRcが真のときに次のステ
ップ126に進み、偽のときは再びステップ120に戻って同
様の動作を繰り返す。以上のステップ120、122、124が
繰り返されることによって、ミラー振動の半周期中にNm
回だけ、Δα゜ずつビーム揺動角を変えて粗露光パルス
がレチクルＲに照射される。

〈ステップ126〉ここで主制御系８は、粗露光の終了時点ですでに必要
な露光量制御精度Ａが満たされているか否かを、Ｒ
（１−Ａ）の比較により判定する。ここでＲ（１−
Ａ）が真であれば、次のステップ128に進み、Ｒ（１
−Ａ）が偽であるときは、修正露光が必要であると判定
されてステップ130に進む。

〈ステップ130〉主制御系８は修正露光時に必要なエネルギー調整量ａ
（減光量）ａと、修正パルス数ｎを、先の（５）、
（６）式に基づいて決定する。そしてこの調整量ａに基
づいて、高速減光部13の適当なメッシュフィルター（第
２図参照）が選ばれ、自動的にセットされる。尚、第２
図のようなメッシュフィルターを用いると、必要とする
調整量ａ（０＜ａ＜１）は一義的な１つの数値（離散的
な１つ）に決まってしまうため、修正パルス数ｎを１〜
５パルス程度の間で選ぶことになる。

〈ステップ132〉ここで修正露光の１パルスを発光させるが、このとき
揺動ミラー20の角度は粗露光から引き続き１ステップ
（Δα゜）毎に偏向させ、これに同期してパルス発光の
トリガがかけられるものとする。この修正露光時には、
ウェハＷ上に生ずる干渉縞（一次元のスペックルパター
ン）による照度むらはほとんど消去されており、実際の
ところミラー偏向角とパルス発光との同期を、ことさら
考える必要はない。

〈ステップ134〉修正露光のパルス数が所定の数ｎに達したか否かを判
定し、否のときはステップ132に戻り、修正露光を続行
する。修正露光が完了するとステップ128へ進む。

〈ステップ128〉ここでは、ウェハＷ上の次のショット領域について引
き露光を行なうか否かを判断し、露光するときはXYステ
ージをステッピングさせるとともに、ステップ118へ戻
って、揺動ミラー20の角度の初期化、及び高速減光部13
の透過率のイニシャライズ（ａ＝1.0）を行なう。

ウェハＷ上のすべてのショット領域が露光されたとき
は一枚のウェハに対する露光シーケンスが終了すること
となる。

以上、第12図のフローチャート図に従えば、能率よ
く、要求された露光量制御精度で、かつ干渉縞による照
度むらを除去した露光が可能である。

以上、本実施例では、揺動ミラー20の半周期の振動中
に粗露光が完了するものとしたが、これは必ずしもその
必要はなく、例えば先の第10図（Ｂ）、（Ｃ）に示した
発光同期ダイミングにしてもよい。この場合、ミラー振
動の１周期以上（1/2周期ずつの増加）に渡ってパルス
発光を同期（パルス数はｈを整数としてｈ・Nm）させる
ことも同様に実施できる。

また、揺動ミラー20の振れ角は、第４図に示したよう
に、フライアイレンズ28に入射するビームが光軸AXに対
して左右対称に傾いたときの振れ幅α゜をもって規定し
たが、これは必らずしも光軸AXに対して左右対称な振れ
角である必要はない。

さらに本実施例の場合は、フライアイレンズ28の配列
方向にほぼ一次元の干渉縞が生じることから、揺動ミラ
ー20は一次元のみ振動させたが、２次元にランダムなス
ペックルが生じたり、２次元の干渉縞が生じたりする場
合は、ミラー20をジンバル機械で支持してピエゾ素子に
より２次元に揺動させるか、又は揺動軸が直交した２つ
の揺動ミラーを設ける必要がある。この場合、Ｘ、Ｙ方
向について、夫々スペックル又は干渉縞が消去できる最
低パルス数を、ビームの揺動角のＸ方向とＹ方向につい
てそれぞれNmin（ｘ）、Nmin（ｙ）として求めておき、
Nmin（ｘ）×Nmin（ｙ）の最小パルス数に基づいて適正
露光量を管理すれば、全く同様の効果が得られる。また
は、揺動ミラー20の振動は一次元方向であっても、その
振動方向にＸ、Ｙ両成分を持たせるように斜め方向に振
動してもよい。

ところで、先の第12図のフローチャートにおいて、例
えばミラー振動の半周期のみで粗露光が終了するととも
に、半周期中に発光するパルス数Nmが、最小パルス数Nm
inに近い場合、たまたま実露光中の１パルスあたりの平
均粗露光エネルギー量が変動して大きくなったとする
と、ステップ120、122、124のループの繰り返しを終了
した時点で、実際に露光したパルス数がNminより小さく
なることも起り得る。そこでミラー揺動の半周期中にス
ペックル消去のために最小限必要なパルス数Nminに対し
て、なる数を設定し、ステップ116でパルス数Nmを決定する
ときは、を満すようにすればよい。

また本実施例の露光制御では修正露光を取り入れて精
度を満すようにしたが、低速減光部11、又は高速減光部
13に、ビームの光量減衰率を無段階に連続可変できる構
造の採用、あるいは離散的な高速減光部13と低速減光部
11との組み合わせによって、平均粗露光パルス数Ｎ（又
はＮ′）を十分大きく取った場合、修正露光の必要性は
極めて低くなるため、省略してもよい。この修正露光を
行なうシーケンスを取るか、行なわないシーケンスを取
るかの判断は、１つにはスループット（１ショットあた
りの露光時間）との兼ね合いで決められる。例えば修正
露光を行なう場合、トータルの露光時間は第11図に示し
た通り、修正パルスのエネルギー量と数の決定及び設定
に要する時間と修正露光時間とが余分にかかる。従って
１パルスあたりの平均露光エネルギー量を低下させ
て、全て粗露光モードで行なうときのトータルの時間を
予め算出し、スループット的に早い方を選択するような
シーケンスを組み込んでおくことも有効である。

さて本実施例の第１図においては、オプチカルインテ
グレータとしてのフライアイレンズ28は１段であった
が、例えば特開昭58−147708号公報に開示されているよ
うに、同等の機能のインテグレータを２段配置にしても
よい。このようにすると、各段のインテグレータのレン
ズエレメント（ロッドレンズ）の数をそれぞれm₁、m₂個
としたとき、投影レンズPLの瞳epではm₁×m₂個の２次光
源像（レーザビームの集光スポット）が作られることに
なり、照度均一化がより高精度になる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、所望の露光量制御精度を確保
しつつ、しかも被照射面で生じるスペックル、干渉縞を
多数のパルス発光毎に微小量だけ移動させて、平滑化を
行なうため、極めて安定したパターン転写が達成され
る。またスペックル、特に１次元（又は２次元）の干渉
縞のように、ある方向に周期をもったものでは、その１
周期内で干渉縞を微小量ずつ移動させて、複数のパルス
光で重ね露光するとき、干渉縞を平滑化するのに必要な
最小のパルス数を予め求めておくため、ランダムに干渉
縞を移動させる場合とくらべて格段に効率的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による露光装置の構成を示す
図、第２図は減光部に使われる可変光量調整機構の構造
を示す平面図、第３図は第２図の機構によって得られる
光量調整特性を示す図、第４図はオプチカルルイングレ
ータとしてのフライアイレンズと入射ビームの関係を模
式的に示す図、第５図はビームの揺動方向とビームの断
面形状との関係を示す図、第６図はフライアイレンズの
射出端に作られるスポット光の移動の様子を示す図、第
７図はビームの揺動角とパルス発光のタイミングを示す
図、第８図はレチクル（又はウェハ）上にできる干渉縞
の強度分布の一例示す図、第９図はビームの揺動により
干渉縞を移動させて、干渉縞を平滑化したときの強度分
布の一例を示す図、第10図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はビ
ーム揺動とパルス発光のタイミングとの関係を示す図、
第11図は、粗露光と修正露光の時系列的なパルス発振の
様子を示す図、第12図は本実施例の代表的な動作を示す
フローチャート図、第13図は投影レンズの瞳面での光源
像の様子を示す平面図、第14図はオプチカルインテグレ
ータの１つのレンズ素子の端面でのビームスキャンの様
子を示す平面図である。〔主部分の符号の説明〕Ｒ……レチクル、Ｗ……ウェハ、PL……投影レンズ、 LB₀、LB₁、LBa、LBb、LBc……レーザビーム、 SP、SPa、SPb、SPc……スポット光、８……主制御系、10……パルスレーザ光源、 11……低速減光部、13……高速減光部、 20……揺動ミラー、24……受光素子、 26……光量モニター、 28……オプチカルインテグレータ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｓ 3/097 Ａ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可干渉性のパルス光を発生するパルス光源
と、該パルス光を第１物体に照射する照射光学系とを備
え、該第１物体に形成されたパターンを前記パルス光の
複数の照射によって感応性の第２物体上へ適正露光量に
制御して転写する装置において、前記パルス光の照射によって前記第１物体、もしくは第
２物体上に固有の周期をもって生じるスペックルパター
ンを、少なくとも一方向に所定の範囲で移動させるため
に前記照射光学系に設けられたスペックル位置変更手段
と；該スペックルパターンを前記所定範囲内で移動させる間
に前記複数のパルス光を照射したとき、前記第２物体上
での固有のスペックルパターンがほぼ平滑化して露光さ
れるのに必要なパルス数を予め記憶する記憶手段と；該記憶手段に記憶されたパルス数を基準にして、１パル
スあたりの平均的な光量と前記適正露光量とに基づいて
前記スペックル位置変更手段の動作によるスペックルパ
ターンの移動をほぼ１周期分にするのに必要なパルス数
を決定する演算手段とを備えたことを特徴とする露光制
御装置。
【請求項２】可干渉性のパルス光を発生するパルス光源
と、該パルス光を第１物体に照射する照射光学系とを備
え、前記パルス光の複数の照射によって前記第１物体に
形成されたパターンを感応性の第２物体上の特定領域へ
適正露光量に制御して転写する装置において、前記照射光学系に設けられて、前記パルス光の照射によ
り前記第１物体、もしくは第２物体上に固有の周期で生
じるスペックルパターンまたは２次元にランダムに生じ
るスペックルパターンの位置を各パルス光毎に変化させ
るスペックル位置変更手段と；前記第１物体または第２物体に照射される前記パルス光
の１パルスあたりの平均的なエネルギー値を前記第２物
体の露光前に予め計測する計測手段と；前記適正露光量と前記１パルスあたりの平均エネルギー
値とに基づいて前記特定領域の露光時に必要な適正露光
パルス数を算定する第１演算手段と；前記スペックル位置変更手段を動作させつつ前記第２物
体の特定領域を前記適正露光パルス数分のパルス光で露
光したときに前記第２物体上で平滑化されるスペックル
パターンのビジビリティで決まる照度均一性が所望の精
度内になるように、前記パルス光源からのパルス光の発
生と前記スペックル位置変更手段の動作とを関連付ける
ための条件を前記算定された適正露光パルス数に基づい
て決定する第２演算手段とを備え、該決定された条件に従って前記第２物体の特定領域を露
光することを特徴とする露光制御装置。
【請求項３】前記第１演算手段は、前記パルス光源から
発生する各パルス光のばらつき量を考慮して前記適正露
光量を所定の制御精度で達成するように予め定めた最小
パルス数Ncと前記算定された適正露光パルス数との大小
関係を判定する判定部を含み、該判定部は前記適正露光
パルス数が前記最小パルス数Ncよりも小さくなるときは
前記１パルスあたりの平均エネルギー値の変更を指示す
ることを特徴とする請求項２に記載の露光制御装置。
【請求項４】前記照明光学系は、前記判定部からの指示
に応答して前記パルス光源からのパルス光の前記１パル
スあたりの平均エネルギー値を所定量だけ低下させる減
光部材を有し、前記第１演算手段は該減光部材で低下さ
れる１パルスあたりの平均エネルギー値に基づいて前記
適正露光パルス数を演算し直す再演算部を含むことを特
徴とする請求項３に記載の露光制御装置。
【請求項５】前記照明光学系は前記第１物体上でのパル
ス光の照度分布を均一化するために複数の光学ロッドで
構成されたオプチカルインテグレータを含み、前記スペ
ックル位置変更手段は前記パルス光源と前記オプチカル
インテグレータとの間に配置されて、前記オプチカルイ
ンテグレータの各光学ロッドから射出されるパルス光の
間で生じる干渉状態を各パルス光毎に変化させることを
特徴とする請求項２に記載の露光制御装置。
【請求項６】前記第１演算手段は、前記第２物体上で平
滑化されるスペックルパターンのビジビリティを許容範
囲内に低減するのに必要な最小パルス数Nminを記憶する
記憶部を有し、前記第１演算手段の判定部は、前記最小
パルス数Ncと最小パルス数Nminのどちらかが前記算定さ
れた適正露光パルス数よりも大きいときに前記１パルス
あたりの平均エネルギー値の変更を指示することを特徴
とする請求項３に記載の露光制御装置。
【請求項７】前記第２物体の特定領域に対する露光を、
前記第１物体に照射される複数パルス光を前記１パルス
あたりの平均エネルギー値が大きい複数の粗露光用パル
ス光と、前記１パルスあたりの平均エネルギー値が小さ
い単一若しくは複数の修正露光用パルス光とに分けて実
行する制御手段を含むことを特徴とする請求項２に記載
の露光制御装置。
【請求項８】前記第２物体の特定領域を適正露光量で露
光するために前記第１物体に照射される複数のパルス光
を、前記１パルスあたりの平均エネルギー値がほぼ一定
のパルス光のみで実行するように制御する制御手段を含
むことを特徴とする請求項２に記載の露光制御装置。
【請求項９】可動部を備えた動的なスペックル位置変更
手段を含む照明手段を介して、光源から放射される可干
渉性のパルス光を第１物体に照射し、該第１物体に形成
された回路パターンを適正露光量に制御して第２物体上
の特定領域に転写する露光方法において、前記第２物体の露光前に前記パルス光の１パルスあたり
の平均的なエネルギー値を計測し、該１パルスあたりの
平均エネルギー値と前記適正露光量とに基づいて前記特
定領域の露光に必要な適正露光パルス数を算定する段階
と；前記第２物体の特定領域を前記適正露光パルス数分のパ
ルス光で露光したときに前記スペックル位置変更手段の
動作によって動的に平均化されたスペックルパターンの
ビジビリティが許容範囲まで低減されるように前記光源
からのパルス光の発生と前記スペックル位置変更手段の
動作とをか関連付けるための条件を、前記算定された適
正露光パルス数に基づいて決定する段階と；前記スペックル位置変更手段の動作と前記光源からのパ
ルス光の発生とを前記決定された条件に従って同期させ
て前記第２物体の特定領域を露光する段階とを含むこと
を特徴とする露光方法。
【請求項１０】前記照明手段は、前記光源からのパルス
光を入射するオプチカルインテグレータを有し、前記ス
ペックル位置変更手段は前記オプチカルインテグレータ
に入射するパルス光の角度を、少なくとも１次元に所定
の角度範囲内で変更する揺動ミラーで構成され、前記光
源からのパルス光の発生と前記揺動ミラーの動作とを関
連付ける条件は、前記揺動ミラーが所定の角度範囲内で
半周期の整数倍だけ偏向動作を行う間に前記適正露光パ
ルス数分のパルス光が前記揺動ミラーの所定の角度範囲
内でほぼ均等の微小角度毎に振り分けられて発生するよ
うに設定されることを特徴とする請求項９に記載の露光
方法。
【請求項１１】前記第２物体の特定領域に対する露光
は、前記第１物体に照射される複数のパルス光を前記１
パルスあたりの平均エネルギー値が大きい複数の粗露光
用パルス光と、前記１パルスあたりの平均エネルギー値
が小さい単一若しくは複数の修正露光用パルス光とに分
けて実行され、前記スペックル位置偏向手段の動作と前
記光源からのパルス光の発生との前記決定された条件に
従った同期を、前記粗露光用パルス光の発生時に実行す
ることを特徴とする請求項９に記載の露光方法。
【請求項１２】前記粗露光用パルス光と修正露光用パル
ス光とは、前記照明手段に設けられた減光部材の調整、
若しくは前記光源でのパルス光の発生強度の調整によっ
て生成されることを特徴とする請求項11に記載の露光方
法。
【請求項１３】前記適正露光パルス数を算定する段階
は、前記光源から発生する各パルス光のばらつき量を考
慮して前記適正露光量を所定の制御精度で達成するよう
に予め定めた最小パルス数Ncと前記算定された適正露光
パルス数との大小関係を判定し、前記適正露光パルス数
が前記最小パルス数Ncよりも小さくなるときは前記１パ
ルスあたりの平均エネルギー値を変更して、前記適正露
光パルス数を算定し直す工程を含むことを特徴とする請
求項９に記載の露光方法。
【請求項１４】前記第２物体の特定領域を露光する段階
において前記スペックル位置変更手段の動作と前記光源
からのパルス光の発生とを同期させる際、前記スペック
ル位置変更手段の動作速度を変化させることを特徴とす
る請求項９に記載の露光方法。