JP3125307B2 - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部分ガス交換、ガス注
入等を必要とするエキシマレーザ等を露光光源とする半
導体素子製造用の露光装置（ステッパー等）に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子製造のフォトリソグラ
フィ工程で使われる露光装置においては、素子の高集積
化に伴って回路の最小パターン寸法も微細化しており、
露光用光源として従来主流であった水銀ランプに代わ
り、エキシマレーザを用いた露光装置が開発されてきて
いる。エキシマレーザと露光装置本体とは、電線または
光ファイバーのインターフェイスケーブルで結合され、
露光装置本体内のメインコンピューターのシーケンスに
従ってレーザを発光する方式が一般的である。インター
フェイスの信号としては、例えば露光装置本体からエキ
シマレーザへは発光トリガ、高電圧の充電開始、発振開
始、停止等を表わす信号、エキシマレーザから露光装置
本体へは発振スタンバイ完了、内部シャッターポジショ
ン、インターロック作動中等を表わす信号が挙げられ
る。

【０００３】さて、この種の露光装置ではレーザ光がパ
ルス毎に±１０％程度のばらつきを有している上、露光
面（レチクルまたはウエハ）上にはレーザ光の持つ可干
渉性による規則的な干渉パターン、さらに照明光学系内
の傷、ゴミ、面不良等によって生じる位相の異なった多
数の光束が重なった不規則な干渉パターン（スペック
ル）が発生し、これらにより露光面には照度むらが生じ
得る。上記２つの干渉パターン、特に規則的な干渉パタ
ーンは、フォトリソ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、例えば
特開昭５９−２２６３１７号公報、または特開平１−２
５９５３３号公報に開示された手法と同等の手法で、規
則的な干渉パターンやスペックル（以下、まとめて干渉
パターンと呼ぶ）を平滑化することも考えられている。
上記公報に開示された干渉パターンの平滑化（インコヒ
ーレント化）は、振動ミラー（ガルバノミラー、ポリゴ
ンミラー）によってレーザ光を一定周期で一次元または
二次元移動（ラスタースキャン）させて、空間的にコヒ
ーレンシィを低減させていくものである。つまり、１パ
ルス毎に照度均一化手段（オプチカルインテグレータ）
へのレーザ光の入射角を変化させることによって、干渉
パターンをレチクル上で１パルス毎に移動させ、最終的
に干渉パターンを平滑化する、換言すれば照度均一性を
高めるものである。この際、振動ミラーによる一次元ま
たは二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２０
nsec程度と極めて短いため、振動ミラーを１０Hz程度で
振動させたとしても、エキシマレーザの１パルス中、振
動ミラーは恰も静止しているように振る舞う。

【０００４】従って、複数パルスによる干渉パターンの
平滑化（照度均一化）と所望の露光量制御精度とを達成
するためには、(1) 露光中は１パルス当たりのエネルギ
ー量をほぼ一定に保つこと、(2) 振動ミラーによる一次
元又は二次元走査におけるミラー振動半周期の整数倍の
パルス数にて目標露光量を得ることが重要となる。とこ
ろで、レーザ光源には短期的、長期的にレーザ密度の低
下現象もある。このレーザ密度の低下現象はガスレーザ
において顕著であり、チャンバー内部に密封された活性
媒質の混合ガスの劣化に伴って出力の低下が起こる。例
えばエキシマレーザは、フッ素等のハロゲンガス、クリ
プトン、アルゴン等の不活性ガス、及びヘリウム、ネオ
ン等の希ガスの３種の混合ガスをレーザチャンバーに封
入し、チャンバー内の放電によりハロゲンガスと不活性
ガスとが反応してレーザ光を放出するが、レーザ光放出
を繰り返すうち、ハロゲンガスがチャンバー内に発生す
る不純物と結合したり、チャンバーの内側に付着したり
するため、ハロゲンガスの濃度が低下してレーザ光のパ
ルスエネルギーが低下してしまう。一般に、エキシマレ
ーザ光源に対する印加電圧（または充電電圧）と、その
印加電圧のもとで射出される露光パルスのエネルギー量
との関係に経時的な変化、例えば活性媒質の混合ガスの
劣化（ハロゲンガスの濃度低下）に伴ってレーザ光源の
出力が低下すると、上記関係から次に射出すべきパルス
エネルギー量に対応する印加電圧を決定しても、所望の
発振エネルギー量を得ることができなかった。

【０００５】通常、レーザ光源には印加電圧一定モード
とエネルギー量一定モードとがある。特にエネルギー量
一定モードにおいてハロゲンガスの濃度低下等による出
力低下が生じた場合には、従来よりレーザ光の一部を受
光してそのエネルギー量を検出し、この検出値を印加電
圧にフィードバックすることによって、チャンバー内部
の２枚の電極間の印加電圧を徐々に増加させていき、出
力の低下を少なくするような工夫がなされている。とこ
ろが、印加電圧には上限があるため、印加電圧が上限に
達した際には、ハロゲンガス注入（ＨＩ:HalogenInject
ion) 動作を行って、ハロゲンガス濃度を適正値に戻
し、印加電圧を下げる必要があった。また、ＨＩ動作を
繰り返すうち、レーザチャンバー内の不純物が増加する
ので、ＨＩ動作を実行しても、ハロゲンガスがこれら不
純物と結合し、ガス濃度の低下により印加電圧が上昇す
ることになる。この結果、ＨＩ動作の周期が徐々に短く
なり、印加電圧が上限値近傍にあるにもかかわらず、パ
ルスエネルギー量は徐々に低下していってしまう。従っ
て、ＨＩ動作の効果がなくなった場合、または所定の条
件まで低下した場合、３種の混合ガスを部分的に入れ換
える、いわゆる部分ガス交換（ＰＧＲ:Partial GasRepl
acement）動作を実行する必要があった。尚、ＰＧＲ動
作が再度必要となるまでは、先のＨＩ動作を繰り返し実
行している。以上のＨＩ動作、ＰＧＲ動作はエキシマレ
ーザ光源内の制御プロセッサーの指令でほぼ自動的に行
なわれていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
如き従来の露光装置においては、エキシマレーザ光源を
エネルギー量一定モードで発振させることにより常にほ
ぼ一定の発振エネルギー量は得られるが、所定のエネル
ギー量制御範囲の全域で所望の発振エネルギー量（すな
わち、その発振エネルギー量に対応する印加電圧）を得
ることはできない。換言すれば、パルス毎に正確な発振
エネルギー量の微調整を行えず、高精度な露光量制御を
達成することができずに歩留り等が低下するという問題
点があった。さらに、ＨＩ動作、ＰＧＲ動作が専らレー
ザ光源側で単独に制御されているため、ステップアンド
リピート方式でウエハを露光していく時に、１つのショ
ット領域の露光中（通常数十パルス以上が必要）にＨＩ
動作、ＰＧＲ動作が非同期に実行されると、当該ショッ
ト、さらには次ショットの露光に大きなダメージを与え
る可能性がある。

【０００７】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、部分ガス交換、ガス注入等を必要とするレーザ光源
を使用する露光装置において、高精度な露光量制御を達
成でき、ガス注入等を要因とした歩留りの低下も防止す
ることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】かかる問題点を解決する
ため本発明においては、部分ガス交換、もしくはガス注
入を必要とし、発振のたびに所定の範囲内でエネルギー
変動を伴うパルス光を射出するエキシマレーザ光源１
と、レーザ光源に対する印加電圧を調整する手段〔印加
電圧制御部１１〕とを備え、調整手段により所定のエネ
ルギー量に制御された複数のパルス光をレチクルＲに照
射することによって、レチクルＲに形成されたパターン
を所定の露光量で感応基板〔ウエハＷ〕上に露光する装
置において、感応基板に対する露光状態に対応して、レ
ーザ光源の部分ガス交換、もしくはガス注入の要否に対
応した信号〔要求信号ＳＡ及び禁止信号ＳＢ〕を出力す
る第１の制御手段〔主制御系９〕と；レーザ光源の発振
状態に対応して、部分ガス交換、もしくはガス注入の要
否に対応した信号〔要求信号ＬＡ及び禁止信号ＬＢ〕を
発生するとともに、この発生した信号と第１の制御手段
から入力した信号とに基づいて、レーザ光源の部分ガス
交換、もしくはガス注入の時期を検知して実行する第２
の制御手段〔制御系２５〕と；レーザ光源への印加電圧
と、この印加電圧のもとでレーザ光源から射出されるパ
ルス光のレチクルまたはウエハ上でのエネルギー量との
関係に関する情報を格納する記憶手段〔メモリ７〕と；
レーザ光源から実際に射出されたパルス光のレチクルま
たはウエハ上でのエネルギー量を検出するエネルギー量
計測手段〔受光素子４及び光量モニター部５〕と；所定
の単位パルス数、もしくは単位時間毎、または部分ガス
交換、もしくはガス注入が実行されるたびに、レーザ光
源に与えられた印加電圧とエネルギー量計測手段にて検
出されたエネルギー量とに基づいて記憶手段に格納され
た上記情報を更新する演算手段〔演算器６〕と；この更
新された情報に基づいて、次に射出すべきパルス光のエ
ネルギー量に対応するレーザ光源への印加電圧を決定す
る決定手段〔演算器６〕とを設ける。

【０００９】

【作用】本発明においては、少なくとも１つのショット
領域の露光中に、レーザ光源側での非同期な部分ガス交
換、ガス注入によって引き起こされるレーザ出力の変動
を避けるため、レーザ光源の発振状態と感応基板に対す
る露光状態とに対応して、レーザ光源と露光装置本体と
の各々に、上記動作の要求条件と禁止条件とを持たせ、
２つの要求条件の少なくとも一方が満たされ、かつ２つ
の禁止条件がともに満たされていない時のみ、上記動作
を実行するように、露光装置本体との連携でレーザ光源
を協調制御する。さらに、露光量制御のために１パルス
毎にレーザ光源への印加電圧を制御するにあたって、レ
ーザ光源に対する印加電圧（またはエネルギー発振時の
実際の充電電圧）とパルスエネルギー量とに関するデー
タを、単位パルス数もしくは単位時間毎、または部分ガ
ス交換もしくはガス注入動作が実行されるたびに取り込
み、予め記憶手段に格納された印加電圧とパルスエネル
ギー量との関係式を逐次更新していくこととした。

【００１０】このため、１つのショット領域の露光中は
部分ガス交換、ガス注入動作の実行を避けることができ
るとともに、印加電圧とパルスエネルギー量との関係が
経時変化を起こしても、それを表現する関係式は経時変
化に応じて適宜更新されるので、常に良好な露光量制御
を達成することが可能になる。

【００１１】

【実施例】図１は本発明の実施例による露光装置の概略
的な構成を示す斜視図、図２は図１に示した露光装置の
制御系のブロック図である。以下、図１及び図２を参照
して本実施例の装置の構成について説明する。図１にお
いて、エキシマレーザ光源１はその内部に希ガスハライ
ド等の混合ガスが封入されたレーザチャンバー、レーザ
チャンバーを挟んで両端に配置されるフロントミラー
（半透過性）とリアミラー、２枚の共振ミラーの間の一
部に配置される波長狭帯化のための波長選択素子（回折
格子、プリズム、エタロン等）、発振波長の絶対値をモ
ニターするための分光器、レーザパワーのモニター用の
ディテクター、及びシャッターＳＨ等を有し、安定共振
器を持つレーザ光源として構成されている。そして、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り、レジスト層を感光す
るような波長の遠紫外光、例えばＫｒＦエキシマレーザ
光（波長２４８nm）を発振する。

【００１２】エキシマレーザ光源１に対するＰＧＲ動
作、ＨＩ動作は制御系２５（本発明の第２の制御手段）
によって行われるが、本実施例では制御系２５のみによ
る単独制御は行わず、露光装置本体（主制御系９）との
連携で協調制御するようになっている。ここで、図２に
示すようにトリガ制御部１０はエキシマレーザ光源１に
て必要な所定の充電時間が経過した後、外部トリガパル
スをエキシマレーザ光源１に送ってその発振（パルス
数、発振間隔等）を制御する。印加電圧制御部１１は、
エキシマレーザ光源１の高圧放電電圧（印加電圧に対
応）を制御するものであって、主制御系９からの指令に
応じて印加電圧を変化することで、次に照射すべきパル
ス光のエネルギー量の微調整を行う。ガス供給制御部２
４は、エキシマレーザ光源１に対するＰＧＲ動作、ＨＩ
動作の実行を制御するものであるが、上記の如く露光装
置本体との連携で協調制御する。以上のトリガ制御部１
０、印加電圧制御部１１及びガス供給制御部２４によっ
て制御系２５（図１）が構成されており、制御系２５は
エキシマレーザ光源１の波長安定化のための制御等もあ
わせて行う。

【００１３】さて、エキシマレーザ光源１から射出され
るレーザビームＥｘＢは、２枚の電極の配置形状に応じ
た矩形断面、すなわ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。そこで、レーザビーム
ＥｘＢは可動ミラーＭ₁ 、固定ミラーＭ₂ を介して２組
（凹凸）の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１４（ビーム断面形状変換光学系）に入
射し、ここで所定の断面形状、サイズに成形される。つ
まり、ビームエクスパンダー１４はレーザビームの短手
方向の幅を拡大し、ビーム断面をほぼ正方形に変換して
射出する。

【００１４】さらに、ビームエクスパンダー１４からの
射出ビームは減光部１５に入射し、ここでビーム光量
（エネルギー）が０％（完全透過）から１００％（完全
遮光）の間で連続的、もしくは段階的に減衰させられ
る。図２に示すように、減光部１５は減光制御部１２に
よってその減光率（透過率）が所定値に制御される。
尚、後述するように減光部１５の減光率は、レチクル
Ｒ、またはウエハＷ上に生じる干渉パターンを平滑化す
るために必要なパルス数Ｎspと、ウエハＷへ与えられる
積算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パターン露光に
必要なパルス数Ｎexp 、及び適正露光量から決定される
ものである。

【００１５】ここで、例えば減光部１５の減光率が離散
的な６段階に設定されるものとすると、その減光率は露
光開始前にパルス数Ｎexp 及び適正露光量に基づいて選
択され、少なくとも１つのショット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１５はウエ
ハＷへの露光条件（例えば、レジストの感度特性に応じ
た１ショット当たりの適正露光量）に変化がない限り、
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
させるものであって、応答速度（減光率の切替速度）が
比較的低い光量調整機構で構わないことになる。

【００１６】本実施例で使用するのに好適な減光部１５
は、例えばターレット板に６種の減衰率（透過率）の異
なるメッシュフィルターを取付け、このターレット板を
回転させる方式が採用される。図３は減光部１５として
の回転ターレット板１６と６種類のメッシュフィルター
１６ａ〜１６ｆとの構造の一例を示すもので、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は回転ターレット板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キスバンダ
ー１４からのほぼ正方形なレーザビームＥｘＢの光路中
に位置するように構成されている。

【００１７】図４は、図３に示した回転ターレット板１
６の回転量と透過率との関係を示するものである。ここ
では、フィルター１６ａがレーザビームの光路中に位置
する時の回転量を零とし、図３において紙面内で反時計
回りに回転ターレット板１６を回転させたものとして示
している。図４では回転ターレット板１６を約６０°
（π／３）ずつ回転させると、所定の割合でレーザビー
ムが減光される。尚、回転量が２π（３６０°または０
°）の時はフィルター１６ａが選ばれるため、透過率は
１００％になる。

【００１８】ここで、回転ターレット板１６に取り付け
る減光素子としては、メッシュフィルター以外のものと
して、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組の回転ターレット板１６を一定の間隔を
おいて相対回転可能に設け、例えば第１回転ターレット
板の減光素子の透過率を１００％，９０％，８０％，７
０％，６０％，５０％とし、第２回転ターレット板の減
光素子の透過率を１００％，４０％，３０％，２０％，
１０％，５％に設定すれば、両者の組合せで、計３６通
りの透過率が実現できる。

【００１９】尚、減光部１５として所定の短形アパーチ
ャとズームレンズ系とを組み合わせて、ズーム比やアパ
ーチャー径を変えることで連続的に減光を行う方式、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、２枚の位相格子若
しくは明暗格子を相対的に移動させる方式、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偏光板を
回転させる方式等を採用しても構わない。

【００２０】図１の説明に戻って、減光部１５において
所定の減衰を受けたほぼ平行なビームは、干渉パターン
を平滑化する干渉パターン低減部材としての揺動ミラー
Ｍ₃ で反射された後、微小な角度で一次元（または二次
元）に振れる振動ビームとなって、オプチカルインテグ
レータとして機能するフライアイレンズ１９に入射す
る。揺動ミラーＭ₃ （ガルバノミラー、ポリゴンミラー
等）は、アクチュエータ（例えばピエゾ素子）等から成
る駆動部ＭＴによって所定角度内で一次元（又は二次
元）に振動され、１パルス毎にフライアイレンズ１９へ
のレーザビームの入射角を変化させることで、干渉パタ
ーンをレチクル上で一次元（又は二次元）移動させて最
終的に平滑化する、換言すれば照度均一性を高めるもの
である。

【００２１】従って、フライアイレンズ１９に入射する
レーザビームは、そのフライアイレンズ１９に入射面に
おける入射角が時々刻々変化する。ここで、フライアイ
レンズ１９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（ここではレーザビームの部分光束の夫々の
集光スポット）が形成されることになる。

【００２２】図５はフライアイレンズ１９の入射ビーム
と２次光源像（スポット光）との関係を示し、特開昭５
９−２２６３１７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１９の各ロッドレン
ズ１９ａは、両端に凸球面が形成された石英ガラスの四
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１９に入射すると、フライアイ
レンズ１９の各ロッドレンズ１９ａの射出端、または射
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は図５では１
つのロッドレンズのみについて表したが、実際にはビー
ムＬＢｂが照射されるロッドレンズの全ての射出側に形
成されることになる。しかも、ビームＬＢｂに対して各
スポット光ＳＰｂは、ロッドレンズの射出面のほぼ中心
に集光される。一方、光軸ＡＸに対して右方に傾いた平
行なビームＬＢｃがフライアイレンズ１９に入射する
と、各ロッドレンズ１９ａの射出面の左側にスポット光
ＳＰｃとして集光される。同様に、光軸ＡＸに対して左
方に傾いた平行なビームＬＢａは、ロッドレンズ１９ａ
の射出面の右側にスポット光ＳＰａとして集光される。
従って、干渉パターン制御部１３による平行ビームの一
次元の振動によって、フライアイレンズ１９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１
９（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。

【００２３】こうして、フライアイレンズ１９の射出側
にできた各スポット光を成す複数のビームは、図１に示
すようにビームスプリッターＢＳ₁ 、ＢＳ₂ を透過し、
コンデンサーレンズ系２１によってレチクルブラインド
（照明視野絞り）ＲＢ上でほぼ一様な強度分布となるよ
うに重ね合わされる。レチクルブラインドＲＢを通った
レーザビームはレンズ系２２、固定ミラーＭ₄ 、コンデ
ンサーレンズＣＬ、及び固定ミラー２を介してレチクル
Ｒの回路パターン領域をほぼ均一な照度分布で照明す
る。ここで、レチクルブラインドＲＢはレンズ系２２と
コンデンサーレンズＣＬとによって、レチクルＲと共役
になっている。レチクルＲは専用のレチクルアライメン
ト系３０Ｘ、３０Ｙによって装置本体に対してＸ、Ｙ、
θ方向に位置決めされている。

【００２４】以上のように、揺動ミラーＭ₃ はフライア
イレンズ１９に入射するビームを振動させることによ
り、レチクル面またはウエハ面に生じる干渉縞を微小量
移動させ、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平滑化し、干渉縞のビジビリティ
を低減させるものである。尚、本実施例では干渉パター
ンを平滑化するにあたって、フライアイレンズ１９に入
射するレーザ光を振動させているが、この他に例えば回
転拡散板をパルス光の発光に同期して回転させる構成と
しても良い。

【００２５】さて、レチクルＲの回路パターンの像は投
影レンズＰＬによって、レジスト層が形成されたウエハ
Ｗ上に所定の露光量で転写される。この際、少なくとも
像側（ウエハ側）テレセントリックの投影レンズＰＬの
瞳面（入射瞳）には、フライアイレンズ１９の射出端に
できる複数のスポット光（２次光源像）が再結像され、
いわゆるケーラー照明系が構成される。ウエハＷはＸス
テージ３２Ｘ上に載置され、このＸステージ３２Ｘはベ
ース上をＹ方向に移動するＹステージ３２Ｙ上をＸ方向
に移動する。これによってウエハＷは投影像面に沿って
２次元移動し、ステップアンドリピート方式の露光等が
行なわれる。

【００２６】また、Ｘステージ３２Ｘ上にはウエハＷと
ほぼ同じ高さで、透過型の基準スリットをもつ基準マー
ク板ＦＭが設けられている。基準マーク板ＦＭの下に
は、Ｘステージ３２Ｘに固定されたミラー（不図示）が
設けられている。基準マーク板ＦＭは、可動ミラーＭ₁
が図示の位置から退避した時、エキシマレーザ光源１か
らのパルス光を、複数のミラー及びＹステージ３２Ｙ上
に固定されたミラーＭ₆ を介して下面から受けるように
配置されている。ミラーＭ₆ に入射するエキシマビーム
はほぼ平行光束で、かつＹ軸と平行であり、ミラーＭ₆
によってＸ方向に直角に反射され、基準マーク板ＦＭの
下のミラーで垂直に上方へ反射される。従って、Ｘステ
ージ３２Ｘ、Ｙステージ３２Ｙがどのように移動して
も、エキシマビームはかならず基準マーク板ＦＭの下面
に入射する。

【００２７】ウエハＷのアライメント（マーク検出）
は、オフ・アクシス方式のウエハアライメント系３４で
行なわれる。ウエハアライメント系３４はウエハＷ上の
レジスト層を感光させない波長域の照明光（一様照明ま
たはスポット光）を用いて、ウエハＷ上の特定位置のア
ライメントマークを光電検出する。ウエハアライメント
系３４は投影レンズＰＬに対して一定の位置関係で固定
されているが、ウエハＷ上のマークの検出中心（アライ
メント系内の指標やスポット光）と、レチクルＲの回路
パターンの投影像の中心との相対位置関係、いわゆるベ
ースラインは、レチクルＲの交換毎にわずかに異なって
くるので、基準マーク板ＦＭを用いてベースラインを計
測できるようにしてある。このため、照明光学系の光路
中に配置されたビームスプリッターＢＳ₂ によって基準
マーク板ＦＭの発光スリットからのパルス光を一部分岐
させ、レンズ系２３を通して光電素子（フォトマル等）
２６で受光する。この光電素子２６の受光面は、レンズ
系ＣＬ、２１、２３等によって投影レンズＰＬの瞳面
（入射瞳もしくは出射瞳）とほぼ共役に配置されてい
る。

【００２８】さて、上記構成の装置において、可動ミラ
ーＭ₁ とエキシマレーザ光源１との間には、露光装置
（ステッパー）本体を収納するサーマルチャンバーの隔
壁があり、レーザ光源１はサーマルチャンバーの外部に
設置されている。また、ステッパー本体は主制御系９に
よって統括制御され、ＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙの移
動、レチクルアライメント系３０Ｘ、３０Ｙによるレチ
クルＲの位置決め、ウエハアライメント系３４によるウ
エハＷの位置検出、動作、レチクルブラインドＲＢの設
定、光電素子２６と基準マーク板ＦＭを使った一連の相
対位置関係のチェック動作、ビームスプリッターＢＳ₁
で反射されたパルス光の一部を受光する光電素子４（例
えば焦電型パワーメータやＰＩＮフォトダイオード等）
を用いた露光量制御動作、あるいは振動ミラーＭ₃ の振
動による干渉パターンの平滑化動作等を実行する。尚、
ＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙの位置は、不図示のレーザ
干渉式測長器（干渉計）によって座標値として逐次計測
されており、この座標値は主制御系９にも入力され、各
種位置計測に使われる。

【００２９】以上のステッパー側の構成は、本発明では
あくまでも一例にすぎず、上記構成に限られるものでは
ない。さて、図２に示すように受光素子４は、エキシマ
レーザ光源１から射出されるレーザビームの各パルス毎
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る。受光素子４から出力される
光電信号は光量モニタ部５に入力し、光量モニタ部５に
て各パルス毎に実際の光量に変換される。従って、受光
素子４及び光量モニタ部５は本発明のエネルギー量計測
手段を構成し、このように計測されたエネルギー量（実
測したエネルギー量に対応した値であれば良く、エネル
ギー量自体である必要はない）は演算器６に送られ、こ
こで各パルス毎の光量が順次積算される。さらに演算器
６において上記実測値（光量）は、露光量制御、エキシ
マレーザ光源１の印加電圧と露光パルスエネルギー量
（もしくはウエハＷへ与えられる実際のエネルギー量、
いわゆるドーズ量）との関係に関する情報の更新、及び
トリガ制御部１０から発振されるトリガパルスの１ショ
ット毎の発振制御のための基礎データとなっている。

【００３０】尚、受光素子４は予めパワーメータにより
ウエハＷに照射されるレーザビームの実際の光量と、受
光素子４の感度との関係が求められ、両者は一定の関係
で対応付けられてメモリ７に記憶されている。また、光
量モニタ部５にてパルス毎の光量を順次積算することと
し、この積算光量と先のパルス毎の光量を演算器６に出
力するようにしても構わない。

【００３１】演算器６は、本発明での印加電圧（または
充電電圧）と露光パルスエネルギー量（もしくはドーズ
量）との関係に関する情報を更新する手段と、次に照射
すべき露光パルスのエネルギー量に対応する印加電圧を
決定する手段とを備えている。例えば１枚のウエハを露
光している間、単位パルス数毎、もしくは単位時間毎に
上記情報を更新する場合には、予め前パルスまでの複数
パルスの発振時の印加電圧と、光量モニタ部５にて検出
された露光パルスエネルギー量とを取り込んでおき、こ
れらのデータに基づいて所定の演算処理（詳細後述）に
より上記情報を更新してメモリ７に格納する。従って、
１ショットの露光中であっても、露光を中断することな
く上記情報を更新することが可能となっている。

【００３２】尚、ステッパーの立ち上げ時に上記情報を
得る場合、またはパルス発振を長時間停止した後に発振
を再開する時、もしくはＰＧＲ動作、ＨＩ動作が実行さ
れた後に上記情報を更新する場合であって、ＸＹステー
ジ上にウエハＷが載置されている時には、露光動作に先
立ち、例えばウエハＷが感光しないようにＸＹステージ
を所定の退避位置まで移動した後、印加電圧を変化させ
ながらエキシマレーザを複数回発振させ、印加電圧とそ
の露光パルスエネルギー量との関係から上記情報を算
出、または更新すれば良い。

【００３３】また、演算器６は光量モニタ部５にて検出
される露光パルスエネルギー量をパルス毎に順次積算し
て求めた積算エネルギー量に基づき、所定の露光量制御
ロジックに従って、次に照射すべきパルス光のエネルギ
ー量を求めた後、先に更新した印加電圧と露光パルスエ
ネルギー量との関係に基づいて、次に照射すべきパルス
エネルギー量に対応する印加電圧を演算にて決定し、主
制御系９に送る。尚、露光量制御ロジックについては後
で詳しく説明するが、本実施例では干渉パターンの平滑
化（照度均一化）も行うようになっている。

【００３４】ここで、図１中にはエキシマレーザ光源１
におけるパルス発振時の２枚の電極間の充電電圧（エキ
シマレーザ光源１への印加電圧と一義的に対応してい
る）を検出する手段（本発明の充電電圧計測手段）を図
示しておらず、本実施例では充電電圧計測手段がない場
合について述べることとする。尚、エキシマレーザ光源
１に充電電圧計測手段を設ける場合は、充電電圧計測手
段による計測結果を演算器６に取り込み、印加電圧の代
わりに充電電圧と露光パルスエネルギー量との関係に関
する情報を更新するだけで良いので、ここでは説明を省
略する。

【００３５】主制御系９（本発明の第１の制御手段）
は、上記演算器６にて決定した印加電圧、発振トリガパ
ルス等に関する情報等を、制御系２５（トリガ制御部１
０、印加電圧制御部１１）に出力する。また、露光装置
本体側でのウエハに対する露光状態に対応して、エキシ
マレーザ光源１のＨＩ動作、ＰＧＲ動作の要否に対応し
た信号（後述の要求信号ＳＡ、禁止信号ＳＢ）を発生
し、この２つの信号も制御系２５（ガス供給制御部２
４）に出力する。さらに、各種演算結果に従って減光度
や干渉パターン制御に関する所定の指令信号を各制御部
１２、１３に与える他、装置全体の動作を統括制御す
る。また、必要に応じて最終的な積算光量（ウエハＷへ
の総露光量）を入出力装置８に出力する。

【００３６】尚、詳しくは後で述べるが、ガス供給制御
部２４はエキシマレーザ光源１の発振状態に対応して、
ＨＩ動作、ＰＧＲ動作の要否に対応した信号（後述の要
求信号ＬＡ、禁止信号ＬＢ）を発生するとともに、この
発生した２つの信号と主制御系９から入力した２つの信
号とに基づいてＰＧＲ動作、ＨＩ動作の実施時期を検知
して実行する。

【００３７】入出力装置８は、オペレータとステッパー
本体とのマン・マシーン・インターフェイスであり、露
光やパルス発振に必要な各種パラメータをオペレータか
ら受け付けると共に、ステッパーやエキシマレーザ光源
の動作状態をオペレータに知らせる。また、必要に応じ
て最終パルスのエネルギー量をオペレータに知らせる。

【００３８】また、メモリ７には入出力装置８から入力
された露光及び発振動作、さらに各種演算等に必要なパ
ラメータ（定数）やテーブル、あるいは上記受光素子４
の感度特性等が記憶されている。特に本実施例では、揺
動ミラーＭ₃によってレーザビームが半周期だけ振動す
る間に、良好な干渉パターンの平滑化に最低限必要なパ
ルス数（後述のＮvib)を決定するための情報が記憶され
ている。ここで、ビームの半周期とは、図５においてス
ポット光をＳＰa →ＳＰb →ＳＰc の順（または逆）に
移動させるのに、ビームをＬＢa →ＬＢb →ＬＢc の順
（または逆）に揺動角α°だけ傾けることに対応してい
る。尚、実際の振動ミラーの傾き量は、倍角定理からα
°／２になる。

【００３９】さて、演算器６はメモリ７に予め記憶され
ている干渉パターンを平滑化するために必要なパルス数
Ｎspと、１ショットの露光において所望の露光量制御精
度を達成するのに必要なパルス数Ｎe と、レジストの感
度特性に応じた１ショット当たりの適正露光量Ｓに関す
るデータとに基づいて、減光部１５の減光率βと後述す
る１パルス当たりの平均光量値（Ｐav・β）とを算出す
る。また、演算器６はこの平均光量値で各パルスを照射
した時に、ウエハＷに与えられるべき目標積算光量を算
出した後、この目標積算光量と前述した光量モニタ部５
から送られてきた実測値（エネルギー量）を順次積算し
て求めた実際の積算光量との差分Ｄを算出する。そし
て、この差分Ｄに基づいてエキシマレーザ光源１の印加
電圧を算出し、この印加電圧に関する情報を主制御系９
へ出力する。

【００４０】換言すれば、演算器６は上記差分Ｄに基づ
いて、次に照射すべきパルス光の光量を平均光量値（Ｐ
av・β）から補正して求め、主制御系９に送る。そし
て、この補正値に基づいて、エキシマレーザ制御系２５
は印加電圧制御部１１によってエキシマレーザ光源１の
印加電圧を制御する、すなわち上記補正値に対応した分
だけ印加電圧を修正してエキシマレーザ光源１に与える
ことになる。尚、エキシマレーザ光源１への印加電圧と
その射出パルスの光量（パルスエネルギー）との関係の
一例は、図６に示した通りである。本実施例ではガス劣
化等に追従して上記関係の更新を行うが、これについて
は後で詳述する。

【００４１】また、主制御系９はエキシマレーザ光源１
のパルス発光と揺動ミラーＭ₃ によるビームの振れ角と
が同期するように、干渉パターン制御部１３に駆動信号
を出力する。尚、この同期はビームの振れ角を高精度に
モニターする検出器の出力に追従して、エキシマレーザ
光源１にパルス発光のトリガをかけるように、トリガ制
御部１０へ発振開始及び停止の信号を出力するようにし
ても良い。

【００４２】ここで、先に説明した減光部１５は図１中
に示した位置のみでなく、エキシマレーザ光源１とビー
ムエクスパンダー１４との間、もしくはエキシマレーザ
光源１の内部の共振器ミラーの間に入れても同様の効果
が得られる。さらに、上述した揺動ミラーＭ₃ によりビ
ームを微小角振動させる方式を採らない場合は、揺動ミ
ラーＭ₃ とフライアイレンズ１９との間に入れても良
い。しかしながら、いずれにしても減光部１５は、フラ
イアイレンズ１９にレーザ光が入射する前の段階に入れ
ておく必要がある。なんとなれば、メッシュフィルター
等の減光素子は、ビーム断面での照度均一性の劣化を招
くことが多いため、これをフライアイレンズ１９によっ
て解消する必要があるからである。

【００４３】次に、干渉パターンの平滑化（照度均一
化）を行うために最低限必要なパルス数Ｎspについて述
べるが、干渉パターンの平滑化については、例えば特開
平１−２５７３２７号公報に開示されているので、ここ
では簡単に説明する。上記公報では、オプチカルインテ
グレータ、特にフライアイレンズを備えた照明光学系を
採用する場合、レチクル（またはウエハ）上に形成され
る干渉パターンをある範囲内で移動させつつ、複数のパ
ルス光を照射することで平滑化を行う際には、干渉パタ
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
を利用している。

【００４４】さて、図５にも示したように干渉パターン
は、フライアイレンズ１９の各ロッドレンズによって作
られたスポット光が互いに干渉し合うことで生じる。こ
の時、互いに隣り合った２つのロッドレンズのスポット
光のみが干渉する場合、あるいはロッドレンズの配列方
向の３つのスポット光が互いに干渉し合う場合等でも良
いが、最大でもロッドレンズの配列方向の数だけのスポ
ット光が互いに干渉し合う場合について考えれば良い。

【００４５】従って、理論上はフライアイレンズ１９を
構成するロッドレンズ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、良好な干渉パ
ターンの平滑化に最低限必要なパルス数Ｎsp、さらには
干渉パターンの１ピッチ移動に必要な揺動ミラーＭ₃ に
よるビーム揺動の半周期中に照射すべき最小パルス数Ｎ
vib （Ｎvib はＮvib ≧Ｎspなる任意の整数）も決定さ
れることになる。

【００４６】例えば、互いに隣り合った２つのスポット
光のみが干渉する場合、干渉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る。この干渉パター
ンを平滑化するためには、２つのスポット光の位相差を
πだけずらす（干渉パターンの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良いことにな
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、干渉パターンを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。

【００４７】ここで、レチクル上に１パルス発光時に生
じる干渉パターンの一方向（例えばＹ方向）の強度分布
について考えてみると、一般的にはＹ方向に所定のピッ
チＹｐで明るい縞と暗い縞が交互に並ぶ。但し、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Ｙｐ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。従って、実際には上記条件で完全に平滑化が達成さ
れることは少なく、干渉パターンの平滑化に必要な最小
パルス数Ｎspの最適値は実験等によって決める必要があ
る。

【００４８】本実施例では、実験により求めた最小パル
ス数Ｎspに基づいて、ｎ・ΔＹ≧Ｙｐなる関係を満すよ
うに揺動ミラーＭ₃ の角度変化と発光パルス間隔（周波
数）とを設定する。そして、干渉パターンを単数乃至複
数パルスの発光毎にレジスト層上で順次Ｙ方向に微小量
ΔＹ（ΔＹ＜Ｙｐ）だけずらしていくことで、露光完了
時に干渉パターンの平滑化（照度均一化）を行ない、精
度上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ものである。

【００４９】そこで、照度均一化に必要な条件を考える
と、以下の２つの条件が挙げられる。 (1) ミラー振動の半周期（ビーム揺動角が０°からα°
まで変化する期間）内に、ほぼ均一にある数Ｎsp以上の
パルス発光が行なわれること。ここで、パルス数Ｎspは
干渉パターンのビジビリティ（visibility）によって決
まるもので、ビジビリティが大きいほどＮspも大きな値
になる。また、パルス数Ｎspは予め試し焼き等の実験に
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、Ｎsp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
内で略均等に振り分けた場合、照度均一化（像面での照
明むら）の点で所望の精度内に納まらないことになる。

【００５０】(2) 揺動ミラーの所定角度における１パル
ス当たりの平均的な露光エネルギーは、ビーム揺動範囲
（０°→α°）内のどの角度に対してもほぼ一定である
こと。第２の条件は、実際に１ショットの露光に必要な
総パルス数Ｎexp がビーム揺動の半周期中のパルス数Ｎ
vib の整数倍であること、及び第１発目のパルス光をミ
ラー振動（０°〜α°／２）の最大角（例えば図５中の
ビームＬＢａが得られる角０°）で発光させることで達
成される。また、パルス数Ｎexp 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、第１発目のパルス光をミラー振動（０°〜α°／
２）の任意の角度で発光させ始めて良い。

【００５１】以上のことから、上述した２つの条件(1)
、(2)を同時に満すように、１パルス当たりの平均露光
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、露光エネルギーのみならず、
揺動ミラーの振動周期（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。

【００５２】さて、エキシマレーザ光源１に対する印加
電圧は、発振パルス毎の露光エネルギーのばらつきを考
慮し、エキシマレーザ光源１への最大印加電圧Ｖmax よ
りもやや小さい値に設定される。１ショットの露光にお
いては、上記設定値のもとで第１発目のパルス光を射出
した後、主制御系９は演算器６にて算出される電圧値に
関する情報を印加電圧制御部１１に与え、第２発目以降
のパルス毎にその印加電圧を上記電圧値に順次制御す
る。そこで、次にエキシマレーザ光源１の印加電圧制御
による露光エネルギー制御範囲について述べる。１パル
ス当たりの平均露光エネルギーをＰav（減光部１５の減
光率が１のもとで）、この露光エネルギーのパルス間の
ばらつきをΔＰavとし、１ショットの露光でＮ回パルス
発光させるものとするとともに、第２発目以降のパルス
毎に、第ｋ発目までの積算光量（目標値）をＰav・ｋ
（ｋ≦Ｎ）と順次更新させる露光量制御を行うと、目標
積算光量Ｐav・Ｎ（適正露光量Ｓで、Ｓ＝Ｐav・Ｎ）に
対する実際の積算光量Ｉのばらつきは、以下の数式１で
表される。

【００５３】

【数１】

【００５４】上記数式１から明らかなように、印加電圧
制御による光量の制御比率は、０＜ΔＰav／Ｐav＜１、
パルス数Ｎをある程度大きい整数として、｛１±（ΔＰ
av／Ｐav）／（１−ΔＰav／Ｐav）｝となる。従って、
この制御比率の最大値｛１／（１−ΔＰav／Ｐav）｝が
露光エネルギー制御範囲の最大値を越えないようにする
ためには、露光前に設定される平均的な露光エネルギー
制御値を、上記制御範囲の最大値の（１−ΔＰav／Ｐa
v）倍以下にしておけば良い。

【００５５】実際には、平均露光エネルギーＰavがエキ
シマレーザ光源の最大出力の（１−ΔＰav／Ｐav）倍以
下となるように、図６に示した関係に基づいて、所望の
露光エネルギーが得られるレーザ光源１への印加電圧
（電極間放電電圧）を設定すれば良い。エキシマレーザ
の場合、通常（ΔＰav／Ｐav）＝１０％程度であるか
ら、レーザ光源１の最大印加電圧時の露光エネルギーを
１０ｍＪ/cm²とすると、平均露光エネルギーＰavが９ｍ
Ｊ/cm²以下となるように印加電圧を設定すれば良い。実
際には、レーザ密度の低下現象（混合ガスの劣化に伴う
出力の低下）や光学部品の寿命等も考慮して、平均露光
エネルギーＰavが例えば５ｍＪ/cm²以下となるように印
加電圧を設定することが望ましい。

【００５６】尚、本実施例ではウエハＷへの露光条件
（レジストの種類、適正露光量等）に応じて減光部１５
の減光率を変化させるため、第２発目以降のパルス光の
露光エネルギーはパルス間のばらつきによる積算光量の
誤差を補正するためだけに微調整されることになる。従
って、エキシマレーザ光源１での電極間放電電圧を大き
く変化させる必要がなく、印加電圧制御部１１のダイナ
ミックレンジが小さくて済むことになる。このため、１
ショットの露光における印加電圧と露光パルスエネルギ
ー量との関係は、図６に示したグラフのごく一部のみを
使用するだけで良く、その関係式は１次式で十分近似で
きることになる（後述）。

【００５７】次に、１ショットの露光において所望の露
光量制御精度Ａ（数式１９）を達成するのに必要なパル
ス数Ｎe について簡単に説明する。

【００５８】

【数１９】

【００５９】本実施例における露光量制御は、１パルス
毎にその露光エネルギーを調整しながら、実際の積算光
量Ｉと目標積算光量Ｐav・Ｎとをほぼ一致させるもので
あるため、最終的な積算光量の誤差は最終パルス光の露
光エネルギーのばらつきとなる。従って、露光量制御精
度を達成するには、最終パルス光の露光エネルギーのば
らつきを露光量制御精度の許容誤差内に入れなければな
らない。つまり、平均露光エネルギーＰavを小さな値に
設定しなければならず、１ショットの露光に必要なパル
ス数Ｎ（Ｎ＝Ｓ／Ｐav）はある程度大きな数でなければ
ならない。これより、上記数式１において（ΔＰav／Ｐ
av）^N は零と見做せるから、各辺をＰav・Ｎで割って整
理すると、露光量制御精度Ａは以下の数式２のように表
される。

【００６０】

【数２】

【００６１】ここで、数式２において露光量制御精度Ａ
が最大許容誤差となる時、すなわち以下に示す数式３の
ようになる時、露光量制御精度を達成するのに必要なパ
ルス数Ｎが最も少なくなる。

【００６２】

【数３】

【００６３】これより、上記パルス数Ｎe は以下の数式
４で表される。

【００６４】

【数４】

【００６５】従って、少なくとも上記数式４で表される
パルス数Ｎe 以上の数のパルス光で露光を行えば、最終
的な積算光量Ｉは、目標積算光量Ｐav・Ｎに対して±Ａ
（例えば１％の場合、Ａ＝０．０１）の制御精度が保証
されることになる。次に、１ショットの露光パルス数Ｎ
exp を決定する方法について述べる。一般に、露光パル
ス数Ｎexp は、Ｎexp ＝ｉｎｔ（Ｓ／Ｐav）となる。但
し、ｉｎｔ（ω）は実数値ωの小数点以下を切り上げて
整数値に変換することを示している。

【００６６】さて、エキシマレーザ光源１から発振され
るパルス光は、減光部１５により所定の減光率β（０≦
β≦１）で一律に減衰されてレチクルＲに照射されるこ
とになる。このため、露光パルス数Ｎexp は、下記の条
件式（数式５）を満たすことが要求される。

【００６７】

【数５】

【００６８】また、先に述べた露光量制御精度Ａを達成
するためには、以下の数式６も満たす必要がある。

【００６９】

【数６】

【００７０】さらに干渉パターンを平滑化するために
は、露光パルス数Ｎexp は揺動ミラーの半周期中のパル
ス数Ｎvib の整数倍でなければならない。このため、露
光パルス数Ｎexp は以下の数式７で表される。

【００７１】

【数７】

【００７２】従って、減光部１５の減光率βは数式４、
５、６から、以下の数式８のように表される。

【００７３】

【数８】

【００７４】また、整数ｍは数式４、６、７より、以下
の数式９で表される。

【００７５】

【数９】

【００７６】さらに、減光率βは１以下であるため、数
式５、７より、以下の数式１０のように表される。

【００７７】

【数１０】

【００７８】以上のことから、本実施例においてはまず
始めに数式８を満たすように減光部の減光率を定める、
すなわち回転ターレット板１６のフィルターを選択す
る。次に、この選択したフィルターの減光率のもとで、
数式５から算出されるパルス数Ｎexp が、数式６及び７
を満足するか否かをチェックする。満足しない場合は、
数式８を満たすさらに減光率が小さいフィルターを選択
し、露光パルス数Ｎexpが数式６、７を満たすようにす
る。このように露光パルス数Ｎexp が決まれば、数式
９、１０を同時に満たすようにｍ、Ｎvib を定めてやれ
ば良い。

【００７９】一例として、平均露光エネルギーのパルス
間のばらつきΔＰav／Ｐavを１０％（ΔＰav／Ｐav＝
０．１）、露光量制御精度Ａを１％（Ａ＝０．０１）と
すると、数式４からパルス数Ｎe は１２パルスとなる。
一方、減光部１５の減光率βが１となる場合の平均露光
エネルギーＰavを２ｍＪ/cm²、適正露光量Ｓを８０ｍＪ
/cm²、干渉パターンの平滑化に必要なパルス数Ｎspを５
０パルスとすると、上記数式５から露光パルス数Ｎexp
は４０パルスとなるが、このパルス数Ｎexp は数式７を
満たさないことになる。そこで、減光部１５の減光率を
１より小さく設定し、この減光率、すなわち平均露光エ
ネルギーＰav・βのもとで数式５から算出される露光パ
ルス数Ｎexp が数式７を満たすようにする。

【００８０】ここで、減光部１５の減光率βの設定が連
続的に可能である場合、Ｎe ＝１２、Ｎsp＝５０パルス
であることから、数式９、１０に基づいてｍ、Ｎvib を
設定する。この時、（ｍ、Ｎvib ）の組合せは、例えば
(１、５０）、（１、６０）、（２、１００) 等のよう
に種々考えられるが、ここではスループットを考慮して
露光パルス数Ｎexp （Ｎexp ＝ｍ・Ｎvib ）を最小にす
るため、ｍ＝１、Ｎvib ＝５０に設定して露光パルス数
Ｎexp を５０パルスとする。Ｎexp ＝５０として露光を
行えば、最小のパルス数Ｎexp で露光量の最適化及び干
渉パターンの平滑化を行うことができる。

【００８１】この結果、数式５から減光部１５の減光率
βは０．８０に設定されることになる。また、ΔＰav／
Ｐav＝±１０％からΔＰavは±０．２ｍＪ/cm²となっ
て、平均光量値Ｐav・βのばらつきΔＰav・βは±０．
１６０ｍＪ/cm²となる。従って、最終パルス光の平均光
量値のばらつき、すなわち最終的な積算露光量の誤差は
±０．１６０ｍＪ/cm²程度であると見做せるから、十分
に露光量制御精度（１％）が達成されることが分かる。

【００８２】一方、本実施例のように減光部の減光率β
の設定が非連続の場合は、まず数式８を満足する回転タ
ーレット板１６のメッシュフィルターを選択し、このフ
ィルターの減光率（例えばβ＝０．５とする）のもと
で、数式５から算出されるパルス数Ｎexp が、数式７を
満足するか否かをチェックする。ここでは上記Ｎexp を
最小とするため、数式８を満たすフィルターのうち、減
光率が一番大きいものから選択していくようにする。β
＝０．５０（すなわちＰav・β＝１ｍＪ/cm²）の場合に
はＮexp ＝８０パルスとなって、数式６、７を満足する
ことになる。このようにパルス数Ｎexp を決定すれば、
後はＮexp ＝８０であることから数式９、１０を同時に
満たすｍ、Ｎvib を定めるだけで良く、ここではｍ＝
１、Ｎvib ＝８０となる。

【００８３】尚、上記のことから明らかなように、減光
部１５の減光率の設定が非連続である場合、必ずしもそ
の減光率を計算から求めた最適値に設定できないので、
連続設定可能な場合と比較してパルス数Ｎexp が大きく
なって、スループット上不利となり得る。このため、減
光部としては減光率の設定が連続的に可能なもの、もし
くは非連続的なものであっても減衰率（透過率）を細か
く設定できるもの（例えば、２枚の回転ターレット板を
組合せたもの）等を用いることが望ましい。

【００８４】次に、エキシマレーザ光源１への印加電圧
と露光パルスエネルギー量との関係に関する情報の更新
方法について詳述する。図６は印加電圧とその射出パル
スのエネルギー量との関係の一例を示す図であって、こ
こでは２次関数形となっている。図６において黒丸が実
際のデータであり、実線はそのデータを最小二乗法によ
り２次関数にあてはめた曲線である。一般に、ＰＧＲ動
作、ＨＩ動作が必要なレーザ光源を用いたステッパーを
始めとする加工装置では、上記関係（図６）に対して、
例えば最小二乗法による２次関数のあてはめ(fitting)
を行う必要がある。しかしながら、前述したように本実
施例では減光部１５を設けているため、印加電圧制御部
１１のダイナミックレンジが小さくて済む。このため、
１ショットの露光における印加電圧と露光パルスエネル
ギー量との関係は、図６に示した関係のごく一部を使用
する形となる。従って、印加電圧と露光パルスエネルギ
ー量との関係は１次関数で十分近似できることになる。
尚、本実施例では１次関数のあてはめに関して最小二乗
法を用いているが、以下に述べる最小二乗法以外に、例
えばデータに対する最大ずれを最小化する方法等を採用
しても構わない。そこで、印加電圧をＶ、パルスエネル
ギー量をＰとおくと、上記関係のモデル関数は、以下の
数式１１で表される。

【００８５】

【数１１】

【００８６】ここで、ｓ、ｔは最小二乗法により求める
未知数である。また、実際の印加電圧と露光パルスエネ
ルギー量とに関する各データをＶ_i ，Ｐ_i とおく。添字
ｉはデータの新しさを表し、ｉ＝１が最新のデータで、
以下ｉが大きくなるに従って過去のデータとなる。さら
に評価関数Ｅを、以下の数式１２のように表す。但し、
γ_i はデータ（Ｖ_i 、Ｐ_i ）に対する重み（後述）であ
る。

【００８７】

【数１２】

【００８８】さて、評価関数Ｅを最小にする未知数ｓ、
ｔは、最小二乗法の理論によって、∂Ｅ／∂ｓ＝０、∂
Ｅ／∂ｔ＝０なる２元連立方程式を解くことによって、
以下の数式１３から求めることができる。

【００８９】

【数１３】

【００９０】ところで、γ_i はデータ（Ｖ_i 、Ｐ_i ）に
対する重みである。上述の如く印加電圧Ｖと露光パルス
エネルギー量Ｐとの関係は、その経時変化（混合ガスの
劣化等）に応じて徐々に変化していく。このため、上記
重みγ_i をγ₁ ＞γ₂ ＞γ₃ ・・・・とすることで、最新デ
ータの重みを最も重くし、データが古くなるに従って順
次重みを軽くすることが必要である。そこで、重みγ_i
を、以下の数式１４のように規定する。

【００９１】

【数１４】

【００９２】ここで、εは０＜ε＜１なる定数であっ
て、具体的には印加電圧Ｖと露光パルスエネルギー量Ｐ
との関係の経時変化による変化率等に応じて予め定めら
れる値である。例えばε＝０．９９５とおくと、約９２
０発前の発振パルスに関するデータ（Ｖ_i 、Ｐ_i ）の評
価関数Ｅに対する寄与（重み）は、最新パルスに比べ１
％程度となる。従って、定数εの値を１に近づけると、
上記数式１３にて明らかなように多数のデータ（Ｖ_i 、
Ｐ_i ）から未知数ｓ、ｔが決定されることになって、パ
ルス毎のエネルギー量のばらつき（±１０％程度）を要
因とした未知数ｓ、ｔの決定精度の低下を防止できる。

【００９３】しかしながら、何等かの原因により上記ば
らつき以上に印加電圧Ｖと露光パルスエネルギー量Ｐと
の関係が大きく変動すると、過去のデータ（Ｖ_i 、
Ｐ_i ）を多数有しているが故に、上記変動に遅れること
なく追従して未知数ｓ、ｔを算出することが困難になり
得る。逆に、定数εの値を０に近づけると、わずかなデ
ータ（Ｖ_i 、Ｐ_i ）から未知数ｓ、ｔが決定されること
になり、上記関係の変動に対する追従性は良くなるが、
パルス毎のエネルギー量のばらつきの影響を大きく受け
ることになる。このため、実際には定数εの値をエキシ
マレーザ光源１の安定性等に応じて両者のバランスを考
慮し、実験等により決定することが望ましい。

【００９４】次に、上記数式１３の右辺の行列の各要素
を以下の数式１５のように表す。

【００９５】

【数１５】

【００９６】この際、印加電圧と露光パルスエネルギー
量との関係に関する情報として、上記各要素、すなわち
パラメータＧ₁ 〜Ｇ₃ 、Ｈ₁ ，Ｈ₂ をメモリ７に格納す
る。そして、新たにデータ（Ｖ_i 、Ｐ_i ）、すなわち最
新データ（Ｖ₁ 、Ｐ₁ ）が得られた時には、演算器６は
メモリ７からパラメータＧ₁〜Ｇ₃ 、Ｈ₁ 、Ｈ₂ を取り
込み、定数であるＧ₁ （Ｇ₁ ＝１／（１−ε²)）以外は
以下に示す漸化式（数式１６）を用いてＧ₂ 、Ｇ₃ 及び
Ｈ₁ 、Ｈ₂ を更新することとする。この結果、漸化式を
適用することにより印加電圧Ｖと露光パルスエネルギー
量Ｐとの関係に関する情報の更新に要する演算時間が短
くて済み、演算器６はこの更新した情報を新たにメモリ
７に格納することになる。

【００９７】

【数１６】

【００９８】従って、単位パルス数、もしくは一定時間
毎に、さらにはＰＧＲ動作またはＨＩ動作を実行するた
びに、適宜上記数式１６にてＧ₂ 、Ｇ₃ 及びＨ₁ 、Ｈ₂
を更新し、さらに数式１３を計算して未知数ｓ、ｔを求
めれば、印加電圧Ｖと露光パルスエネルギー量Ｐとの関
係式（数式１１）が更新され、次に照射すべき露光パル
スエネルギー量Ｐに対応する印加電圧Ｖを、数式１１に
より求めることができる。尚、本実施例では１次関数形
（数式１１）で、印加電圧と露光パルスエネルギー量と
の関係（図６）のあてはめを行ったが、２次関数形で行
っても構わないことは言うまでもない。

【００９９】次に、図７を参照して本実施例の露光動作
について説明する。図７は本実施例の露光動作の一例を
示す概略的なフローチャート図である。まず、ステップ
２００において演算器６は、メモリ７に格納されたパラ
メータＧ₁ 〜Ｇ₃ 及びＨ₁ 、Ｈ₂ をイニシャライズする
か否か判断し、パラメータＧ₁ 〜Ｇ₃ 及びＨ₁、Ｈ₂ が
十分信頼できる時には、ステップ２０３に進む。一方、
イニシャライズが必要な場合、例えばエキシマレーザ光
源１の立ち上げ時、もしくはその発振を長時間停止して
いた時、あるいはＰＧＲ動作、ＨＩ動作を実行した直後
にはステップ２０１に進み、ここで印加電圧Ｖを使用予
定範囲内（数式１１が１次関数で十分近似できる範囲
内）で数通りに変化させ、各電圧値のもとで発振された
パルス毎の光量を光量モニタ部５から取り込む。しかる
後、ステップ２０２において演算器６はステップ２０１
で求めたデータ（Ｖ_i 、Ｐ_i ）に基づき、上記数式１６
からパラメータＧ₁ 〜Ｇ₃ 及びＨ₁ 、Ｈ₂ を算出し、メ
モリ７に格納する。尚、イニシャライズ時にはε＝１と
して、全てのデータに対して同等の重みを与えるように
しても良い。

【０１００】次のステップ２０３において、演算器６は
入出力装置８から目標積算光量Ｓを、メモリ７から露光
量制御精度Ａ、平均露光エネルギーのパルス間のばらつ
き（ΔＰav／Ｐav）、最大印加電圧Ｖmax 、及び干渉パ
ターンの平滑化に必要なパルス数Ｎspを取り込む。尚、
上記ばらつき（ΔＰav／Ｐav）は、先のステップ２０１
にて得られた実際のデータ（Ｖ_i 、Ｐ_i ）から求めた値
であっても構わない。次に、演算器６はステップ２０３
にて取り込んだ各データに基づき、減光部１５の減光率
β（平均光量値Ｐav・β）、すなわち回転ターレット板
のフィルター、及びこの選択したフィルターの減光率の
もとでの露光パルス数Ｎexp 、振動ミラーの半周期中の
パルス数Ｎvib 、及び整数ｍを算出する（ステップ２０
４）。続いて、ステップ２０５において回転ターレット
板１６を回転させて減光部の減光率をβに設定し、さら
にステップ２０６で数式１１から平均露光エネルギーＰ
avを得るための印加電圧Ｖを算出する。ここで、平均露
光エネルギーＰavは、最大印加電圧Ｖmax のもとでエキ
シマレーザ光源１から発振される露光エネルギー（Ｐa
v)max（最大値）の（１−ΔＰav／Ｐav）倍以下に設定
しておくことが望ましい。

【０１０１】さて、次のステップ２０７においてパルス
カウンタｎ、及び積算光量Ｉを、それぞれＮexp 及び零
に設定する。続くステップ２０８において、主制御系９
はパルスカウンタｎが零であるか否かを判断し、零でな
ければ、次のステップ２０９に進む。そして、ステップ
２０９ではエキシマレーザ制御系２５が印加電圧制御部
１１によりエキシマレーザ光源１の印加電圧を設定した
後、トリガ制御部１０からトリガパルスをエキシマレー
ザ光源１に送って１パルスを発光させる。続くステップ
２１０において、受光素子４を用いて発振されたパルス
光の実際の光量に対応する値（Ｐav)aを検出し、光量モ
ニター部５を介して演算器６に送る。次に、ステップ２
１１において演算器６は積算光量Ｉを算出して、積算光
量の設定をＩ＝Ｉ＋（Ｐav)aとすると共に、パルスカウ
ンタの設定を（Ｎexp −１）とする。

【０１０２】次にステップ２１２では、以下に示す数式
１７に従って、先のステップ２０４で決定した平均光量
値（Ｐav・β）によって与えられるべき目標積算光量
と、この目標積算光量と演算器６にて求めた実際の積算
光量Ｉとの差分Ｄを求める。

【０１０３】

【数１７】

【０１０４】続いて、ステップ２１３において上記差分
Ｄに基づき、次に照射すべきパルス光の光量Ｐav’を、
以下の数式１８によってステップ２０４で決定した平均
光量Ｐav・βから補正して求める。

【０１０５】

【数１８】

【０１０６】次のステップ２１４において、演算器６は
前パルスのデータ、すなわちステップ２０９にてエキシ
マレーザ光源１に与えられた印加電圧Ｖと、ステップ２
１０にて検出された１パルス分の光量（Ｐav)aとに基づ
いて、上記数式１６からパラメータＧ₁ 〜Ｇ₃ 及び
Ｈ₁ 、Ｈ₂ を更新し、メモリ７に収納する。そして、次
のステップ２１５において演算器６は、数式１１により
上記光量Ｐav’に対応した印加電圧を算出し、ステップ
２０８に戻る。このステップ２０８において前述した動
作と同様にパルスカウンタｎが零であるか否かを判断す
る。零でなければステップ２０９に進み、ステップ２０
９〜２１５において上述と同様の動作を行った後、再び
ステップ２０８に戻り、パルスカウンタｎが零となるま
でステップ２０９〜２１５を繰り返し実行し、パルスカ
ウンタｎが零となった時点で露光動作を終了する。

【０１０７】次に、図８を用いて本実施例による装置に
おける露光量制御の状態を説明する。図８は１つのショ
ットを露光する際のパルス数と積算露光量との関係を示
すグラフであって、ここでは８パルスで露光が終了する
場合を示している。尚、説明を簡単にするため、減光部
１５の減光率βは１に設定されているものとする。図８
において、二点鎖線で示した直線はステップ２０４で決
定した平均光量値（Ｐav・β）のパルス光によって与え
られるべき積算露光量の目標値を示している。従って、
本実施例では上記目標値に沿って露光量制御が行われる
ように、第２発目以降のパルス毎にその光量が調整され
る。

【０１０８】さて、第１発目のパルス光がＰav₁ という
露光量を目標として発光され、発光後の実際に検出され
た露光量がＰav₁'であったとすると、第２発目のパルス
光は目標露光量２Ｐav₁ とＰav₁'との差（２Ｐav₁ −Ｐ
av₁') ＝Ｐav₂ なる光量に設定されて発光が行われるこ
とになる。この際、印加電圧制御部１１は上記光量Ｐav
₂ に対応した印加電圧をエキシマレーザ光源１へ与えれ
ば良い。同様に、第２発目のパルス光量の実測値がＰav
₂'であったとすると、第３発目のパルス光は（３Ｐav₁
−Ｐav₁'−Ｐav₂') ＝Ｐav₃ なる光量に設定されて発光
が行われる。

【０１０９】従って、以上の動作を繰り返して行うこと
により、二点鎖線の目標ラインからのずれが少ない状態
で８パルス目で露光が完了する。この際、最終的な露光
量制御精度（適正露光量に対する実測値のばらつき）
は、第８発目のパルス光の光量誤差（ばらつき）となる
ことは明らかである。ここで、本実施例では１ショット
を複数のパルス光で露光するのにあたり、第（ｉ＋１）
発目までの積算露光量の目標値と過去（第ｉ発目まで）
の積算露光量との差に基づいて、次に照射すべき第（ｉ
＋１）発目のパルス光の光量を設定していた。しかしな
がら、パルス毎のばらつき方に何等かの傾向がある場合
には、単位パルス毎の目標値と単位パルス毎の実測値の
比を過去の複数パルスに対して平均化し、目標値をこの
比の平均値で除算したもので新たな目標値を設定しても
良い。

【０１１０】ところで、上記構成の露光装置（図１）に
おいてエキシマレーザ光源１に対する印加電圧制御が有
効（必要）な動作は、ウエハ露光、及び印加電圧と露光
パルスエネルギーとの関係式（数式１１）を得るための
データ収集（図７のステップ２０１）である。通常、露
光装置におけるエキシマレーザ光源１の発振は、先に述
べたベースライン計測時にも必要となる。

【０１１１】ここで、エキシマレーザを光源とする露光
装置でのベースラインの計測動作については、例えば特
開昭６４−１０１０５号公報に開示されているので、こ
こでは簡単に説明する。図１において、複数の反射部材
（または光ファイバー）によりエキシマレーザ光源１か
ら伝送されたレーザ光で、基準マーク板ＦＭの透過スリ
ットを下方（ステージ内部）から照明するとともに、Ｘ
Ｙステージ３２Ｘ、３２Ｙによって投影像面内で一次元
に透過スリットの長手方向と交差する方向に走らせ、レ
チクルＲのパターン面上に結像されたスリット像で透過
スリットマークを走査する。そして、スリットマークを
透過したレーザ光をミラー２、コンデンサーレンズＣ
Ｌ、ミラーＭ₄ 、レンズ系２２、２１、及びビームスプ
リッターＢＳ₂ を介して光電素子２６で受光し、スリッ
ト像とスリットマークとが合致した時のステージ位置を
検出することによって、スリットマークの投影位置がＸ
Ｙステージの移動座標系上で認識される。

【０１１２】以上の動作によって、レチクルＲのスリッ
トマーク（またはレチクル中心点）の投影位置がＸＹス
テージの移動座標系の値として規定される。さらに、ウ
エハアライメント系３４を用いて基準マーク板ＦＭ上の
バーマーク（クロム）等を検出し、そのマーク検出中心
位置とマークとが合致した時のＸＹステージの位置をレ
ーザ干渉計で読み取る。この結果、レチクルＲの投影像
中心とウエハアライメント系３４の検出中心との移動座
標系における相対位置関係が規定され、この２点間の間
隔をもってベースラインとしている。

【０１１３】但し、エキシマレーザ光のパルスエネルギ
ーは、１パルス毎に±数％〜数十％程度のばらつきがあ
るため、例えばレーザ光源１内のパワーディテクターか
らの光電信号を各パルス発光毎に取り込み、光電素子２
６の光電信号のレベルを割算器等で規格化することが必
要である。尚、規格化のためのディテクターは露光装置
本体内に設けても良く、具体的には図１中のステージ上
のミラーＭ₆ の近傍のビームスプリッターで分岐された
パルス光を受光するように設けるようにしても良い。

【０１１４】以上のことから、上記の如きベースライン
計測時には、必ずしもエキシマレーザ光源１に対する印
加電圧制御を行う必要はない。従って、露光装置の動作
モードに応じてエキシマレーザ光源１の発振モードを、
印加電圧制御モードとエネルギー量一定モードとに切替
可能とし、ウエハ露光及びステップ２０１でのデータ収
集を除く動作ではエネルギー量一定モードを使用するこ
とが望ましい。

【０１１５】さて、上記の如くウエハＷ上の１つのショ
ット領域は、干渉パターンの平滑化と露光量制御精度と
の関係で数十パルス以上で露光される。従って、１ショ
ットの露光中にＰＧＲ動作、ＨＩ動作が開始されると、
先に述べた露光量制御ロジックに従って、１パルス毎に
エキシマレーザ光源１への印加電圧を調整しても、上記
動作中は印加電圧（または充電電圧）と露光パルスエネ
ルギー量との関係が激しく変動し、この変動に追従して
上記関係を表現する関係式を良好に更新することは難し
いため、所望の露光量制御精度を達成することができな
い。そこで、次に本実施例の装置においてＰＧＲ動作、
ＨＩ動作を実行するタイミングを判定する方法、及び上
記装置での露光動作について、図９〜図１２を参照して
説明する。

【０１１６】ここで、本実施例ではエキシマレーザ光源
１（制御系２５）側と露光装置本体（主制御系９）側と
の各々で、ＰＧＲ動作、ＨＩ動作の要否に対応した信
号、すなわち上記動作の実行を要求する信号と、その実
行を禁止する信号とが作成され、これら４つの信号に基
づいて上記動作を実行するタイミングが決定される。そ
こで、まず制御系２５、主制御系９の各々で作成される
要求信号と禁止信号とについて述べる。

【０１１７】制御系２５は、エキシマレーザ光源１の発
振状態に対応して、ＰＧＲ動作、またはＨＩ動作の実行
を要求する信号ＬＡと、その実行を禁止する信号ＬＢと
を常時発生している。本実施例では上記信号ＬＡ、ＬＢ
の各信号レベルをＨｉ→Ｌｏ、またはＬｏ→Ｈｉに変化
させることによって、エキシマレーザ光源側で上記動作
を実行する必要が迫っていることや、上記動作を禁止し
ておく必要があることを、上記動作を実行するタイミン
グ（時期）を決定するための判定回路（後述）に知らせ
る。

【０１１８】例えば、エキシマレーザ光源１の発振モー
ドがエネルギー量一定モードである場合、ガス供給制御
部２４はエキシマレーザ光源１に与えられる印加電圧を
モニターしておき、そのモニター値が所定の上限値（例
えば最大印加電圧よりもやや小さい値）に達した時点
で、要求信号ＬＡの信号レベルを（本実施例ではＬｏ→
Ｈｉに）変化させる。またはレーザの立ち上げ、もしく
は前回のＰＧＲ動作、ＨＩ動作後に発振されたパルス数
（または発振時間）をカウントしておき、総パルス数
（または総発振時間）が所定値（発振条件等によって異
なる）に達した時点で、要求信号ＬＡの信号レベルを変
化させるようにしても構わない。尚、ガス供給制御部２
４は上記動作が終了した時点で、要求信号ＬＡの信号レ
ベルをＨｉ→Ｌｏに変化させる。

【０１１９】一方、エキシマレーザ光源１の発振モード
が印加電圧制御モードである場合、ガス供給制御部２４
はエキシマレーザ光源１の本体内に設けられたレーザパ
ワーモニター用のディテクターの出力をモニターしてお
き、エキシマレーザ光源１に対する印加電圧とその印加
電圧のもとで実際に射出されるパルス光のエネルギー量
との関係（またはそれを表現する関係式）を求めるよう
にする。そして、上記関係（式）が内部ガスの劣化等に
より変化していき、所定の判定基準となる関係（式）に
達した時点で、要求信号ＬＡの信号レベルを変化させれ
ば良い。尚、上記関係（式）は逐次更新していっても、
単位パルス数、もしくは単位時間毎に更新するようにし
ても構わない。

【０１２０】さらに制御系２５は、ＰＧＲ動作、または
ＨＩ動作後に生じ得るレーザチャンバー内部でのハロゲ
ンガスの過多を防止するため、上記動作の実行を禁止す
るための信号ＬＢも発生している。つまり、ガス供給制
御部２４は所定の印加電圧のもとで発振されるパルス光
のエネルギー量、もしくはＰＧＲ動作、ＨＩ動作後に発
振された総パルス数（または総発振時間）、またはチャ
ンバー内部のガス濃度のいずれか１つをモニターしなが
ら、そのモニター値が所定値に達するまでの間は禁止信
号ＬＢの信号レベルを、本実施例ではＨｉにしておき、
上記動作が実行されるのを禁止しておく。そしてパルス
発振を続けていき、モニター値が所定値に達した時点で
信号レベルを、Ｈｉ→Ｌｏに変化させて、上記動作の禁
止状態が解除されたことを知らせる。

【０１２１】ここで、禁止信号ＬＢはハロゲンガスの過
多を防止するためのものであるから、通常その信号レベ
ルはＬｏとなっており、上記動作が実行された直後から
所定の発振時間が経過するまでの間だけ、信号レベルが
Ｈｉになり得るものである。尚、上記のパルスエネルギ
ー量、総パルス数（総発振時間）、及びガス濃度の各々
をモニターしておき、これらのうちのいずれか１つ、な
いし全てが所定値に達した時点で、信号レベルをＨｉ→
Ｌｏに変化させるようにしても構わない。

【０１２２】一方、露光装置本体側も主制御系９におい
て、ＰＧＲ動作、またはＨＩ動作の実行を要求する信号
ＳＡと、その実行を禁止する信号ＳＢとを常時作成して
おり、主制御系９はこれら信号ＳＡ、ＳＢを制御系２５
（ガス供給制御部２４）に出力する。つまり、主制御系
９は露光装置本体側でのウエハＷに対する露光状態、例
えば露光量制御ロジックに従って次に照射すべきパルス
光のエネルギー量に対応した印加電圧を決定するための
印加電圧とレチクル（またはウエハ）面上でのパルスエ
ネルギー量との関係（図６）、及び露光装置本体側の露
光シーケンス上での動作状態の各々に対応して、ガス供
給制御部２４（後述の判定回路）に入力する上記信号Ｓ
Ａ、ＳＢの各信号レベルを変化させる。これによって、
露光装置本体側で上記動作を実行する必要が迫っている
ことや、上記動作を禁止しておく必要があることを、ガ
ス供給制御部２４に対して知らせる。

【０１２３】例えば、エキシマレーザ光源１の発振モー
ドが印加電圧制御モードである場合、主制御系９はレチ
クル面上に実際に照射されるパルス光のエネルギー量
（光量モニタ部５の出力）をモニターしながら、印加電
圧とレチクル面上でのパルスエネルギー量との関係（ま
たはそれを表現する関係式）を適宜チェックしておき、
上記関係（式）が所定の判定基準となる関係（式）に達
した時点で、要求信号ＳＡの信号レベルを、本実施例で
はＬｏ→Ｈｉに変化させる。

【０１２４】ここで、図９はエキシマレーザ光源１に対
する印加電圧とその印加電圧のもとで実際に発振される
パルス光のレチクル（またはウエハ）面上でのエネルギ
ー量との関係の一例を表す図であって、ＰＧＲ動作、ま
たはＨＩ動作を実行した直後の上記関係は実線で、先に
述べた判定基準となる関係は点線で示してある。図９か
ら明らかなように、実線にて示した関係は内部ガスの劣
化とともに徐々に変化していき、ついには判定基準の関
係（点線）に達するので、主制御系９はその時点で信号
レベルを変化させることになる。尚、主制御系９は上記
動作が終了した時点で、要求信号ＳＡの信号レベルをＨ
ｉ→Ｌｏに変化させる。

【０１２５】また、本実施例においてウエハ露光、及び
上記関係（図６）を作成、もしくは更新するためのデー
タ収集（イニシャライズ）時のみ、エキシマレーザ光源
１の発振モードが印加電圧制御モードになっているもの
とすると、要求信号ＳＡは発振モードが印加電圧制御モ
ードであって、特にウエハＷに対する露光動作を実行し
ている時、またはイニシャライズ動作終了時のみ出力さ
れる（その信号レベルがＬｏ→Ｈｉに変化する）ことに
なる。これは、エネルギー量一定モードの場合には要求
信号ＳＡを用いずとも、先の要求信号ＬＡのみで十分に
ＰＧＲ動作、ＨＩ動作の実行の要否を判定できるためで
あり、またイニシャライズ動作中は上記関係（図６）を
作成、もしくは更新している途中だからである。さらに
上記理由から、主制御系９は光量モニタ部５の出力から
上記関係（図６）を常時求めておく必要はなく、露光動
作中に先の露光量制御ロジックに従って上記関係が更新
される際に、この更新された関係に基づいて要求信号Ｓ
Ａの信号レベルを変化させるか否かを判断するだけで良
い。

【０１２６】さらに主制御系９は、例えば１つのショッ
ト領域の露光中にＰＧＲ動作、ＨＩ動作が開始されるの
を防止するため、露光装置本体側の露光シーケンス上で
の動作状態に対応して、ガス供給制御部２４に入力する
上記動作の実行を禁止するための信号ＳＢのレベルを変
化させる。本実施例では、露光量制御ロジックに従った
印加電圧制御モードによるウエハ露光、及び印加電圧と
レチクル（またはウエハ）面上に照射されるパルス光の
エネルギー量との関係に関する情報（図６）を作成、ま
たは更新するためのデータ収集（イニシャライズ）を実
行している間は上記動作の実行を禁止するように、禁止
信号ＳＢの信号レベルを、例えばＨｉにしておき、１つ
のショット領域ないし１枚のウエハに対する露光動作、
またはイニシャライズ動作が終了した時点で、信号レベ
ルをＨｉ→Ｌｏに変化させる。尚、禁止信号ＳＢは露光
動作、またはイニシャライズ動作が開始される時点で、
その信号レベルがＬｏ→Ｈｉに変化する。

【０１２７】さて、以上の４つの信号ＬＡ、ＬＢ、Ｓ
Ａ、ＳＢはガス供給制御部２４、すなわち本実施例では
その内部に設けられた判定回路に入力し、ここでＰＧＲ
動作、ＨＩ動作を実行するか否かが決定される。ガス供
給制御部２４は、判定回路にて上記動作の実行が決定さ
れる、すなわちその出力信号のレベルが変化した時点
で、ＰＧＲ動作、またはＨＩ動作を実行する。図１０は
ＰＧＲ動作、またはＨＩ動作を実行するタイミング（時
期）を決定するための判定回路の一例を示すブロック図
であって、要求信号ＬＡ、ＳＡはＯＲ回路５１に入力す
る一方、禁止信号ＬＢ、ＳＢはＮＯＲ回路５２に入力し
ている。従って、判定回路５０において要求信号ＬＡ、
ＳＡの少なくとも一方の信号レベルがＨｉとなり、かつ
禁止信号ＬＢ、ＳＢの信号レベルが共にＬｏとなった時
のみ、ＡＮＤ回路５３からの信号ＲＥＱ．のレベルがＬ
ｏ→Ｈｉに変化することになり、この時点でガス供給制
御部２４はＰＧＲ動作、またはＨＩ動作を開始すること
になる。ここで、上記信号ＲＥＱ．のレベルがＬｏ→Ｈ
ｉに変化した時点で、エキシマレーザ光源１のシャッタ
ーＳＨは駆動され、ガス供給制御部２４はシャッターＳ
Ｈが閉じた時点で上記動作、すなわちレーザチャンバー
へのガス注入等を開始する。

【０１２８】次に、図１１を参照して本実施例による露
光装置の動作を説明する。図１１は本実施例における動
作のタイムチャートの一例を示すものである。まず、以
上までに説明を行っていない信号の機能について簡単に
述べる。 （１）信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．（ＥＸＴＥＲＮＡＬ ＴＲ
ＩＧＧＥＲ） 露光装置本体からエキシマレーザ光源１へのレーザ光発
振のトリガ信号であり、レーザ光源側は本信号の検出に
よりレーザ光を発振する。トリガ信号１つが、１パルス
のレーザ光発振に対応する。 （２）信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．（ＳＴＥＰＰＥＲ ＳＴＡ
ＴＵＳ） 露光装置本体からエキシマレーザ光源へ、その動作モー
ドを指令するレベル信号であり、Ｌｏの時、エキシマレ
ーザ光源１は露光装置本体からのＥＸＴ．ＴＲＧ．信号
に同期してレーザ光を１パルスずつ放出する。本信号が
Ｈｉの時のエキシマレーザの動作モードは、次の２通り
がある。判定回路５０からの信号ＲＥＱ．がＬｏになっ
ている間、すなわちエキシマレーザ光源１に対するＰＧ
Ｒ動作、またはＨＩ動作の実行命令がない間に本信号が
Ｌｏ→Ｈｉに変化すると、エキシマレーザ光源１はレー
ザ光放出口にあるシャッターＳＨを閉じ、適当な低い周
波数で自己発振して露光パルスエネルギー、絶対波長等
のロックを行う。また、信号ＲＥＱ．がＨｉの時に本信
号がＬｏ→Ｈｉに変化すると、エキシマレーザ光源１は
シャッターＳＨを閉じ、ＰＧＲ動作、またはＨＩ動作を
実行する。

【０１２９】尚、イニシャライズ動作（またはＰＧＲ、
ＨＩ動作）を実行するに際して投影レンズＰＬの下にウ
エハＷがある場合、主制御系９はステージコントローラ
（不図示）へ与える信号ＳＤをＬｏ→Ｈｉに変化させ、
ＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙを所定の退避位置まで移動
する。ここで、図１１（Ａ）、（Ｃ）〜（Ｈ）及び
（Ｊ）は、信号ＥＸＴ．ＴＲＧ、要求信号ＬＡ、禁止信
号ＬＢ、要求信号ＳＡ、禁止信号ＳＢ、信号ＲＥＱ．、
信号ＳＴＥＰ．ＳＴ及び信号ＳＤの状態、図１１（Ｂ）
はエキシマレーザ光源１の発振モードを表している。図
１１（Ｉ）はエキシマレーザ光源１のシャッターＳＨの
位置状態、図１１（Ｋ）はＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙ
の位置状態を示している。尚、図１１（Ｆ）に示す禁止
信号ＳＢから明らかなように、ここでは少なくとも１つ
のショット領域の露光中にはＰＧＲ動作、またはＨＩ動
作を実行しないようになっている。また、本シーケンス
ではＨＩ動作のみを行う場合について述べる。

【０１３０】ところで、図１１（Ｈ）において信号ＳＴ
ＥＰ．ＳＴ．がＬｏとなっている期間は、通常のウエハ
露光の実行を示し、Ｈｉとなっている期間は、露光装置
本体がエキシマレーザ光源１に対して数秒、もしくはそ
れ以上の間、発光トリガを送出しない動作、例えばウエ
ハ交換、レチクルアライメント系３０Ｘ、３０Ｙによる
レチクルアライメント、またはウエハアライメント系３
４によるウエハアライメント等の動作を実行している状
態を示している。上記信号がＬｏとなっている期間で
は、１枚のウエハに対してステップアンドリピート方式
で各ショット領域毎に露光が繰り返されるが、この時図
１１（Ａ）に示した信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．のトリガパル
ス列の各集合Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ が１ショットの露光に対
応している。

【０１３１】さて、図１１（Ａ）に示すように露光装置
本体（主制御系９）は、１枚目のウエハＷ₁ に対する露
光を終了すると、信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＬｏ→Ｈｉに
変化させる（ａ）。これを認識したエキシマレーザ光源
（制御系２５）はシャッターＳＨを閉じ始め（ｂ）、シ
ャッターＳＨが完全に閉じた時点で、数Ｈｚ以下の低い
周波数で自己発振を開始して（ｃ）、絶対波長等のロッ
ク（フィードバック制御）を行う。露光装置本体は、エ
キシマレーザ光源が自己発振している間に前述の発光ト
リガを送出しない動作を行った後、信号ＳＴＥＰ．Ｓ
Ｔ．をＨｉ→Ｌｏに変える（ｄ）。これを認識したエキ
シマレーザ光源は自己発振を停止させた後、シャッター
ＳＨを開き始める（ｅ）。露光装置本体は、シャッター
ＳＨが完全に開いた時点で、次のウエハＷ₂ に対する露
光動作を開始すべく、信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．としてトリ
ガパルス列の集合Ｓ₂を出力する。尚、トリガパルス列
Ｓ₁ 、Ｓ₂ 、Ｓ₃ の間はＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙの
ステッピングである。

【０１３２】ところで、上記の如き露光装置本体の露光
シーケンスとは非同期に、エキシマレーザ光源１はＰＧ
Ｒ動作、またはＨＩ動作を実行する必要性が生じる。そ
こで、露光装置本体はウエハ上の各ショット領域の露光
を開始する前に、図１１（Ｇ）に示す信号ＲＥＱ．の状
態をチェックし、その信号レベルがＬｏならば、次ショ
ットの露光を実行する。一方、トリガパルス列Ｓ₂ の送
出中、すなわち２枚目のウエハＷ₂ の２番目のショット
領域の露光中に、図１１（Ｃ）に示すエキシマレーザ光
源側の要求信号ＬＡがＬｏ→Ｈｉに変化した場合
（ｆ）、エキシマレーザ光源は信号ＬＡに同期してＨＩ
動作を開始するのではなく、信号ＲＥＱ．がＬｏ→Ｈｉ
に変化した時点、すなわち２番目のショット領域の露光
が終了した時点で、ＨＩ動作の実行を開始する（ｇ）。
ここで、要求信号ＬＡがＬｏ→Ｈｉに変化した時、図１
１（Ｄ）に示す禁止条件ＬＢはＬｏになっているが、図
１１（Ｆ）に示す禁止条件ＳＢはＨｉとなっている。

【０１３３】さて、ここでは２番目のショット領域を露
光中に要求信号ＬＡがＬｏ→Ｈｉに変化しているため、
露光装置本体は２番目のショット領域の露光終了後（３
番目のショット領域へＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙをス
テッピングさせる前）、信号ＲＥＱ．をチェックしてそ
のレベルがＨｉになっていることを認識する。これによ
り、露光装置本体のシーケンスは３番目のショット領域
へのステッピングを中断し、信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＬ
ｏ→Ｈｉに変える（ｈ）。エキシマレーザ光源は信号Ｒ
ＥＱ．がＬｏ→Ｈｉに変化した時は、それをＨＩ動作の
開始指令と認識し、露光装置本体からの信号ＳＴＥＰ．
ＳＴ．によりシャッターＳＨを閉じ始める（ｉ）。この
際、露光装置本体は信号ＳＤもＬｏ→Ｈｉに変化させ
（ｊ）、ＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙを所定の退避位置
まで移動しておく（ｋ）。エキシマレーザ光源は、シャ
ッターＳＨが完全に閉じた後、適切な周波数（例えば
（ｃ）の場合よりは高い周波数）で自己発振しながらＨ
Ｉ動作を実行する（ｌ）。

【０１３４】しかる後、エキシマレーザ光源はＨＩ動作
（ハロゲンガス注入）が終了した時点で、自己発振を停
止して信号ＲＥＱ．をＨｉ→Ｌｏに変化させる（ｍ）。
これを認識した露光装置本体は、エキシマレーザ光源に
対するイニシャライズ動作の開始指令として、信号ＳＴ
ＥＰ．ＳＴ．をＨｉ→Ｌｏに変える（ｎ）。さらに、こ
れを認識したエキシマレーザ光源はシャッターＳＨを開
き始め（ｏ）、シャッターＳＨが完全に開いた時点で、
露光装置本体はイニシャライズ動作（図６に示した関係
を作成するためのデータ収集）を開始する（ｐ）。そし
て上記動作が終了した時点で、露光装置本体は信号ＳＤ
をＨｉ→Ｌｏに変化させ（ｑ）、ＸＹステージを駆動し
てウエハＷ₂ を所定の露光位置まで移動した後（ｒ）、
信号ＥＸＴ．ＴＲＧ．としてトリガパルス列Ｓ₂ を送出
して、３番目以降のショット領域の露光を開始する。

【０１３５】尚、ここではＨＩ動作終了後に、レーザチ
ャンバー内のハロゲンガス濃度が所定値以上になってい
るため、図１１（Ｄ）では禁止信号ＬＢがＬｏ→Ｈｉに
変化している。また、上記シーケンスではシャッターＳ
Ｈを閉じ始める（ｉ）と同時に、ＸＹステージも退避位
置まで移動し始めるが（ｊ）、ＸＹステージはイニシャ
ライズ動作を開始する前までに退避位置まで移動させて
おけば良い。

【０１３６】さらに２枚目のウエハＷ₂ に対する露光を
終了すると、露光装置本体は上記動作と同様に信号ＳＴ
ＥＰ．ＳＴ．をＬｏ→Ｈｉに変える（ｓ）。これを認識
したエキシマレーザ光源はシャッターＳＨを閉じ始め
（ｔ）、シャッターＳＨが完全に閉じた時点で、数Ｈｚ
以下の低い周波数で自己発振を開始して（ｕ）、絶対波
長等のロックを行う。露光装置本体は、この間にウエハ
交換、ウエハアライメント系３４による基準マーク板Ｆ
Ｍ上のバーマークの検出等の動作を行った後、信号ＳＴ
ＥＰ．ＳＴ．をＨｉ→Ｌｏに変える（ｖ）。これを認識
したエキシマレーザ光源は自己発振を停止させた後、シ
ャッターＳＨを開き始める（ｗ）。露光装置本体は、シ
ャッターＳＨが完全に開いた時点で可動ミラーＭ₁ を駆
動するとともに、エキシマレーザ光源は発振モードを印
加電圧制御モードからエネルギー量一定モードへ切り替
える（ｘ）。これによって、露光装置本体はエキシマレ
ーザで基準マーク板ＦＭを下方から照明することによ
り、レチクルＲのスリットマークの投影位置を計測し
（ｙ）、この計測値と先に求めたウエハアライメント系
３４のマーク検出位置からベースライン量を算出する。

【０１３７】しかる後、エキシマレーザ光源は発振モー
ドを印加電圧制御モードに切り替え（ｚ）、露光装置本
体は次のウエハＷ₃ に対する露光動作を開始すべく、信
号ＥＸＴ．ＴＲＧ．（トリガパルス列の集合Ｓ₃ ）を出
力する。以下、３枚目のウエハＷ₃ の露光中に信号ＲＥ
Ｑ．がＬｏ→Ｈｉに変化したら、エキシマレーザ光源は
上記と全く同様の動作でＨＩ動作を実行すれば良い。

【０１３８】尚、上記シーケンスではＨＩ動作について
説明したが、ＰＧＲ動作についても全く同様に実行でき
ることは言うまでもない。またエキシマレーザ光源は、
レーザチャンバー内の混合ガスを全面的に交換する間
に、ＨＩ動作のみを複数回行うものであっても、複数回
だけＨＩ動作を行った後にＰＧＲ動作を行うという動作
を繰り返し行うものであっも構わない。さらに、エキシ
マレーザ光源側がＰＧＲ動作またはＨＩ動作を開始した
ら、露光装置本体側は待期状態、あるいはエキシマレー
ザ光を用いない他の動作（ウエハ交換、ウエハアライメ
ント等）を優先的に実行するようにする。

【０１３９】以上のように、本実施例ではエキシマレー
ザ光源側と露光装置本体側との各々で、ＰＧＲ動作また
はＨＩ動作を実行するか否かを決定するための要求信号
と禁止信号とを作成し、これら４つの信号から判定回路
５０が上記動作を実行するタイミングを決定している。
このため、１つのショット領域の露光中、もしくはハロ
ゲンガスが過多の状態で上記動作が実行されることがな
く、歩留り等を低下させることなく、最適なタイミング
で上記動作を実行することが可能となっている。

【０１４０】ここで図１１（Ａ）の（ｃ）、（ｌ）、
（ｕ）では、シャッターＳＨが閉じている状態で、低い
周波数のもとでパルス光を発振させているが、これは１
つには、エキシマレーザ光源内部の分光器に発振パルス
光の狭帯化後の波長変化を検出させる必要があるからで
ある。もう１つは、次のショット領域の露光に対するパ
ルスエネルギー設定のために、エキシマレーザ光源１内
に設けられたパワーモニター（光電素子）にパルス光を
受光させる必要があるからである。また、本実施例の信
号ＲＥＱ．は露光装置本体への露光中断、または再開を
意味するので、エキシマレーザ光源１の絶対波長制御や
スペクトル半値幅制御（狭帯化）がＰＧＲ動作、ＨＩ動
作時に、露光装置本体にとって不都合な挙動を示すこと
を分光器等で検知するようにし、不都合な時は信号ＲＥ
Ｑ．をＨｉにすればその不都合を回避することが可能で
ある。

【０１４１】また、本実施例の信号ＲＥＱ．による実行
指令（Ｌｏ→Ｈｉ）に対し、露光装置本体で実行中のシ
ーケンスが、ＰＧＲ動作またはＨＩ動作によるパルスエ
ネルギー変動に対して許容可能である場合は、そのシー
ケンスを中断してシャッターＳＨを閉じることなしに、
ＰＧＲ動作またはＨＩ動作を実行させても良い。さら
に、ＰＧＲ動作またはＨＩ動作要求とを別の信号線とし
て、露光装置本体のシーケンスが各々の実行要求に対
し、シャッターＳＨを閉じて各々の要求に対して実行す
るか否かを判断するようにしても良い。

【０１４２】尚、シャッターＳＨは露光装置本体側に設
けても構わない。また、信号ＲＥＱ．による実行指令発
生に対し、シャッターＳＨを閉じてＰＧＲ動作またはＨ
Ｉ動作を行う際のレーザ発生のトリガは、本実施例では
エキシマレーザ光源側の自己発振としているが、露光装
置本体からのトリガ信号（ＥＸＴ．ＴＲＧ．）により発
光するようにしても構わない。さらに上記シーケンスで
は、イニシャライズ動作時にＸＹステージを所定の退避
位置まで移動するようにしていたが、図１においてビー
ムスプリッターＢＳ₁ とレチクルＲとの間の光路中にシ
ャッターを配置し、イニシャライズ動作時にはシャッタ
ーにより光路の閉鎖を行うようにしても構わない。

【０１４３】次に、図１２を参照して上記構成の装置の
別の露光シーケンスについて簡単に説明するが、ここで
は図１１に示したシーケンスにはなかった動作のみにつ
いて述べる。尚、図１２では１枚のウエハの露光を行っ
ている間は、ＰＧＲ動作またはＨＩ動作を実行しないよ
うになっている。すなわち、１枚のウエハの露光を行っ
ている間は、図１２（Ｆ）に示す露光装置本体側の禁止
信号ＳＢがＨｉとなっている。

【０１４４】さて、ここでは２枚目のウエハＷ₂ の露光
中に、図１２（Ｅ）に示す露光装置本体側の要求信号Ｓ
ＡがＬｏ→Ｈｉに変化しているため、露光装置本体は２
枚目のウエハＷ₂ の露光終了後、信号ＲＥＱ．をチェッ
クしてそのレベルがＨｉになっていることを認識する。
これにより、露光装置本体は信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＬ
ｏ→Ｈｉに変えるとともに、信号ＳＤをＬｏ→Ｈｉに変
化させて、ＸＹステージ３２Ｘ、３２Ｙをウエハ交換を
行うための所定位置まで移動し、ウエハＷ₂ をＸＹステ
ージ上から搬出しておく。エキシマレーザ光源は信号Ｒ
ＥＱ．がＬｏ→Ｈｉに変化した時は、それをＨＩ動作の
開始指令と認識し、露光装置本体からの信号ＳＴＥＰ．
ＳＴ．によりシャッターＳＨを閉じ始める。さらにエキ
シマレーザ光源は、シャッターＳＨが完全に閉じた後、
適切な周波数で自己発振しながらＨＩ動作を実行する。

【０１４５】しかる後、エキシマレーザ光源はＨＩ動作
（ハロゲンガス注入）が終了した時点で、自己発振を停
止して信号ＲＥＱ．をＨｉ→Ｌｏに変化させる。これを
認識した露光装置本体は、エキシマレーザ光源に対する
イニシャライズ動作の開始指令として、信号ＳＴＥＰ．
ＳＴ．をＨｉ→Ｌｏに変える。さらに、これを認識した
エキシマレーザ光源はシャッターＳＨを開き始め、シャ
ッターＳＨが完全に開いた時点で、露光装置本体はイニ
シャライズ動作（図６に示した関係を作成するためのデ
ータ収集）を開始する。そして上記動作が終了した時点
で、露光装置本体は信号ＳＤをＨｉ→Ｌｏに変化させる
とともに、３枚目のウエハＷ₃ をＸＹステージ上にロー
ディングした後、ＸＹステージによりウエハＷ₃ を所定
の露光位置まで移動する。しかる後、露光装置本体は信
号ＥＸＴ．ＴＲＧ．としてトリガパルス列Ｓ₃ を送出
し、ショット領域の露光を開始する。尚、スループット
を考慮してイニシャライズ動作中に予め３枚目のウエハ
Ｗ₃ をＸＹステージ上にローディングしておいても良
い。しかしながら、このような場合にはイニシャライズ
動作に伴って投影レンズＰＬを介して照射されるパルス
光が迷光となってウエハＷ₃ を感光させ得るので、上記
の如くイニシャライズ動作後にウエハＷ₃ をＸＹステー
ジ上にローディングすることが望ましい。

【０１４６】さらに３枚目のウエハＷ₃ に対する露光を
終了すると、露光装置本体は信号ＳＴＥＰ．ＳＴ．をＬ
ｏ→Ｈｉに変化させる。これを認識したエキシマレーザ
光源はシャッターＳＨを閉じ始め、シャッターＳＨが完
全に閉じた時点で、数Ｈｚ以下の低い周波数で自己発振
を開始して、絶対波長等のロックを行う。露光装置本体
は、エキシマレーザ光源が自己発振している間に、ウエ
ハ交換、ウエハアライメント系３４による基準マーク板
ＦＭ上のバーマークの検出等の動作を行った後、信号Ｓ
ＴＥＰ．ＳＴ．をＨｉ→Ｌｏに変える。これを認識した
エキシマレーザ光源は自己発振を停止させた後、シャッ
ターＳＨを開き始める。露光装置本体は、シャッターＳ
Ｈが完全に開いた時点で可動ミラーＭ₁ を駆動し、エキ
シマレーザ光源は発振モードを印加電圧制御モードから
エネルギー量一定モードへ切り替える。これによって、
露光装置本体はエキシマレーザで基準マーク板ＦＭを下
方から照明することにより、レチクルＲのスリットマー
クの投影位置を計測し、この計測値と先に求めたウエハ
アライメント系３４のマーク検出位置からベースライン
量を算出する。

【０１４７】ここで、エネルギー量一定モードにてレチ
クルＲのスリットマークの投影位置を計測している際、
すなわち露光装置本体が図１２（Ａ）に示すトリガパル
ス列Ｓ’を出力している際、図１２（Ｃ）に示すエキシ
マレーザ光源側の要求信号ＬＡがＬｏ→Ｈｉに変化して
いる。この時、図１２（Ｄ）、（Ｆ）に示す禁止信号Ｌ
Ｂ、ＳＢは共にＬｏとなっている。従って、要求信号Ｌ
ＡがＬｏ→Ｈｉに変化した時点で、信号ＲＥＱ．はＬｏ
→Ｈｉに変化するため、ベースライン計測中であって
も、エキシマレーザ光源は直ちにＨＩ動作を実行する。
この際、当然ながらエキシマレーザ光源はシャッターＳ
Ｈを閉じない。そして、ＨＩ動作が終了して信号ＲＥ
Ｑ．がＨｉ→Ｌｏに変化した時点で、エキシマレーザ光
源側の要求信号ＬＡもＨｉ→Ｌｏに変化する。しかる
後、エキシマレーザ光源はベースライン計測が終了した
時点で発振モードを印加電圧制御モードに切り替え、イ
ニシャライズ動作を行って、露光装置本体は次のウエハ
Ｗ₄ に対する露光動作を開始すべく、信号ＥＸＴ．ＴＲ
Ｇ．（トリガパルス列の集合Ｓ₄ ）を出力する。

【０１４８】以上のように、上記シーケンスにおいても
１枚のウエハの露光中、もしくはハロゲンガスが過多の
状態で上記動作が実行されることがなく、歩留り等を低
下させることなく、最適なタイミングで上記動作を実行
することが可能となっている。尚、図１１、図１２に示
したタイムチャートでは、それぞれウエハＷ₃ 、Ｗ₄ へ
の露光を開始する前にベースライン計測を行っていた
が、ベースライン計測はウエハ交換毎に行っても、また
はレチクル交換時のみに行うこととしても構わない。

【０１４９】さて、上記実施例では図９に示す如くエキ
シマレーザ光源１への印加電圧とその印加電圧のもとで
実際に発振されるパルス光のレチクル面上でのエネルギ
ー量との関係が、所定の判定基準となる関係に達した時
点で、露光装置本体側の要求信号ＳＡをＬｏ→Ｈｉに変
化させるものとした。ここで、上記実施例では予め１シ
ョット当たりの露光パルス数Ｎexp 、減光率β等を定め
ているため、減光率がβ＜１であれば（但し、露光パル
ス数Ｎexp は一定とする）、上記関係が判定基準に近づ
いた時点で減光率βを大きくすることにより、印加電圧
を下げることができる。つまり、ＰＧＲ動作またはＨＩ
動作の実施間隔を長くすることができる。従って、減光
率がβ＜１である限りは、上記関係が判定基準に近づい
た時点で、減光率βを段階的（または連続的）に大きく
するようにしても良い。尚、上記実施例では露光パルス
数Ｎexp 、減光率βが共に一定であるものとしている。
また、減光率βを変える場合には、再度パルスエネルギ
ーＰav（すなわち印加電圧）を調整する必要があること
は言うまでもない。さらに、減光率βが１になった場合
でも、露光パルス数Ｎexpを大きくすれば、減光率βを
変化させる場合と全く同様の効果を得ることができる。
しかしながら、露光パルス数Ｎexp を大きくすると、ス
ループットが低下するため、実際には減光率βが１とな
り、かつ上記関係が判定基準に達した時点で、要求信号
ＳＡをＬｏ→Ｈｉに変化させることが望ましい。尚、上
記の如く減光率β、さらには露光パルス数Ｎexp を変化
させた場合には、ＰＧＲ動作またはＨＩ動作を実行した
後で、再度減光率β及びパルスエネルギーＰav（印加電
圧）、さらには露光パルス数Ｎexp までも設定し直す必
要がある。

【０１５０】さらに本実施例では、ウエハ露光時には常
にエキシマレーザ光源１の発振モードが印加電圧制御モ
ードであるものとした。しかしながら、印加電圧制御モ
ードにより少ないパルス数（干渉パターンの平滑化と所
望の露光量制御精度とを達成するのに必要なパルス数）
で１ショットの露光を行うことが有効なのは、比較的感
度の高いレジストに対して露光を行う場合である。比較
的感度の低いレジストに対しては、１ショットの露光に
際して十分なパルス数を必要とするため、印加電圧制御
モードで露光を行わなくとも、多数のパルス光の照射に
よる平均化により十分な露光量制御精度を達成すること
ができる。従って、レジストの感度に応じて発振モード
を印加電圧制御モードとエネルギー量一定モードとに切
り替えるようにしても良いことは勿論のことである。

【０１５１】また、上記実施例では投影レンズを用いた
露光装置、いわゆるステッパーについて説明したが、本
発明は他のいかなる型式、方式の露光装置でも全く同様
に適用できるものである。さらに、レーザ光源としては
希ガスハライドを用いるエキシマレーザとしたが、レー
ザチャンバー内の部分ガス交換、ガス注入、ガス循環等
を必要とする他のレーザ光源を用いても同様の効果が得
られる。

【０１５２】

【発明の効果】以上のように、本発明ではレーザ光源と
露光装置本体との各々での動作状態から、部分ガス交
換、ガス注入を実行するタイミングを決定しているた
め、少なくとも１つのショット領域の露光中はガス注入
等が行われることがなく、しかも印加電圧（充電電圧）
とその印加電圧のもとで射出されたパルス光のマスクま
たは感応基板面上でのエネルギー量（ドーズ量）との関
係に関する情報を、ガス注入等が実行されるたびに更新
しているため、ガス注入等が実行された後であっても、
常に良好な露光量制御を行うことができるといった利点
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による露光装置の概略的な構成
を示す斜視図。

【図２】図１に示した露光装置の制御系のブロック図。

【図３】減光部に適用するのに好適な回転ターレット板
の一例を示す構成図。

【図４】図３に示した回転ターレット板により減光を行
う場合の減光素子の回転量と透過率との関係を示す図。

【図５】オプチカルインテグレータ（フライアイレン
ズ）へ入射するビームとその２次光源像（スポット光）
との関係を模式的に示す図。

【図６】エキシマレーザ光源への印加電圧とその印加電
圧のもとで射出されるパルス光のレチクル（またはウエ
ハ）面上での光量（パルスエネルギー）との関係の一例
を表す図。

【図７】本発明の実施例による露光装置の動作の一例を
示す概略的なフローチャート図。

【図８】本発明の実施例における露光量制御の様子を示
すグラフ。

【図９】露光装置本体側での部分ガス交換またはガス注
入の実行を要求する信号の作成について説明する図。

【図１０】部分ガス交換またはガス注入を実行するタイ
ミング（時期）を決定するための判定回路の一例を示す
ブロック図。

【図１１】本発明の実施例による露光装置での動作の一
例を表すタイムチャート。

【図１２】本発明の実施例による露光装置での別の動作
を表すタイムチャート。

【符号の説明】

１…エキシマレーザ光源 ５…光量モニタ部 ６…演算器 ７…メモリ ８…入出力装置 ９…主制御系 １０…トリガ制御部 １１…印加電圧制御部 １２…減光制御部 １３…干渉パターン制御部 １５…減光部 １６…回転ターレット板 １７…干渉パターン低減部 １９…フライアイレンズ ２４…ガス供給制御部 ３４…ウエハアライメント系 ５０…判定回路 Ｒ…レチクル ＰＬ…投影レンズ Ｗ…ウエハ ＳＨ…シャッター ＦＭ…基準マーク板

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】部分ガス交換、又はガス注入を必要とし、
   発振のたびにエネルギー量が変動するパルス光を発振す
   る光源と、前記パルス光のエネルギー量を決める前記光
   源に対する制御パラメータを調整する手段とを備え、前
   記調整手段によってエネルギー量が制御された複数のパ
   ルス光をマスクに照射して、前記マスクに形成されたパ
   ターンを感応基板上に転写する露光装置において、 前記感応基板に対する露光状態に対応して、前記光源の
   部分ガス交換、又はガス注入の要否に対応した第１信号
   を出力する第１の制御手段と、 前記光源の発振状態に対応して、前記光源の部分ガス交
   換、又はガス注入の要否に対応した第２信号を発生する
   とともに、前記第１及び第２信号に基づいて前記光源の
   部分ガス交換、又はガス注入の時期を検知して実行する
   第２の制御手段と、 前記光源の制御パラメータと、該制御パラメータのもと
   で前記光源から発振されるパルス光の前記マスク又は感
   応基板上でのエネルギー量との関係に関する情報を格納
   する記憶手段と、 前記光源から実際に発振されたパルス光の前記マスク又
   は感応基板上でのエネルギー量を検出する検出手段と、 所定の単位パルス数毎もしくは単位時間毎、または前記
   部分ガス交換もしくはガス注入が実行されるたびに、前
   記光源の制御パラメータと前記検出されたエネルギー量
   とに基づいて、前記記憶手段に格納された情報を更新す
   る演算手段と、 前記更新された情報に基づいて、次に射出すべきパルス
   光のエネルギー量に対応する前記光源の制御パラメータ
   を決定する決定手段とを備えたことを特徴とする露光装
   置。
2. 【請求項２】前記記憶手段は、前記パルス光の発振時に
   前記光源に与える印加電圧、又は前記パルス光の発振時
   における前記光源の充電電圧と、前記パルス光のエネル
   ギー量との関係を表す関数、又はそのパラメータを格納
   することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 【請求項３】前記決定手段は、前記調整手段が前記光源
   への印加電圧を調整して前記パルス光のエネルギー量を
   制御するように、前記制御パラメータとして前記光源へ
   の印加電圧を決定することを特徴とする請求項１又は２
   記載の露光装置。
4. 【請求項４】マスクに照射されるパルス光を発振する光
   源と、前記パルス光を受光してそのエネルギー量を検出
   する光検出器と、前記パルス光のエネルギー量を決める
   前記光源に対する制御パラメータを調整する手段とを有
   し、前記マスクを介して前記パルス光で感応基板を露光
   する装置において、 前記光源に対する制御パラメータと、該制御パラメータ
   のもとで前記光源から発振されるパルス光のエネルギー
   量との関係に関する情報を格納する記憶手段と、 前記光源から複数のパルス光を発振させたときの前記光
   源に対する制御パラメータと前記光検出器によって検出
   されるエネルギー量とに重み付けを行って、前記格納さ
   れた情報を更新する演算手段とを備え、 前記調整手段は、前記更新された情報を利用して前記パ
   ルス光のエネルギー量を制御することを特徴とする露光
   装置。
5. 【請求項５】前記演算手段は、前記複数のパルス光のう
   ち最初に発振されたパルス光のエネルギー量に与える重
   みを最も軽くすることを特徴とする請求項４記載の露光
   装置。
6. 【請求項６】前記制御パラメータは、前記光源に対する
   印加電圧、又は前記パルス光の発振時における前記光源
   の充電電圧であることを特徴とする請求項４又は５記載
   の露光装置。
7. 【請求項７】光源から発振されるパルス光をマスクに照
   射し、前記マスクを介して前記パルス光で感応基板を露
   光する方法において、 前記光源の部分ガス交換、又はガス注入を実行する段階
   と、 前記部分ガス交換、又はガス注入後、前記光源から複数
   のパルス光を発振させ、前記パルス光のエネルギー量を
   決める前記光源に対する制御パラメータに対応付けて前
   記パルス光のエネルギー量を順次計測し、前記パルス光
   のエネルギー量の制御に使用される前記制御パラメータ
   と前記パルス光のエネルギー量との関係を表すパラメー
   タを決定する段階とを含むことを特徴とする露光方法。
8. 【請求項８】前記部分ガス交換、又はガス注入後の前記
   感応基板の露光では、前記決定されたパラメータに従っ
   て前記光源に対する制御パラメータを調整して、前記パ
   ルス光のエネルギー量を制御することを特徴とする請求
   項７記載の露光方法。
9. 【請求項９】前記部分ガス交換、又はガス注入は、前記
   パルス光のエネルギー量、又は前記マスクのパターンを
   前記感応基板上に転写するのに必要なパルス数に応じて
   そのタイミングが決定されることを特徴とする請求項７
   又は８記載の露光方法。
10. 【請求項１０】光源から発振されるパルス光をマスクに
    照射し、前記マスクを介して前記パルス光で感応基板を
    露光する方法において、 前記感応基板の感度特性に応じて、前記光源に対する制
    御パラメータを調整して前記光源から発振されるパルス
    光のエネルギー量を制御する第１モードと、前記制御パ
    ラメータ、又は前記エネルギー量を一定として前記光源
    から前記パルス光を発振させる第２モードとの一方を選
    択し、該選択されたモードを用いて前記感応基板の露光
    を実行することを特徴とする露光方法。
11. 【請求項１１】前記制御パラメータは、前記光源に対す
    る印加電圧、又は前記パルス光の発振時における前記光
    源の充電電圧であることを特徴とする請求項７〜請求項
    １０のいずれか一項に記載の露光方法。