JPH09320932A

JPH09320932A - 露光量制御方法及び装置

Info

Publication number: JPH09320932A
Application number: JP8132988A
Authority: JP
Inventors: Ken Ozawa; 謙小澤
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1996-05-28
Filing date: 1996-05-28
Publication date: 1997-12-12
Also published as: US6501535B1

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的な駆動によって透過率を微調整するエ
ネルギー微変調器を使用することなく高速に、且つ照明
光の光路上でのエネルギー損失を伴うことなく感光基板
上での露光量を微変調する。【解決手段】エキシマレーザ光源１からのパルス照明
光をエネルギー粗調器３で減光してレチクル１１を照明
し、レチクル１１及びウエハ１４を投影光学系１３に対
して走査することにより、ウエハ１４上の各ショット領
域にレチクル１１のパターン像を逐次転写する。ウエハ
１４上での露光量を間接的にモニタするインテグレータ
センサ２５と、エキシマレーザ光源１内でのパルス照明
光のエネルギーをモニタするエネルギーモニタとを設
け、インテグレータセンサ２５での計測結果に基づいて
エキシマレーザ光源１の発光パワーを微変調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
れる露光装置で、感光性の基板に対する露光量を制御す
るための露光量制御方法及び装置に関し、一括露光型の
露光装置にも適用できるが、特にステップ・アンド・ス
キャン方式等の走査露光型の投影露光装置で露光量制御
を行う場合に使用して好適なものである。

【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（積算露光エネルギー）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
影露光装置での露光量制御としては、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、基本的にはカットオフ制御が行われていた。このカ
ットオフ制御では、感光材料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光電検出器
よりなるインテグレータセンサに導き、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ー
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、ウエハ上で
走査方向に対してスリット状の照野フィールド（露光領
域）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ーを個別に算出して、
各パルス照明光のエネルギーを制御する方式（パルス毎
露光量制御方式）も使用されていた。

【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
エネルギーを微調する必要がある。（設定露光量）＝（パルス数）×（１パルスの平均エネルギー）（１）ここで、１パルスの平均エネルギー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。また、後者の
第２の制御方式では、各パルス発光毎にパルスエネルギ
ーを微調する必要があった。

【０００７】これに関して、従来のパルスレーザ光源
は、内部に光電検出器よりなるエネルギーモニタを備
え、このエネルギーモニタの検出結果が外部から指示さ
れた出力エネルギー（追い込み中心エネルギー）に合致
するように、レーザ電源にフィードバック制御をかける
ことによって、常に一定エネルギーのパルス光を出力す
るようにしていた。即ち、パルスレーザ光源側の追い込
み中心エネルギーは固定であり、パルス光のエネルギー
微変調は露光装置側のエネルギー微変調器で行ってい
た。

【０００８】図８は従来のエネルギー微変調器を示し、
図８（ａ）のダブル・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４
１と、格子のピッチ方向に移動自在な可動の格子板４２
とが重ねて配置され、２枚の格子板４１，４２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８
（ｂ）の微変調器では、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４３，４４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４３，４４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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来の技術
において、図８（ａ）及び（ｂ）に示すようなエネルギ
ー微変調器は、透過率を調整するためには機械的な駆動
を伴うため、高速に透過率を調整することが困難である
という不都合があった。また、両者共に最大透過率は１
００％にはできないため、透過率最大の初期状態でもエ
ネルギー損失が生じて、パルス光の利用効率が悪いとい
う不都合があった。

【００１０】更に、図８（ａ）のダブル・グレーティン
グ方式のエネルギー微変調器では、たとえこの微変調器
がオプティカル・インテグレータとしてのフライアイレ
ンズより光源側に設置されていても、使用する照明系開
口絞りの開口が小さいときは、フライアイレンズによる
重畳化効果が小さくなり、その格子パターンが像面上の
照度むらとして僅かながら残留してしまうという不都合
もあった。なお、そのように照明系開口絞りの開口が小
さいときとは、コヒーレンスファクタである所謂σ値が
小さいときを意味する。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、照明光の光路上
で機械的な駆動によって透過率（減光率）を微調整する
エネルギー微変調器を使用することなく高速に、且つ照
明光の光路上でのエネルギー損失を伴うことなくその照
明光のエネルギー、ひいては感光基板上での露光量を微
変調できる露光量制御方法を提供することを目的とす
る。

【００１２】また、本発明は、そのような露光量制御方
法を使用できる露光量制御装置を提供することをも目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
量制御方法は、露光用光源（１）から射出された照明光
で、転写用パターンの形成されたマスク（１１）を照明
し、その照明光のもとでマスク（１１）の転写用パター
ンを感光基板（１４）上に転写露光する露光装置で、感
光基板（１４）に対するその照明光の露光量を制御する
露光量制御方法において、露光用光源（１）の発光パワ
ーを所定範囲内で微変調することによってその照明光の
感光基板（１４）に対する露光量を制御するものであ
る。斯かる本発明によれば、露光用光源（１）の発光パ
ワーを直接制御することによって、機械的な駆動を伴う
ことなく、且つ照明光の光路上でのエネルギー損失を伴
うことなくその照明光のエネルギーが微変調される。

【００１４】このとき、露光用光源（１）としてパルス
レーザ光源であるエキシマレーザ光源が使用された場
合、感光基板（１４）上の各点に対する露光パルス数を
整数化するために必要なエネルギー微変調のレンジは高
々±数％である。従って、エキシマレーザ光源であれ
ば、その光源からの各パルス光の中心エネルギー（発光
パワー）をその露光パルス数を整数化するためのレンジ
で可変とすることは可能である。

【００１５】この場合、感光基板（１４）上の複数のシ
ョット領域に順次露光を行う際に、それぞれその各ショ
ット領域に対するその照明光の照度をモニタし、このモ
ニタ結果の目標値からのずれに応じて、感光基板（１
４）上の次のショット領域への露光の際に露光用光源
（１）の発光パワーを微変調することが望ましい。これ
によって、例えばショット領域間の移動中等に露光用光
源（１）の発光パワーが更新される。

【００１６】また、本発明による第２の露光量制御方法
は、露光用光源（１）から射出された照明光で、転写用
パターンの形成されたマスク（１１）を照明し、その照
明光のもとでマスク（１１）の転写用パターンを感光基
板（１４）上に転写露光する露光装置で、感光基板（１
４）に対するその照明光の露光量を制御する露光量制御
方法において、露光用光源（１）の内部又は直後でのそ
の照明光の照度（ＥＳ）と、感光基板（１４）上でのそ
の照明光の照度（Ｐ）との相関テーブルを求めておき、
この相関テーブルに基づいて感光基板（１４）上でのそ
の照明光の露光量を制御するものである。

【００１７】斯かる本発明によれば、例えば露光用光源
内のエネルギーモニタ（１ｃ）によって露光用光源
（１）の段階での照明光の照度（ＥＳ）が検出され、露
光装置側のエネルギーモニタ（２５）によって感光基板
（１４）上での照明光の照度（Ｐ）が検出され、両エネ
ルギーモニタ（１ｃ，２５）の出力の相関テーブルが制
御テーブルとして予め求められて保持される。そして、
感光基板（１４）に対する露光量の制御を行うために露
光用光源（１）の発光パワーの微変調を行うものとし
て、その微変調の際の基準は、あくまでも露光装置側の
エネルギーモニタ（２５）の出力とする。即ち、露光装
置側のエネルギーモニタ（２５）の出力とその相関テー
ブルとから露光用光源内のエネルギーモニタ（１ｃ）の
出力を求め、この出力に基づいて露光用光源（１）の発
光パワーを微変調する。これによって、露光装置側のエ
ネルギーモニタ（２５）の出力を基準とした露光量制御
直線性（露光量の目標値と実際の露光量との間の直線
性）が得られる。

【００１８】この場合、感光基板（１４）への露光を行
うことなく露光用光源（１）をダミー発光させたときに
その相関テーブルを求めることが望ましい。また、露光
用光源（１）の内部又は直後でのその照明光の照度と、
感光基板（１４）上でのその照明光の照度との相関が変
化すると予測されるときに、その相関テーブルを更新す
ることが望ましい。

【００１９】即ち、両エネルギーモニタの出力の相関関
係は、経時的に変動することが予想されるので、その相
関関係のずれが所定量を超える恐れのあるとき、即ち、
その相関テーブルの誤差が許容量を超える恐れのあると
きは、その相関テーブル作成のためのデータ取りを適宜
実行して、その相関テーブルを更新することにより、長
期的にも安定した露光装置側のエネルギーモニタ（２
５）基準の露光量制御直線性が得られる。

【００２０】更に、露光用光源（１）がパルスレーザ光
源である場合、所望の露光量再現性（走査露光の場合は
感光基板上の１点当たりの露光量再現性）を得るため
に、最低限必要なパルス数（最小露光パルス数Ｎ_min）
なるものが存在する。そこで、設定露光量と計測される
１パルス当たりのエネルギーとの関係によっては光路内
に設置されたエネルギー粗調器（３）によりダイナミッ
クに減光し、Ｎ_min以上の露光パルス数で露光されるよ
うに制御する。この場合、露光用光源内のエネルギーモ
ニタ（１ｃ）に入射するパルスエネルギーのレンジは非
常に狭いが、露光装置側のエネルギーモニタ（２５）に
入射するパルスエネルギーのレンジは非常に広い。例え
ばエキシマレーザ光源を使用するときには１００倍以上
である。この場合、両エネルギーモニタの相関関係はエ
ネルギー粗調器（３）での透過率により変わるので、エ
ネルギー粗調器（３）が入った状態で露光前のエネルギ
ーチェックを兼ねて相関データ取りをし、その相関テー
ブルを作成、更新することが望ましい。これにより、い
かなる設定露光量においても、露光装置側のエネルギー
モニタ（２５）を基準とした露光量制御直線性が得られ
る。

【００２１】また、上述の第１、又は第２の露光量制御
方法において、その露光用光源（１）がパルス発光型の
光源である場合、露光用光源（１）の発光パワーの設定
値を変更する際には、露光用光源（１）の発光パワーが
安定するのに必要なパルス数分だけ露光用光源（１）を
プリ発光させることが望ましい。例えば走査露光型の露
光装置では、例えばスキャン露光動作の準備時間である
ステージの加速、及び静定時間中に、視野絞りが閉まっ
た状態にて、そのプリ発光（ダミー発光）を行うことが
できる。

【００２２】次に、本発明による露光量制御装置は、露
光用光源（１）から射出された照明光で、転写用パター
ンの形成されたマスク（１１）を照明し、その照明光の
もとでマスク（１１）の転写用パターンを感光基板（１
４）上に転写露光する露光装置で、感光基板（１４）に
対するその照明光の露光量を制御する露光量制御装置に
おいて、露光用光源（１）の発光パワーを所定範囲内で
微変調する光源変調手段（１ｅ）と、露光用光源（１）
の内部又は直後でその照明光の照度を検出する第１のエ
ネルギーモニタ（１ｃ）と、感光基板（１４）上でのそ
の照明光の照度を直接又は間接に検出する第２のエネル
ギーモニタ（２５）と、それら第１及び第２のエネルギ
ーモニタの検出結果に基づいて光源変調手段（１ｅ）を
制御する制御手段（１ｄ，２６）と、を有するものであ
る。斯かる本発明によれば、本発明の第１、又は第２の
露光量制御方法が実施できる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明による露光量制御方
法及び装置の実施の形態の一例につき図１〜図７を参照
して説明する。本例は、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使用するステップ・アン
ド・スキャン方式の投影露光装置において、露光量制御
を行う場合に本発明を適用したものである。

【００２４】図１は本例の投影露光装置を示し、この図
１において、エキシマレーザ光源１からパルス発光され
たレーザビームＬＢは、シリンダレンズやビームエキス
パンダ等で構成されるビーム整形光学系２により、後続
のフライアイレンズ５に効率よく入射するようにビーム
の断面形状が整形される。エキシマレーザ光源１として
は、ＫｒＦエキシマレーザ光源（発振波長２４８ｎ
ｍ）、又はＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３
ｎｍ）等が使用される。なお、露光光源として、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
ス光源を使用しても良い。

【００２５】ビーム整形光学系２から射出されたレーザ
ビームＬＢは、エネルギー粗調器３に入射する。エネル
ギー粗調器３は、回転自在なレボルバ上に透過率（＝１
−減光率）の異なる複数個のＮＤフィルタを配置したも
のであり、そのレボルバ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
段階で切り換えることができるようになっている。な
お、そのレボルバと同様のレボルバを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。

【００２６】エネルギー粗調器３から射出されたレーザ
ビームＬＢは、光路折り曲げ用のミラーＭを介してフラ
イアイレンズ５に入射する。フライアイレンズ５は、後
続のレチクル１１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。フライアイレンズ５の射出面
には照明系の開口絞り（所謂σ絞り）６が配置され、そ
の開口絞り６内の２次光源から射出されるレーザビーム
（以下、「パルス照明光ＩＬ」と呼ぶ）は、反射率が小
さく透過率の大きなビームスプリッタ７に入射し、ビー
ムスプリッタ７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８Ａを経て固定照野絞り（固
定レチクルブラインド）９Ａの矩形の開口部を通過す
る。固定照野絞り９Ａは、レチクルのパターン面に対す
る共役面の近傍に配置されている。また、固定照野絞り
９Ａの近傍に走査方向の位置及び幅が可変の開口部を有
する可動照野絞り９Ｂも配置され、走査露光の開始時及
び終了時にその可動照野絞り９Ｂを介して照野フィール
ド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。

【００２７】固定照野絞り９Ａ、及び可動照野絞り９Ｂ
を通過したパルス照明光ＩＬは、第２リレーレンズ８
Ｂ、及びコンデンサレンズ１０を経て、レチクルステー
ジ１５上に保持されたレチクル１１上の矩形の照明領域
１２Ｒを均一な照度分布で照明する。レチクル１１上の
照明領域１２Ｒ内のパターンを投影光学系１３を介して
投影倍率α（αは例えば１／４，１／５等）で縮小した
像が、フォトレジストが塗布されたウエハ１４上の照野
フィールド１２Ｗに投影露光される。以下、投影光学系
１３の光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、その光軸ＡＸに垂
直な平面内で照明領域１２Ｒに対するレチクル１１の走
査方向（即ち、図１の紙面に平行な方向）をＹ方向、そ
の走査方向に垂直な非走査方向をＸ方向として説明す
る。

【００２８】このとき、レチクルステージ１５はレチク
ルステージ駆動部１８によりＹ方向に走査される。レチ
クルステージ１５上に固定された移動鏡、及び外部のレ
ーザ干渉計１６により計測されるレチクルステージ１５
のＹ座標がステージコントローラ１７に供給され、ステ
ージコントローラ１７は供給された座標に基づいてレチ
クルステージ駆動部１８を介して、レチクルステージ１
５の位置及び速度を制御する。

【００２９】一方、ウエハ１４は、不図示のウエハホル
ダを介してＺチルトステージ１９上に載置され、Ｚチル
トステージ１９はＸＹステージ２０上に載置されてい
る。ＸＹステージ２０は、Ｘ方向、Ｙ方向にウエハ１４
の位置決めを行うと共に、Ｙ方向にウエハＷを走査す
る。また、Ｚチルトステージ１９は、ウエハ１４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１４の傾斜角を調整する機能を有す
る。Ｚチルトステージ１９上に固定された移動鏡、及び
外部のレーザ干渉計２２により計測されるＸＹステージ
２０のＸ座標、及びＹ座標がステージコントローラ１７
に供給され、ステージコントローラ１７は供給された座
標に基づいてウエハステージ駆動部２３を介してＸＹス
テージ２０の位置、及び速度を制御する。

【００３０】また、ステージコントローラ１７の動作
は、不図示の装置全体を統轄制御する主制御系によって
制御されている。そして、走査露光時には、レチクル１
１がレチクルステージ１５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２０を介してウエハ１４は照野フィールド１２Ｗに
対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度α・Ｖ_R（αは
レチクル１１からウエハ１４に対する投影倍率）で走査
される。

【００３１】また、Ｚチルトステージ１９上のウエハ１
４の近傍に光電変換素子からなる照度むらセンサ２１が
常設され、照度むらセンサ２１の受光面はウエハ１４の
表面と同じ高さに設定されている。照度むらセンサ２１
としては、遠紫外で感度があり、且つパルス照明光を検
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。照度むらセンサ２１の検出
信号が不図示のピークホールド回路、及びアナログ／デ
ジタル（Ａ／Ｄ）変換器を介して露光コントローラ２６
に供給されている。

【００３２】図１において、ビームスプリッタ７で反射
されたパルス照明光ＩＬは、集光レンズ２４を介して光
電変換素子よりなるインテグレータセンサ２５で受光さ
れ、インテグレータセンサ２５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)として露光コントローラ２６に供給
される。インテグレータセンサ２５の出力ＤＳと、ウエ
ハ１４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露光コントローラ２６内
に記憶されている。露光コントローラ２６は、制御情報
ＴＳをエキシマレーザ光源１に供給することによって、
エキシマレーザ光源１の発光タイミング、及び発光パワ
ー等を制御する。露光コントローラ２６は、エネルギー
粗調器３を制御し、ステージコントローラ１７はステー
ジ系の動作情報に同期して可動照野絞り９Ｂの開閉動作
を制御する。

【００３３】次に、本例の露光量制御系の構成につき図
２を参照して説明する。図２は、図１の投影露光装置の
露光量制御系を示し、この図２のエキシマレーザ光源１
の内部において、レーザ共振器１ａ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１ｂに入射し、ビームスプリッタ
１ｂ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１ｂで反射されたレーザビーム
が光電変換素子よりなるエネルギーモニタ１ｃに入射
し、エネルギーモニタ１ｃ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ＥＳとしてエネルギ
ーコントローラ１ｄに供給されている。エネルギーモニ
タ１ｃの出力ＥＳに対応するエネルギーの制御量の単位
は（ｍＪ／pulse)である。通常の発光時には、エネルギ
ーコントローラ１ｄは、エネルギーモニタ１ｃの出力Ｅ
Ｓが、露光コントローラ２６より供給された制御情報Ｔ
Ｓ中の１パルス当たりのエネルギーの目標値に対応した
値となるように、高圧電源１ｅでの電源電圧を制御し、
この電源電圧に応じてレーザ共振器１ａでの１パルス当
たりのエネルギーが決定される。これによって、エキシ
マレーザ光源１での１パルス当たりのエネルギーが、露
光コントローラ２６で指示された値となる。

【００３４】エキシマレーザ光源１の１パルス当たりの
エネルギーは通常、所定の中心エネルギーＥ₀において
安定化されているが、その中心エネルギーＥ₀の上下に
所定範囲で変化できるようになっている。また、エキシ
マレーザ光源１内のビームスプリッタ１ｂの外側には、
露光コントローラ２６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１ｆも配置されてい
る。

【００３５】更に、図２において、後述の制御テーブル
の作成、又は更新時には、エネルギーモニタ１ｃの出力
ＥＳがエネルギーコントローラ１ｄを介して露光コント
ローラ２６に供給され、露光コントローラ２６では、エ
ネルギーコントローラ１ｃの出力ＥＳとインテグレータ
センサ２５の出力ＤＳとの相関関係を求める。そして、
走査露光時に露光コントローラ２６は、所定の制御情報
ＴＳをエネルギーコントローラ１ｃに送って、エキシマ
レーザ光源１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２５からの出力ＤＳを積算し
て、順次ウエハ１４上の各点での積算露光量を求める。
そして、この積算露光量がウエハ１４上のフォトレジス
トに対する設定露光量となるように、露光コントローラ
２６はエネルギー粗調器３における透過率の調整、及び
エキシマレーザ光源１における１パルス当たりのエネル
ギーの微調整を行う。

【００３６】次に、本例の投影露光装置での露光量制御
動作の一例につき詳細に説明する。（イ）制御テーブルの作成先ず、露光量制御のもととなる制御テーブルの作成手順
を説明する。ここでは、投影露光装置本体内のインテグ
レータセンサ２５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１内のエネルギーモニタ１ｃ
の出力ＥＳの単位（エネルギー制御量の単位）を（ｍＪ
／pulse)と仮定する。上述のように、インテグレータセ
ンサ２５の出力ＤＳの単位（エネルギー制御量の単位）
は（digit/pulse)である。

【００３７】この場合本例では、インテグレータセンサ
２５の出力ＤＳは予め図１のＺチルトステージ１９上で
像面（即ち、ウエハの表面）と同じ高さに設置された基
準照度計（不図示）の出力に対して較正されているもの
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２５の較正とは、インテグレータセンサ２５の出力
ＤＳ（digit/pulse)を、像面上の露光量（ｍＪ／（ｃｍ
²・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２５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、以下では、インテグレータセンサ２５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２５による処理量Ｐ（ｍＪ／（ｃ
ｍ²・pulse)）として説明する。

【００３８】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２５の処理量Ｐ（ｍ
Ｊ／（ｃｍ²・pulse)）と、エキシマレーザ光源１内のエ
ネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳ（ｍＪ／pulse)との相関
関係を求めることである。そのための前提条件として、
図１のエキシマレーザ光源１からのレーザビームＬＢの
１パルス当たりのエネルギーＥは、所定の中心エネルギ
ーＥ₀にて安定化されるものとする。また、エネルギー
粗調器３における透過率を１００％（開放）に設定する
ものとする。

【００３９】そして、本例ではそのレーザビームＬＢの
エネルギーＥを、その中心エネルギー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。Ｅ＝Ｅ₀｛１±（ｉ／Ｎ_DATA）×Ｅ_R／Ｅ₀｝（２）ここで、Ｅ_Rは必要となるエネルギー変調レンジであ
り、典型的にはＥ_R／Ｅ ₀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。

【００４０】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１にパルス発光を行わせて、インテグ
レータセンサ２５の処理量Ｐの値Ｐ_iと、エネルギーモ
ニタ１ｃ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。

【００４１】図３は、このようにして得られた相関デー
タ（Ｐ_i，Ｅ_i)を示し、この図３において、横軸はイン
テグレータセンサ２５の処理量の値Ｐ_i、縦軸はエネル
ギーモニタ１ｃ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２
５の処理量Ｐ（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）からエネルギー
モニタ１ｃの出力ＥＳ（ｍＪ／pulse)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の露
光コントローラ２６内の記憶部に記憶する。その後、露
光コントローラ２６では、その制御テーブル、及びイン
テグレータセンサ２５の処理量Ｐに基づいて対応するエ
ネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳを正確に算出することが
できる。

【００４２】以下、簡単のためインテグレータセンサ２
５とエネルギーモニタ１ｃ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の実線の直線で示す
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２５の処理量Ｐ（ｍ
Ｊ／（ｃｍ²・pulse)）、及び変換係数βを用いて、次式
よりエネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳ（ｍＪ／pulse)を
算出できるものと仮定する。

【００４３】ＥＳ＝β・Ｐ（３）そして、本例では図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露光コントローラ２６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。

【００４４】（ロ）基本的な露光量制御シーケンス次に、本例の投影露光装置における基本的な露光量制御
シーケンスにつき図６のフローチャートを参照して説明
する。なお、図１のエキシマレーザ光源１からのレーザ
ビームＬＢに対するエネルギー粗調器３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
のエネルギーの微変調動作に着目して説明する。

【００４５】先ず、以下の説明で用いる量を次のように
定義する。（ａ）Ｓ₀：オペレータが設定するウエハ上のフォトレ
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）。

【００４６】（ｃ）ｐ：露光前にインテグレータセンサ
２５にて間接的に計測される像面上の平均パルスエネル
ギー密度（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）。（ｄ）Ａ_rep：ウエハ上の１点当たりの露光量再現
性。（ｅ）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）。

【００４７】（ｆ）Ａ_E：ウエハ上の１点当たりの所望
の設定露光量に対する積算露光量精度。即ち、次式が成
立している。Ａ_E＝Ａ_rep＋Ａ_t （４）（ｇ）Ｐ_t：インテグレータセンサ２５を基準とした設
定パルスエネルギー（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）。

【００４８】（ｈ）Ｅ_t：図２のエキシマレーザ光源１
が露光コントローラ２６から受けたレーザビームＬＢの
エネルギー設定値（ｍＪ／pulse)。即ち、（３）式に対
応して次式が成立している。Ｅ_t＝β・Ｐ_t （５）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。

【００４９】先ず、図６のステップ１０１において、オ
ペレータが露光コントローラ２６に対してウエハ上のフ
ォトレジストに対する設定露光量Ｓ₀を設定する。それ
に応じて露光コントローラ２６は、レーザビームＬＢの
１パルス当たりのエネルギー設定値Ｅ_tを中心エネルギ
ーＥ₀に設定する。次のステップ１０２において、露光
コントローラ２６はエキシマレーザ光源１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２５の出力を積算することによって、間接的に
ウエハ上での平均パルスエネルギー密度ｐ（ｍＪ／（ｃ
ｍ²・pulse)）を計測する。その後、次式より露光パルス
数Ｎを算出する。

【００５０】Ｎ＝ｃｉｎｔ（Ｓ₀/ｐ）（６）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。次に、ステップ１０４において、
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
調べる。ここでは、Ｎ≧Ｎ_minであるとして、ステップ
１０６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。但し、関数ＡＢＳは絶対値を求める
関数である。

【００５１】Ａ_tgt＝ＡＢＳ（１−ｐＮ／Ｓ₀) （７）そして、ステップ１０７において、エキシマレーザ光源
１におけるパルスエネルギーの微変調が必要であるか否
か、即ち、露光量目標値精度の実測値Ａ_tgtが上記の露
光量目標値精度Ａ_t以上であるか否かを調べる。そし
て、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、動作はステップ１０９に移行して露光が行われ
る。一方、Ａ_tgt≧Ａ_t であるときには、パルスエネ
ルギーの微変調が必要であるため、ステップ１０８に移
行して次式よりインテグレータセンサ２５を基準とした
設定パルスエネルギーＰ_t（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）を
算出する。

【００５２】Ｐ_t＝Ｓ₀／ｃｉｎｔ（Ｓ₀/Ｐ）（８）そして、露光コントローラ２６内の記憶部に制御テーブ
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１でのレーザビームＬＢのエネル
ギー設定値Ｅ_t（ｍＪ／pulse)を算出し、このエネルギ
ー設定値Ｅ_tを図２のエネルギーコントローラ１ｄに供
給する。その後、ステップ１０９で図１の投影露光装置
においてレチクル１１及びウエハ１４の加速が開始さ
れ、等速の同期走査が行われるようになると、ステップ
１１０で走査露光が行われ、ステップ１１１で１つのシ
ョット領域に対する露光が終了する。

【００５３】本例では、エキシマレーザ光源１のパルス
エネルギーを微変調しているため、高速、且つ高精度に
ウエハに対するレーザビームＬＢの露光量を制御でき、
ウエハ上の各点で所望の積算露光量を得ることができ
る。しかも、レーザビームＬＢの光路上での光量損失が
なく、レーザビームＬＢの利用効率が高い利点もある。
なお、図６のステップ１０７で露光パルス数Ｎが最小露
光パルス数Ｎ_minより小さくなるときには、ステップ１
０５に移行して、図１のエネルギー粗調器３のＮＤフィ
ルタを組み合わせて得られる透過率中より、Ｎ≧Ｎ_min
となる透過率を選択して設定すればよい。

【００５４】（ハ）制御テーブルのリアルタイム（ショ
ット毎）更新動作上述の（ロ）の基本的な露光量制御シーケンスは１度作
成した制御テーブル、即ち、変換係数βが系として安定
していて、且つ、エキシマレーザ光源１も露光コントロ
ーラ２６の指示通りに動作する場合にのみ有効である。
しかしながら、実際は、図２に示す露光量制御系におい
ては、インテグレータセンサ２５やエネルギーモニタ１
ｃ自体の感度の経時的変動、及びそれらの間の光学系の
透過率や反射率の経時変化は何れも無視できないほどで
ある。そこで、長期的にも安定した露光量制御を達成す
るために、露光以外のレーザ発光を用いた、或いは露光
中にリアルタイムで取得したパルスエネルギーのデータ
を用いた、インテグレータセンサ２５とエネルギーモニ
タ１ｃとの間の相関関係（変換関数β）の更新が必要に
なってくる。基本的な考え方は、次の通りである。

【００５５】即ち、露光パルス数をＮ、インテグレータ
センサ２５でのｉ番目のパルスレーザビームに対する処
理量Ｐ（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）をＰ_iとする。そし
て、ウエハ上の各点での積算露光量Ｓ_kを間接的に計測
するため、各パルスレーザビームが照射される毎に、そ
れまでのＮパルス分のインテグレータセンサ２５の処理
量Ｐ_iを次のように積算する。

【００５６】Ｓ_k＝Ｐ_k＋Ｐ_k-1＋…＋Ｐ_k-N+2＋Ｐ_k-N+1 （９）図４は、各パルスレーザビームが照射される毎に、順次
ウエハ上の１つのショット領域内の各点で得られる積算
露光量Ｓ_kを各点の走査方向の位置Ｙに対してプロット
したものであり、この図４において、積算露光量Ｓ_kは
折れ線状に変化している。その積算露光量Ｓ_kのデータ
より、そのショット領域中の平均積算露光量Ｓ_ave、最
大積算露光量Ｓ_max、及び最小積算露光量Ｓ_minを求
め、これらのデータに基づいて直前に露光されたショッ
ト領域での積算露光量の結果を判定し、不良のときはそ
の内容を判別し、次のショット領域に対する露光時にフ
ィードバックする。このような露光量制御を行う際に、
本例では更に露光中にエネルギーモニタ１ｃの計測デー
タとインテグレータセンサ２５の計測データとを同時に
蓄積し、露光後にエネルギーコントローラ１ｄは、エネ
ルギーモニタ１ｃの計測データの目標値、実際の計測
値、及び平均値等を露光コントローラ２６に送信する。
また、インテグレータセンサ２５の計測データの目標値
と実際の計測値とは露光コントローラ２６内に蓄積され
ているため、露光コントローラ２６では、次のようにし
て露光量制御の良否の判定を行う。

【００５７】図７は、その場合の露光量制御動作のシー
ケンスを示し、この図７において、ステップ１２１にお
いて、前のショット領域への露光が開始され、ステップ
１２２においてレチクル及びウエハの加速が開始され、
同期が取られた後、ステップ１２３で走査露光が行わ
れ、ステップ１２４で走査が終了している。そして、ス
テップ１２５で未露光のショット領域が存在しないとき
にはステップ１３９に示すように１枚のウエハへの露光
が終了する。一方、ステップ１２５で未露光のショット
領域があるときには動作はステップ１２６に移行し、次
のように必要に応じて制御テーブルの更新が行われる。

【００５８】また、ステップ１２３の走査露光時には、
各パルス照明光が照射される毎に、それまでのＮパルス
分のインテグレータセンサ２５の処理量Ｐ_iを積算する
ことによって（９）式の積算露光量Ｓ_kが求められて記
憶されている。このように記憶された積算露光量Ｓ_kを
図４の積算露光量Ｓ₁〜Ｓ_nとする。露光結果として重
要なのは、これらが設定された露光量に対して許容範囲
内にあるか否かである。そのため、ステップ１２６にお
いて、直前のショット領域の露光量が不良か良好かを判
別する。即ち、ｉ番目（ｉ＝１〜ｎ）の積算露光量Ｓ_i
の設定露光量Ｓ ₀からの誤差が次のように積算露光量精
度Ａ_E以下かどうかを判定する。

【００５９】｜１−Ｓ_i／Ｓ₀｜≦Ａ_E （１０）（１０）式が成立するときには、内部の各点での積算露
光量が適正なショット領域であるため、次のショット領
域の露光のためにパルスエネルギーの補正を行う必要は
ない。即ち、このショットは積算露光量の誤差が許容範
囲内であるため、動作はステップ１２７に移行して次の
ショット領域の走査開始位置へのステッピングが行わ
れ、その後ステップ１２２〜１２５の露光動作が行われ
る。

【００６０】しかしながら、ステップ１２６で（１０）
式が成立しないときには、その原因が各点での積算露光
量間のばらつきによるものなのか、或いはショット領域
中の平均パルスエネルギーのずれによるオフセット的な
ものなのかを判別するために、動作はステップ１２８に
移行する。ここでは、そのショット領域中の最大積算露
光量Ｓ_max、及び最小積算露光量Ｓ_minを用いて次式よ
り露光量再現性Ａ_repを算出する。

【００６１】Ａ_rep＝（Ｓ_max−Ｓ_min)／（Ｓ_max＋Ｓ_min) （１１）そして、得られた露光量再現性Ａ_repを露光量再現性の
規格値（Ａ_rep)_specと比較し、Ａ_rep≧（Ａ_rep)_spec
であるときには、エキシマレーザ光源１におけるパルス
エネルギーのばらつきが不良であるためステップ１３８
に移行して、露光コントローラ２６はエキシマレーザ光
源１のエネルギーコントローラ１ｄに対してアラーム情
報を送る。これに応じて、エネルギーコントローラ１ｄ
は、自己復帰動作に入る。一例として、エネルギーコン
トローラ１ｄは、シャッタ１ｆを閉じて発光動作を停止
した後、レーザ発光を行う気体の濃度チェック等（セル
フチェック）を行い、レーザ発振が正常に行われるよう
にする（セルフロック）。その自己復帰が完了すると、
エネルギーコントローラ１ｄはその旨を露光コントロー
ラ２６に知らせ、これに応じてステップ１２７で次のシ
ョット領域の走査開始位置へのステッピングが行われ、
以下そのショット領域への露光が行われる。

【００６２】また、ステップ１２８で露光量再現性Ａ
_repが規格値（Ａ_rep)_specより小さいときには、露光量
制御エラーの原因がショット領域内での平均パルスエネ
ルギーのずれによるものなので、ステップ１２９におい
て、露光コントローラ２６は図４の積算露光量Ｓ_kの平
均積算露光量Ｓ_aveを算出し、この算出結果を用いて次
式よりインテグレータセンサ２５を基準としたパルスエ
ネルギーの平均値Ｐ_rを求める。

【００６３】Ｐ_r＝Ｓ_ave／Ｎ（１２）同様に、エキシマレーザ光源１側では、露光中にエネル
ギーコントローラ１ｄが各パルス発光毎にエネルギーモ
ニタ１ｃの出力ＥＳを蓄積し、エネルギーモニタ１ｃで
計測されるパルスエネルギーの平均値Ｅ_rを得て露光コ
ントローラ２６に送る。その後、露光コントローラ２６
ではステップ１３０で露光量制御エラーの内容の解析を
行う。ここで、図５（エラー原因識別マップ）を参照し
て制御エラーの内容を場合分けする。

【００６４】図５は、インテグレータセンサ２５で計測
されたパルスエネルギーの平均値Ｐ _r、及びエネルギー
モニタ１ｃで計測されたパルスエネルギーの平均値Ｅ_r
の可能な分布を示し、この図５において横軸は平均値Ｐ
_r（ｍＪ／（ｃｍ²・pulse)）、縦軸は平均値Ｅ_r（ｍＪ
／pulse)である。そして、図５中のインテグレータセン
サ２５基準の設定パルスエネルギーＰ_tとエキシマレー
ザ光源１に対するエネルギー設定値Ｅ_tとを有する計測
データＡ（Ｐ_t，Ｅ_t)は、露光前に定めた目標データを
示し、その他の計測データＢ，Ｃ，Ｄ，Ｅは直前のショ
ット領域への露光終了時のインテグレータセンサ２５及
びエネルギーモニタ１ｃにより計測された平均パルスエ
ネルギーの組み合わせの例を示している。また、直線３
１は、両平均パルスエネルギーの設計上の関係（Ｅ_r＝
β・Ｐ_r)を表す直線である。

【００６５】また、直線３２及び３３はそれぞれ制御テ
ーブル（変換係数β）の許容できる誤差の下限及び上限
に対応する直線であり、直線３２及び３３の傾き（変換
係数）はそれぞれβ（１−δ）及びβ（１＋δ）で表さ
れ、δは例えば露光量目標値精度Ａ_tの１／３等の量で
ある。そして、直線３２及び３３で表されるエネルギー
モニタ１ｃによるパルスエネルギーの平均値Ｅ_rをそれ
ぞれ許容できる平均値の下限Ｅ^-及び上限Ｅ⁺とする
と、下限Ｅ^-及び上限Ｅ⁺は次のように表される。

【００６６】Ｅ^-＝β（１−δ）Ｐ（１３）Ｅ⁺＝β（１＋δ）Ｐ（１４）また、図５の横軸上で、露光量目標値精度Ａ_t、及び設
定パルスエネルギーＰ _tを用いて、Ｐ_t(１−Ａ_t)≦Ｐ_r
≦Ｐ_t(１＋Ａ_t) となる範囲が適正露光量が得られる範
囲を示している。そして、Ｐ_t(１−Ａ_t)≦Ｐ_r≦Ｐ_t(１
＋Ａ_t) となる範囲内で、計測データＢは直線３２と直
線３３との間にあり、計測データＣは直線３３の上側に
ある（直線３２の下側にあるときも同様）。また、Ｐ
_t(１＋Ａ_t)＜Ｐ_r、又はＰ_r＜Ｐ_t(１−Ａ_t)となる範囲
内で、計測データＤは直線３２と直線３３との間にあ
り、計測データＥは直線３３の上側にある（直線３２の
下側にあるときも同様）。計測データＡに対するそれら
４種類の計測データＢ，Ｃ，Ｄ，４の外れ方の意味は次
の通りである。

【００６７】（ａ）計測データＢ：現在の制御テーブル
（変換係数）、及びレーザエネルギーの制御精度共に許
容範囲内であり、次のショット領域に対してパルスエネ
ルギーの変調自体が必要なく、且つ制御テーブルの更新
等も行う必要がない。ここで、図５において、計測デー
タＢでのパルスエネルギーの平均値Ｅ_rの値をＥ_r ^*、こ
の平均値Ｅ_r ^*に対応する直線３１上の平均値Ｐ_rの値を
Ｐ_r ^*とすると、Ｐ_tからＰ_r ^*に向かうベクトルＬは、エ
キシマレーザ光源１におけるパルスエネルギーの制御誤
差に起因し、Ｐ_r ^*から計測データＢに向かうベクトルＴ
は現在の制御テーブルの誤差に起因する。他の計測デー
タの誤差も同様に分解できる。

【００６８】（ｂ）計測データＣ：現在の制御テーブル
は許容範囲外であるが、ウエハ上でのパルスエネルギー
の平均値が適正範囲内であり、結果として露光量制御は
良好に行われている。（ｃ）計測データＤ：現在の制御テーブルは許容範囲内
であるが、ウエハ上でのパルスエネルギーの平均値が適
正範囲を外れており、結果として露光量制御は不良であ
る。

【００６９】（ｄ）計測データＥ：現在の制御テーブ
ル、及びウエハ上でのパルスエネルギーの平均値共に許
容範囲外である。以上のようにして、ステップ１３０では図５のエラー原
因識別マップを用いて直前のショット領域に対する露光
量制御エラーの内容が判別される。そして、上述の計測
データＢ〜Ｅに対する次ショットでの対処方法は以下の
ようになる。

【００７０】先ず、ステップ１３１で示すように計測デ
ータＢ、又は計測データＣが得られたときには、特に対
処することなくステップ１２７に移行して次のショット
領域への露光を行う。なお、計測データＣが得られたと
きには、制御テーブルが許容範囲を外れているため、
（イ）で示した制御テーブルの作成を行って、直前のシ
ョット領域で使用した制御テーブルを更新するようにし
てもよい。

【００７１】また、ステップ１３２で示すように計測デ
ータＤが得られたときには、ステップ１３３に移行して
露光コントローラ２６は、エキシマレーザ光源１のエネ
ルギーコントローラ１ｄに対して、エネルギーモニタ１
ｃに基づいたパルスエネルギー制御が正常に行われてい
ない旨のアラーム情報を送る。これに応じて、エネルギ
ーコントローラ１ｄは、ステップ１３８と同様の自己復
帰動作に入る。その自己復帰が完了すると、エネルギー
コントローラ１ｄはその旨を露光コントローラ２６に知
らせ、これに応じてステップ１２７以下で次のショット
領域への露光が行われる。

【００７２】一方、ステップ１３４で示すように計測デ
ータＥが得られたときには、ステップ１３５に移行して
露光動作を停止する。そして、次のステップ１３６でエ
キシマレーザ光源１のエネルギーコントローラ１ｄに対
して、エネルギーモニタ１ｃに基づいたパルスエネルギ
ー制御が正常に行われていない旨のアラーム情報を送
る。これに応じて、エネルギーコントローラ１ｄは、ス
テップ１３８と同様の自己復帰動作に入る。その自己復
帰が完了すると、ステップ１３７において露光コントロ
ーラ２６は（イ）で示した制御テーブルの作成を実行し
て、直前のショット領域で使用された制御テーブルを更
新する。その後、ステップ１２７に移行して次のショッ
ト領域への露光を行う。

【００７３】なお、ステップ１３１で計測データＣが得
られた場合に制御テーブルの作成を行う際には、（イ）
で説明した制御テーブル作成シーケンスに基づくのでは
なく、直前のショット領域で得られたその計測データＣ
を用いてもよい。即ち、図５の計測データＣでのインテ
グレータセンサ２５基準のパルスエネルギーの平均値を
Ｐ_r'、エネルギーモニタ１ｃ基準のパルスエネルギーの
平均値をＥ_r'とすると、（５）式に基づいてＥ_r'／Ｐ_r'
（＝β’とする）の値で変換係数βを置き換えることに
よって、迅速且つ正確に制御テーブルを更新できる。

【００７４】あるいは、前のショット領域で使用された
変換係数βに対して補正係数ηを乗ずる形式で制御テー
ブルを更新してもよい。この場合、β’／βをηとする
と、（５）式に対応する式は次のようになり、変換係数
β、及び補正係数ηが制御テーブルとして記憶される。Ｅ_t＝β・η・Ｐ_t （１５）

【００７５】（ニ）広範囲に亘る設定露光量に対する露
光量制御動作以上の動作は、１枚のウエハ上の各ショット領域に全て
同じ露光量を与える場合の動作であったが、例えばウエ
ハ上のフォトレジストに対する適正露光量を定めるため
には、ウエハ上の各ショット領域に対して設定露光量を
所定幅ずつ変化させながらテストプリントを行う必要が
ある。そこで、設定露光量を変化させながらテストプリ
ントを行う場合の動作につき説明する。この場合、設定
される露光量は広範囲に亘るため、エネルギー粗調器３
による減光が必要になる。

【００７６】しかしながら、エネルギー粗調器３のレボ
ルバを回転してＮＤフィルタを切り換える場合、そのレ
ボルバの位置決め誤差、及びＮＤフィルタの透過率の経
時変化等によって、常に必要な精度でエネルギー粗調器
３における透過率を所望の値に設定するのは困難であ
る。言い換えると、オープンループ制御でエネルギー粗
調器３における透過率を所望の値に設定するのは困難で
ある。

【００７７】また、図３に示すように、エネルギー粗調
器３の開放時にはインテグレータセンサ２５の処理量の
値Ｐ_iとエネルギーモニタ１ｃの出力の値Ｅ_iとは広い
レンジでほぼリニアであるが、エネルギー粗調器３の透
過率を切り換えた場合には、その透過率に応じてインテ
グレータセンサ２５の処理量とエネルギーモニタ１ｃの
出力との関係は大きく変化する。従って、より高精度に
露光量制御を行うためには、レーザビームＬＢの光路上
にエネルギー粗調器３の各ＮＤフィルタを設定した状態
で、インテグレータセンサ２５の処理量Ｐ（ｍＪ／（ｃ
ｍ²・pulse)）とエネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳ（ｍＪ
／pulse)との相関関係を表す制御テーブルを作成するこ
とが望ましい。そこで、エネルギー粗調器３の透過率を
切り換えた場合に、その制御テーブルとしての（３）式
の変換係数βを求める動作の一例につき説明する。この
動作は図６の動作に類似しているため、図６を参照して
説明する。

【００７８】この場合、先ず図６のステップ１０１と同
様に、露光コントローラ２６に対してウエハ上のフォト
レジストに対する設定露光量Ｓ₀が設定される。それに
応じて露光コントローラ２６は、レーザビームＬＢの１
パルス当たりのエネルギー設定値Ｅ_tを中心エネルギー
Ｅ₀に設定する。次に、ステップ１０２と同様に、露光
コントローラ２６はエキシマレーザ光源１に複数回パル
ス発光を行わせて、インテグレータセンサ２５の出力を
積算することによって、間接的にウエハ上での平均パル
スエネルギー密度ｐ₀（ｍＪ／ｃｍ²)を計測する。その
後、ステップ１０３に対応して次式より露光パルス数Ｎ
を算出する。

【００７９】Ｎ＝ｃｉｎｔ（Ｓ₀/ｐ₀）（１６）次に、ステップ１０４と同様に、その露光パルス数Ｎ
が、最小露光パルス数Ｎ _min以上であるかどうかを調べ
る。そして、Ｎ＜Ｎ_minであるときには、ステップ１０
５と同様に、エネルギー粗調器３中のＮＤフィルタよ
り、Ｎ≧Ｎ_minを満たせるような透過率を有するＮＤフ
ィルタを選択して、このＮＤフィルタをレーザビームＬ
Ｂの光路上に設定する。このときに設定されたＮＤフィ
ルタの実際の透過率をＴ_ND’とする。

【００８０】その後、ステップ１０２と同様に、露光コ
ントローラ２６は再びレーザビームＬＢの１パルス当た
りのエネルギー設定値Ｅ_tを中心エネルギーＥ₀に設定
する。そして、インテグレータセンサ２５を介して、間
接的にウエハ上での平均パルスエネルギー密度ｐ₀（ｍ
Ｊ／ｃｍ²)を計測する。その後、ステップ１０３に対応
して次式より露光パルス数Ｎを算出する。

【００８１】Ｎ＝ｃｉｎｔ（Ｓ₀/（Ｔ_ND’・ｐ₀)）（１７）また、その間接的にウエハ上での平均パルスエネルギー
密度を計測する際に、１パルス毎、あるいは複数パルス
毎に、エネルギーモニタ１ｃの出力とインテグレータセ
ンサ２５の出力とよりなる計測データを同時に蓄積す
る。一般にエキシマレーザ光源はパルス間で出力が±５
％〜７％ばらつくため、そのように蓄積された計測デー
タより、十分なレンジで（イ）の制御テーブルの作成を
行うことができる。即ち、そのように蓄積された計測デ
ータより、（３）式の変換係数βに対応する変換係数
β’が得られる。その後のシーケンスは図６を参照して
説明した通りである。

【００８２】（ホ）レーザエネルギーの微調整安定化さて、一般にエキシマレーザのような放電励起ガスレー
ザは、設定エネルギーを変えた場合、即ち、例えば図２
のエキシマレーザ光源１では、高圧電源１ｅでの電源電
圧の設定値の平均レベルを変えた場合は、発光されるレ
ーザビームのエネルギーが所望のエネルギーに安定する
まで、数１０パルスの発光を要する。このようにパルス
エネルギーが安定するまで発光されるパルス光を「プリ
パルス」と呼ぶ。

【００８３】そこで、本例ではウエハ１４の露光を開始
する前にエキシマレーザ光源１のパルスエネルギーを安
定化するために、ウエハ１４上へのパルス照明光ＩＬの
照射を行わない状態でエキシマレーザ光源１にパルス発
光を行わせる。このように、ウエハ１４に対する露光が
行われない状態でのエキシマレーザ光源１の発光を「ダ
ミー発光」と呼ぶ。

【００８４】この場合、エキシマレーザ光源１のパルス
エネルギーの安定化に要するプリパルス数は予め最悪の
状態を予想して一定数Ｎ_prとしておく。更に、エキシマ
レーザ光源１の発光周波数をｆ（Ｈｚ）とすると、露光
開始のＮ_pr／ｆ（ｓｅｃ）前になったら、ダミー発光を
開始すればよい。又は、ウエハ側のＸＹステージ２０を
基準にして、露光開始までの時間Ｎ_pr／ｆの間でのＸＹ
ステージ２０の走査速度の平均値をＶ_W'とすると、ＸＹ
ステージ２０が露光開始位置よりＶ_W'・Ｎ_pr／ｆだけ手
前に達したときにダミー発光を開始すればよい。

【００８５】具体的に、本例の投影露光装置では、露光
するレチクルパターン像を制限するために光路中に可動
照野絞り９Ｂがあり、この可動照野絞り９Ｂはレチクル
パターン像の露光開始に同期して開き始める。また、そ
れより前に、ウエハ側のＸＹステージ２０及びレチクル
ステージ１５は等速走査に入る前の助走を始めている。
そこで、ＸＹステージ２０及びレチクルステージ１５の
助走開始後、可動照野絞り９Ｂが開き始める時点（露光
開始時点）のＮ_pr／ｆ（ｓｅｃ）前になったら、又はＸ
Ｙステージ２０が露光開始位置よりＶ_W'・Ｎ_pr／ｆだけ
手前に達したときにエキシマレーザ光源１のダミー発光
を開始すればよい。これによって、レチクル１１のパタ
ーン像がウエハ１４上に転写される際には、レーザビー
ムＬＢのパルスエネルギーが安定化されているため、ウ
エハ１４上の各点で適正な積算露光量が得られる。

【００８６】なお、上述の実施の形態では、ウエハ上の
ショット領域間でパルスエネルギーの微変調を行ってい
るが、ウエハ上の各ショット領域への走査露光中にも、
リアルタイムでインテグレータセンサ２５及びエネルギ
ーモニタ１ｃの出力を取り込み、この取り込んだ結果を
順次解析して（３）式の変換係数β（制御テーブル）を
更新し、このように更新された変換係数βに基づいて当
該ショット領域への露光中にエキシマレーザ光源１での
パルス発光の微変調を行うことも可能である。

【００８７】また、本発明は水銀ランプのような連続光
源を露光光源とするステップ・アンド・スキャン方式の
投影露光装置で、露光量制御を行う場合にも有効である
ことは言うまでもない。更に本発明は、ステッパーのよ
うな一括露光型の投影露光装置で露光量制御を行う場合
にも適用できる。このように、本発明は上述の実施の形
態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々
の構成を取り得る。

【００８８】

【発明の効果】本発明の第１の露光量制御方法によれ
ば、露光用光源の発光パワーを微変調しているため、照
明光の光路上で機械的な駆動によって透過率（減光率）
を微調整するエネルギー微変調器を使用することなく高
速に、且つ照明光の光路上でのエネルギー損失を伴うこ
となく露光用の照明光のエネルギー、ひいては感光基板
上での露光量を微変調できる利点がある。

【００８９】このとき、その感光基板上の複数のショッ
ト領域に順次露光を行う際に、それぞれ各ショット領域
に対する照明光の照度をモニタし、このモニタ結果の目
標値からのずれに応じて、その感光基板上の次のショッ
ト領域への露光の際にその露光用光源の発光パワーを微
変調する場合には、直前のショット領域での露光量を次
のショット領域での露光量にフィードバックすることに
よって、感光基板上の各ショット領域に対する露光量を
それぞれ高精度に制御できる利点がある。

【００９０】また、本発明の第２の露光量制御方法によ
れば、露光用光源の内部又は直後での照明光の照度と、
感光基板上でのその照明光の照度との相関テーブルに基
づいて感光基板上での露光量を制御している。即ち、露
光装置本体側の例えばインテグレータセンサのようなエ
ネルギーモニタでの計測結果、及びその相関テーブルに
基づいて、例えばその露光用光源の内部のエネルギーモ
ニタでの計測値の目標値を算出し、この算出結果に基づ
いてその露光用光源の発光パワーを微変調しているた
め、実質的にそのインテグレータセンサのようなエネル
ギーモニタを基準とした露光量制御の直線性が得られる
利点がある。また、照明光の光路上で機械的な駆動によ
って透過率（減光率）を微調整するエネルギー微変調器
を使用することなく高速に、且つ照明光の光路上でのエ
ネルギー損失を伴うことなく感光基板上での露光量を微
変調できる。

【００９１】この場合、その感光基板への露光を行うこ
となくその露光用光源をダミー発光させたときにその相
関テーブルを求めるときには、実際にその感光基板への
露光を行う際の露光量制御をより正確に行うことができ
る。また、その露光用光源の内部又は直後での照明光の
照度と、その感光基板上での照明光の照度との相関が変
化すると予測されるときに、その相関テーブルを更新す
る場合には、経時変化で相関関係が変化しても、常に高
精度に露光量を制御できる。

【００９２】また、その第１の露光量制御方法におい
て、その露光用光源はパルス発光型の光源であり、その
露光用光源の発光パワーの設定値を変更する際には、そ
の露光用光源の発光パワーが安定するのに必要なパルス
数分だけその露光用光源をプリ発光させる場合には、そ
の直後に露光するショット領域に対する露光量制御を高
精度に行うことができる。特に、ステップ・アンド・ス
キャン方式の投影露光装置では、感光基板上の各ショッ
ト領域に対する露光を開始する前にステージ系が助走
（加速）する期間があり、この期間にプリ発光を行うこ
とができるため、本発明は特に有効である。

【００９３】次に、本発明の露光量制御装置によれば、
第１のエネルギーモニタ及び第２のエネルギーモニタを
使用することによって、上述の本発明の第１、又は第２
の露光量制御方法を実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例で使用されるステッ
プ・アンド・スキャン方式の投影露光装置を示す構成図
である。

【図２】図１の投影露光装置の露光量制御系を示すブロ
ック図である。

【図３】インテグレータセンサ２５の処理量と、エネル
ギーモニタ１ｃの出力との相関データの一例を示す図で
ある。

【図４】インテグレータセンサ２５の処理量を積算して
得られるウエハ上の各点に対する積算露光量の一例を示
す図である。

【図５】直前のショット領域での露光におけるインテグ
レータセンサ２５で計測されたパルスエネルギーとエネ
ルギーモニタ１ｃで計測されたパルスエネルギーとの可
能な分布を示す図である。

【図６】図１の投影露光装置で走査露光を行う際の通常
の露光量制御動作の一例を示すフローチャートである。

【図７】図１の投影露光装置でショット領域毎に必要に
応じて制御テーブルの更新を行う露光量制御動作の一例
を示すフローチャートである。

【図８】従来のエネルギー微変調器の２つの例を示す構
成図である。

【符号の説明】

１エキシマレーザ光源１ｃエネルギーモニタ１ｄエネルギーコントローラ１ｅ高圧電源２ビーム整形光学系３エネルギー粗調器７ビームスプリッタ９Ｂ可動照野絞り１０コンデンサレンズ１１レチクル１３投影光学系１４ウエハ１５レチクルステージ１７ステージコントローラ１９Ｚチルトステージ２０ＸＹステージ２１照度むらセンサ２５インテグレータセンサ２６露光コントローラ

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Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１８

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】露光用光源から射出された照明光で、転
写用パターンの形成されたマスクを照明し、前記照明光
のもとで前記マスクの転写用パターンを感光基板上に転
写露光する露光装置で、前記感光基板に対する前記照明
光の露光量を制御する露光量制御方法において、前記露光用光源の発光パワーを所定範囲内で微変調する
ことによって前記照明光の前記感光基板に対する露光量
を制御することを特徴とする露光量制御方法。
【請求項２】請求項１記載の露光量制御方法であっ
て、前記感光基板上の複数のショット領域に順次露光を行う
際に、それぞれ前記各ショット領域に対する前記照明光
の照度をモニタし、該モニタ結果の目標値からのずれに応じて、前記感光基
板上の次のショット領域への露光の際に前記露光用光源
の発光パワーを微変調することを特徴とする露光量制御
方法。
【請求項３】露光用光源から射出された照明光で、転
写用パターンの形成されたマスクを照明し、前記照明光
のもとで前記マスクの転写用パターンを感光基板上に転
写露光する露光装置で、前記感光基板に対する前記照明
光の露光量を制御する露光量制御方法において、前記露光用光源の内部又は直後での前記照明光の照度
と、前記感光基板上での前記照明光の照度との相関テー
ブルを求めておき、該相関テーブルに基づいて前記感光基板上での前記照明
光の露光量を制御することを特徴とする露光量制御方
法。
【請求項４】請求項３記載の露光量制御方法であっ
て、前記感光基板への露光を行うことなく前記露光用光源を
ダミー発光させたときに前記相関テーブルを求めること
を特徴とする露光量制御方法。
【請求項５】請求項３、又は４記載の露光量制御方法
であって、前記露光用光源の内部又は直後での前記照明光の照度
と、前記感光基板上での前記照明光の照度との相関が変
化すると予測されるときに、前記相関テーブルを更新す
ることを特徴とする露光量制御方法。
【請求項６】請求項１、又は２記載の露光量制御方法
であって、前記露光用光源はパルス発光型の光源であり、前記露光用光源の発光パワーの設定値を変更する際に
は、前記露光用光源の発光パワーが安定するのに必要な
パルス数分だけ前記露光用光源をプリ発光させることを
特徴とする露光量制御方法。
【請求項７】露光用光源から射出された照明光で、転
写用パターンの形成されたマスクを照明し、前記照明光
のもとで前記マスクの転写用パターンを感光基板上に転
写露光する露光装置で、前記感光基板に対する前記照明
光の露光量を制御する露光量制御装置において、前記露光用光源の発光パワーを所定範囲内で微変調する
光源変調手段と、前記露光用光源の内部又は直後で前記照明光の照度を検
出する第１のエネルギーモニタと、前記感光基板上での前記照明光の照度を直接又は間接に
検出する第２のエネルギーモニタと、前記第１及び第２のエネルギーモニタの検出結果に基づ
いて前記光源変調手段を制御する制御手段と、を有する
ことを特徴とする露光量制御装置。