JP2001267239A - 露光方法及び装置、並びにデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学系中に透過率や反射率が次第に変動する
光学部材が使用されている場合に、露光対象の物体（ウ
エハ等）上で高い露光量制御精度を得る。 【解決手段】 露光ビームとしてのパルス照明光ＩＬで
レチクル１１、及び投影光学系１３を介してウエハ１４
を露光する露光方法において、予めそのレチクル１１ま
での光路上のビームスプリッタ７を介して検出されるそ
の照明光の光量とそのウエハ１４上での光量との相関関
係を求めておく。露光時にそのビームスプリッタ７を介
して検出される光量とその相関関係とに基づいてそのウ
エハ１４に対する積算露光量の制御を行うに際して、プ
ロセス条件及び露光経過に応じてその投影光学系１３の
透過率の変動量を予測し、この予測された透過率の変動
量に基づいてその相関関係を補正する。

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、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、プラズマデ
ィスプレイ素子、又は薄膜磁気ヘッド等のデバイスを製
造するためのリソグラフィ工程中で使用される露光方法
及び装置に関し、特にパルス光源からの露光ビームを使
用するステップ・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使
用されている投影露光装置における１つの基本的な機能
として、被露光基板としてのフォトレジスト（感光材
料）が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）の各
ショット領域内の各点に対する積算露光量を適正範囲内
に収めるための露光量制御機能がある。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、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、基本的には照明光学系中の光電検出器よりなる
インテグレータセンサを介して間接的に計測されるウエ
ハ上での露光量の積算値が、所定の設定露光量（目標露
光量）に対応する所定のクリティカルレベルを超えるま
で露光を続けるというカットオフ制御が行われていた。
また、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、所定の最小露光パルス数以上の複数のパル
スレーザ光で露光することにより、所望の露光量制御精
度再現性を得ていた。

【０００３】更に、近年使用されているステップ・アン
ド・スキャン方式のような走査露光型の投影露光装置で
は、従来は単純に露光光（露光ビーム）としての各パル
ス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。これに対して、最
近、特開平６−２５２０２２号公報で開示されているよ
うに、ウエハ上で走査方向に対してスリット状の露光領
域（照野フィールド）に含まれる領域に対する積算露光
量をパルス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光の目標エネルギーを個別に算
出して、各パルス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）も提案されている。このパルス毎
露光量制御方式では、オープン露光量制御方式よりも積
算露光量のばらつきを小さくすることができると共に、
一括露光型の投影露光装置にも適用することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように露光量制御
を高精度に行うことによって、現像後の感光材料のパタ
ーン（レジストパターン）の寸法精度が向上し、露光光
の波長（露光波長）や投影光学系の開口数等に応じて決
定される限界解像度により近い解像度が得られる。その
限界解像度を更に高めるために、露光波長自体の短波長
化も進んでおり、近年ではＫｒＦエキシマレーザ（波長
２４８ｎｍ）の次世代の露光光源として、ＡｒＦエキシ
マレーザ（波長１９３ｎｍ）も使用されつつある。

【０００５】このように波長が２００ｎｍ程度以下の真
空紫外域の露光光に対して、投影光学系を構成する屈折
部材（レンズ等）の硝材として使用できる、実用的な透
過率を持つ光学材料は現状では石英ガラス（合成石英）
及び蛍石である。この中で、蛍石は高価であるため、で
きるだけ石英ガラスを多く使用することによって、投影
光学系の製造コストを低く抑えることができる。

【０００６】しかしながら、エキシマレーザ光はパルス
光であり、石英ガラスのような光学材料に、真空紫外域
の高エネルギーのパルス光を照射すると、その透過率が
例えば数１０秒程度のオーダの時定数をもって変化する
という現象が知られている。その現象は或る程度可逆的
であり、そのパルス光の照射を中止すると、その光学材
料の透過率は所定の時定数で初期値の方向に回復する。
従って、そのパルス光を用いて、ウエハ上の全部のショ
ット領域に対して順次露光を行う場合に、投影光学系の
透過率が次第に変化して来る。

【０００７】このように投影光学系の透過率が変化する
と、上記のインテグレータセンサで検出される露光光の
光量と、投影光学系の像面での光量との関係が変化する
ために、例えば露光前に計測した関係（インテグレータ
センサと像面との相関）と、インテグレータセンサの検
出結果とに基づいて露光量制御を行うと、積算露光量の
誤差が生じてしまう。そのため、より高い解像度を得る
ためにＡｒＦエキシマレーザ光を使用する投影露光装置
において、目標とする解像度が得られなくなるという不
都合がある。

【０００８】同様に、照明光学系中で、インテグレータ
センサからマスクとしてのレチクルまでの光学部材で透
過率変動が生じる場合にも、露光量の制御精度が低下す
る。これに関して、石英ガラスにおける内部に含まれる
成分中の水素イオン（Ｈ⁺)のドープ量を制御することに
よって、その短期的な透過率の変動量を低減できること
も知られている。しかしながら、このような石英ガラス
では、そのパルス光の長期間に亘る照射による特性の劣
化（コンパクション）が大きくなる。そのため、照明光
学系の内部のように、交換が比較的容易に行える箇所で
使用することが可能ではあるが、投影光学系の内部のよ
うに交換が困難な箇所での使用は避けることが望まし
い。その結果、特に投影光学系には短期的な透過率変動
を伴う石英ガラスが使用される傾向があるため、そのよ
うな透過率変動があっても高い露光量制御精度が得られ
る露光方法及び露光装置の開発が望まれている。

【０００９】また、透過率のみならず、例えば反射屈折
系よりなる投影光学系中で、反射部材の反射率が短期的
に変動するような場合にも、それに対処できる露光量制
御が必要である。本発明は斯かる点に鑑み、光学系中に
透過率や反射率が次第に変動するような光学部材が使用
されている場合でも、露光対象の物体（ウエハ等）上で
高い露光量制御精度が得られる露光方法を提供すること
を第１の目的とする。

【００１０】また、本発明は、パルス光を用いて露光を
行う場合に、光学系の透過率（反射率も含めた全体の透
過率）が次第に変動しても、露光対象の物体上で高い露
光量制御精度が得られる露光方法を提供することを第２
の目的とする。また、本発明はそのような露光方法を使
用できる露光装置、及びその露光方法を用いた高精度な
デバイス製造方法を提供することをも目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による第１の露光
方法は、露光ビームで第１物体（１１）を照明し、その
第１物体のパターンを経たその露光ビームで投影系（１
３）を介して第２物体（１４）を露光する露光方法にお
いて、予めその第１物体までの光路上の計測点（７）で
検出されるその露光ビームの光量とその投影系の像面上
でのその露光ビームの光量との相関関係を求めておき、
その第２物体の露光時にその計測点で検出されるその露
光ビームの光量とその相関関係とに基づいてその第２物
体に対する積算露光量の制御を行うに際して、プロセス
条件及び露光経過に応じてその投影系の透過率の変動量
を予測し、該予測された透過率の変動量に基づいてその
相関関係の更新を行うものである。

【００１２】斯かる本発明によれば、その相関関係とし
て、例えばその計測点での光量からその像面での光量を
求めるための係数を求めておくと共に、予めその投影系
の透過率の変動率をプロセス条件及び露光経過の関数と
して求めておく。そして、露光中にその関数に基づいて
その透過率の変動量を求め、その係数にその変動後の透
過率を乗じることでその係数を補正できる。その計測点
での光量の計測値にその補正後の係数を乗ずることで、
その第２物体上での露光ビームの光量を間接的に求める
ことができ、その光量を積算して得られるその第２物体
上での積算露光量が、目標露光量（設定露光量）になる
ように制御することで、高い露光量制御精度が得られ
る。

【００１３】この場合、その投影系の空間的な透過率変
動の平均値をもって、その係数の補正を行うことで、少
ない計算量でその第２物体上の各区画領域（ショット領
域）内での露光量の誤差を平均値に対して振り分けて最
小にできる。なお、本発明では、透過率の変動量を予測
する光学系として投影系を用いているが、第１物体を露
光ビームで照射する照明系を備え、その照明系中の所定
の計測点で露光ビームの光量を検出する場合には、その
透過率の変動量を予測する光学系として、その計測点か
らその第１物体までの間に配置される照明系の一部の光
学部材、及びその投影系を含めた光学系が用いられる。
即ち、照明系中のその計測点からその第２物体までの間
の光路に配置される光学部材が、その透過率の変動量を
予測する光学系になる。

【００１４】また、一例としてその露光ビームの波長は
２００〜１７０ｎｍであり、その投影系は石英ガラスよ
りなる屈折部材を含むものである。石英ガラスは、真空
紫外域の光（特に高出力のパルス光）に対して透過率が
短期的に変動する傾向があると共に、その透過率変動を
Ｓｉ−Ｘの結合の切断（変動）、及び再結合（緩和）に
よる一般的な線形系として数学的にほぼ正確に扱うこと
ができる。そこで、露光ビームが照射される露光中に起
きている透過率の変動量と、その第２物体のステップ移
動中や交換中に起きている透過率の緩和量とを予測計算
することで、この予測値に基づいて露光量制御を高精度
に行うことができるため、本発明のように透過率の変動
量を予測する制御方法は特に有効である。

【００１５】また、一例として、その露光ビームはパル
ス光であり、そのプロセス条件は、その第１物体の照明
条件、その第１物体上のパターンの種類、その第１物体
上の照明領域の大きさ（チップサイズ）その露光ビーム
のパルスエネルギー密度（フルエンス）、及びその投影
系を構成する光学部材の材料の累積使用期間の内の少な
くとも一つの条件であり、その露光経過は、その露光ビ
ームの発光時間、及びその露光ビームの非発光時間の少
なくとも一つのデータによって表されるものである。

【００１６】例えばその第１物体上のパターンの種類に
よって、局所的にパターン密度に差があると、投影系中
を通過する露光ビームの強度分布のばらつきによって透
過率分布にもばらつきが生じ、その第２物体上の露光領
域内での照度むらが変動する。この場合にも、そのパタ
ーンの種類に応じて透過率分布のむらを予測することに
よって、平均的に適正な露光量を得ることができる。

【００１７】また、その投影系の透過率の変動量を予測
するための制御パラメータとして、その露光ビームの照
射パワーに対する透過率の変動率、及び透過率の変動の
時定数を用いると共に、その制御パラメータをその第１
物体の照明条件毎に独立に保持することが望ましい。照
明条件毎に制御パラメータ（制御定数）を独立に保持す
ることにより、どの照明条件でも良好な露光量補正が可
能となる。

【００１８】次に、本発明による第２の露光方法は、そ
の第１の露光方法において、その露光ビームの非発光時
間が所定時間を超えたときに、その投影系の透過率の計
測を行って、その投影系の透過率の変動量の予測値をリ
セットするものである。斯かる本発明によれば、その第
２物体の交換時やアライメント時のように、その第２物
体のステップ移動時に比べて長い非照射時間があると、
切断された上記の結合の再結合による緩和だけでなく、
露光装置のチャンバ内や光路内の空間中に残留している
汚染物質の光学系への付着等の予測困難な物理現象も無
視できない量の透過率変動を引き起こす恐れがあるた
め、透過率の予測精度が低下する場合がある。このよう
に透過率の予測精度が劣化するようなときは、確認のた
めにリアルタイムに投影系の透過率計測を行い、予測制
御式に基づいた予測値を初期値にリセットしてやること
で、露光量の制御精度が向上する。

【００１９】また、長い非照射時間の後に、投影系の透
過率計測を行い、透過率の予測精度が低下するような計
測結果が得られた場合は、非照射時間の後にダミー照射
を行い、光学系に付着した汚染物質を光洗浄するように
してもよい。同様に、その第２物体上の各区画領域（シ
ョット領域）を２種類のマスクパターンと２種類の照明
条件とを用いて露光する、所謂二重露光のように異なる
照明条件での露光を連続的に行う場合、直前の異なる照
明条件による緩和現象とこれからの照明条件による変動
現象とが混在したときも、予測精度が劣化する。このよ
うな場合にも、予測精度の劣化が所定のレベルを超える
と判断したときは、露光を中断して確認のためのリアル
タイムの透過率計測を行い、予測制御式をリセットする
ことで、露光量の制御精度が向上する。

【００２０】更に、これらの制御パラメータ（制御定
数）自体も露光ビームの長期の照射により次第に変動し
ていくことが予想できる際には、これらの制御パラメー
タを定期的に計測して更新されるべき定数である更新可
能な定数とすることが望ましい。これによって、長期に
亘って良好な露光量補正が可能となる。また、所定の時
間が経過する毎に、その投影系のその露光ビームに対す
る透過率分布を計測し、該透過率分布のばらつきが所定
の許容範囲を超えた場合に、その露光ビームの照射を停
止してその投影系の透過率の変動を緩和させるか、又は
その第１物体を取り外して照明領域の全体にその露光ビ
ームを照射し、変動を緩和させることが望ましい。透過
率分布のばらつきが大きくなり過ぎると、その第２物体
上での露光量むらが許容範囲を超える恐れがあるため、
このようなときに、その透過率を均一化させることで、
露光量分布が均一化される。

【００２１】次に、本発明の露光装置は、露光ビームを
発生する露光光源（１）と、その露光ビームを第１物体
（１１）に照射する照明系（２，３，Ｍ，５，８Ａ，８
Ｂ，１０，１１）と、その第１物体のパターンを経たそ
の露光ビームを第２物体（１４）上に照射する投影系
（１３）とを有する露光装置において、その照明系中の
計測点（７）でその露光ビームの光量を検出する第１検
出器（２５）と、その投影系の像面上でのその露光ビー
ムの光量を検出する第２検出器（２１Ｂ）と、その第１
検出器の出力とその第２検出器の出力との相関関係を記
憶しておき、その第１検出器の出力とその相関関係とに
基づいてその第２物体に対する積算露光量の制御を行う
露光量制御系（２６）と、プロセス条件及び露光経過に
応じてその投影系の透過率の変動量を予測し、該予測さ
れた透過率の変動量に基づいてその相関関係の更新を行
う予測制御系（２６ｂ）とを有するものである。

【００２２】斯かる露光装置によって、本発明の露光方
法を使用できる。なお、本発明においては、投影系の透
過率の変動量を予測しているが、その照明系中の計測点
から第２物体までの光学系（照明系を構成する複数の光
学部材の一部、及び投影系を含む）の透過率の変動量を
予測してもよい。但し、透過率の変動量は、大部分が投
影系の変動量に起因するため、その計測点から第２物体
までの光学系の透過率の変動量を、実質的にその投影系
の透過率の変動量とみなすことができる。この場合で
も、その計測点からその投影系までの間に配置される光
学部材（照明系の一部）の透過率の変動量が大きい場合
には、それを考慮することは言うまでもない。

【００２３】この場合、その照明系中にその第１物体に
対する照明条件を切り換える照明条件切り換え部材
（６，６Ａ，６Ｄ）を設け、その予測制御系は、その照
明条件に応じてその投影系の透過率の変動量の予測値を
算出することが望ましい。また、その投影系の像面でそ
の露光ビームの光量分布を計測する第３検出器（２１
Ｐ）を設け、この第３検出器でその投影系の透過率分布
を計測することが望ましい。

【００２４】次に、本発明のデバイス製造方法は、本発
明の露光方法を用いてマスクパターンをワークピースに
転写する工程を含むものである。本発明によればその第
１物体のパターンをデバイスのパターン、その第２物体
をワークピース（ウエハ等の基板等）として露光を行う
ことによって、積算露光量が高精度に制御できるため、
線幅精度等に優れた高精度のデバイスを量産することが
できる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の一例
につき図面を参照して説明する。本例は、露光光源にパ
ルス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。

【００２６】図１は本例の投影露光装置を示し、この図
１において、露光光源としてのエキシマレーザ光源１か
らパルス発光された露光ビームとしてのレーザビームＬ
Ｂ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、後続のオプティカル・
インテグレータ（ユニフォマイザ、又はホモジナイザ
ー）として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、本例では波長２００ｎｍ以下の真空紫外
域のパルス光源であるＡｒＦエキシマレーザ光源（波長
１９３ｎｍ）を使用する。また、エキシマレーザ光源１
の代わりに、Ｆ₂ レーザ（波長１５７ｎｍ）やＫｒ₂ レ
ーザ（波長１４６ｎｍ）等のパルス発光型のレーザ光源
を使用する場合にも本発明が適用できる。更に、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、又は半導体レーザをエルビウム添加光ファイ
バ増幅器（ＥＤＦＡ）等の光ファイバ増幅器で増幅して
から波長変換するレーザ光源等を使用する場合にも本発
明が適用できる。

【００２７】ビーム整形光学系２から射出されたレーザ
ビームＬＢは、減光部材としてのエネルギー粗調器３に
入射する。エネルギー粗調器３は、回転自在な２段のレ
ボルバ上にそれぞれ透過率（＝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
バを駆動モータで回転することにより、入射するレーザ
ビームＬＢに対する透過率を１００％から複数段階で切
り換えることができるように構成されている。なお、そ
のエネルギー粗調器３を複数個のＮＤフィルタを備えた
１段のレボルバ、又は透過率の異なる複数のメッシュフ
ィルタ等を備えた１段若しくは複数段のフィルタ交換部
材より構成してもよい。

【００２８】図１において、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を介してオプティカル・インテグレータ（ユニフォマ
イザ、又はホモジナイザ）としてのフライアイレンズ５
に入射する。フライアイレンズ５は、後段のマスクとし
てのレチクル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（いわゆる「σ絞り」）６が配置
され、その開口絞り６には通常照明用の円形の開口が形
成されている。本例では、駆動装置６Ｄによってその開
口絞り６を輪帯状の開口が形成された輪帯照明用の開口
絞り６Ａ、複数の偏心した開口が形成された変形照明用
の開口絞り（不図示）、及び小さい開口が形成された小
さいコヒーレンスファクタ（σ値）用の開口絞り（不図
示）等の内の任意の開口絞りと交換できるように構成さ
れている。駆動装置６Ｄによって開口絞り６，６Ａ等を
切り換えることによって、レチクル１１に対する照明条
件を切り換えることができる。

【００２９】なお、フライアイレンズ５の射出側の中央
部を遮光する開口絞り６を配置することによって、レー
ザビームの総光量が減少してレチクル上での照度が大幅
に低下する恐れもある。この場合には、エキシマレーザ
光源１とフライアイレンズ５との間の光路間に、光量損
失無しにレーザビームＬＢを輪帯状の光束に変換するた
めに、円錐状の屈折面を持つ輪帯状光束変換部材を配置
してもよい。

【００３０】開口絞り６の開口中の多数の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
ビーム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）９
Ａの矩形の開口部を通過する。また、固定照野絞り９Ａ
の近傍に、レチクル１１の走査方向に対応する位置及び
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９
Ｂを介して照野フィールドを更に制限することによっ
て、不要な部分への露光が防止されるように構成されて
いる。この場合、可動照野絞り９Ｂは、レチクルのパタ
ーン面に対する共役面上に配置され、固定照野絞り９Ａ
は、その共役面から僅かにデフォーカスした位置に配置
されている。

【００３１】固定照野絞り９Ａ、及び可動照野絞り９Ｂ
を通過した露光ビームとしてのパルス照明光ＩＬは、第
２リレーレンズ８Ｂ、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Ｍ_RW（Ｍ_RWは例えば１／
４，１／５，１／６等）で縮小した像が、被露光基板と
してのフォトレジストが塗布されたウエハ（wafer)１４
上の矩形の露光領域（照野フィールド）１２Ｗに投影露
光される。ウエハ１４は例えば半導体（シリコン等）又
はＳＯＩ(silicon on insulator)等の円板状の基板であ
る。レチクル１１及びウエハ１４がそれぞれ本発明の第
１物体及び第２物体に対応し、投影光学系１３が本発明
の投影系に対応している。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。

【００３２】このとき、レチクルステージ１５は例えば
リニアモータ方式のレチクルステージ駆動部１８により
不図示のレチクルベース上をＹ方向に等速移動（走査）
すると共に、Ｘ方向、Ｙ方向、回転方向に同期誤差を補
正するように微動する。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Ｘ座標、Ｙ座標、及び回
転角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は供給された座標等に基づいてレチク
ルステージ駆動部１８を介して、レチクルステージ１５
の位置及び速度を制御する。また、レチクルステージ１
５のレチクル１１に対して走査方向にずれた位置に、非
走査方向（Ｘ方向）に細長い開口よりなる計測スリット
２８（図４参照）が形成されている。本例では、後述の
ように計測スリット２８を照明領域１２Ｒに移動するこ
とによって、投影光学系１３の透過率分布の計測を行
う。

【００３３】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（試料台）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、不図示のウエハベー
ス上でＸ方向、Ｙ方向にウエハ１４のステップ移動を行
うと共に、Ｙ方向にウエハＷを等速移動（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、Ｙ座標、及び回転角がステージコントローラ１
７に供給され、ステージコントローラ１７は供給された
座標等に基づいて、例えばリニアモータ方式のウエハス
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。Ｚチルトステージ１９及びＸＹステ
ージ２０よりウエハステージが構成されている。

【００３４】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、ＸＹステー
ジ２０のステップ移動によってウエハ１４上の露光対象
のショット領域を走査開始位置に移動する動作と、レチ
クル１１をレチクルステージ１５を介して、照明領域１
２Ｒに対して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度Ｖ_R で走
査するのに同期して、ウエハ１４をＸＹステージ２０を
介して、露光領域１２Ｗに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方
向）に速度Ｍ_RW・Ｖ_R （Ｍ_RWはレチクル１１からウエハ
１４に対する投影倍率）で走査する動作とが、ステップ
・アンド・スキャン方式で繰り返される。これによって
ウエハ１４上の全部のショット領域にレチクル１１のパ
ターンの縮小像が転写される。なお、レチクル１１とウ
エハ１４との走査方向が逆であるのは投影光学系１３が
反転投影を行うからであり、投影光学系１３が正立像を
投影する場合にはレチクル１１及びウエハ１４の走査方
向は同一になる。

【００３５】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２１Ｐ
が常設され、照度むらセンサ２１Ｐの受光面はウエハ１
４の表面と同じ高さに設定されて、ピンホール状の受光
部２１Ｐａ（図５参照）が形成されている。更に、その
Ｚチルトステージ１９上にその露光領域１２Ｗよりも広
い受光部２１Ｂａ（図５参照）が形成された光電変換素
子よりなる照射量モニタ２１Ｂが常設されている。照射
量モニタ２１Ｂ及び照度むらセンサ２１Ｐがそれぞれ本
発明の第２検出器及び第３検出器に対応している。

【００３６】照射量モニタ２１Ｂ及び照度むらセンサ２
１Ｐとしては、パルス照明光ＩＬと同じ波長域（例えば
波長３００ｎｍ〜１００ｎｍ程度）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
フォトダイオード、又はフォトマルチプライア等の光電
変換素子が使用できる。照射量モニタ２１Ｂ及び照度む
らセンサ２１Ｐ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。

【００３７】図１において、フライアイレンズ５から射
出されて計測点としてのビームスプリッタ７で反射され
たパルス照明光ＩＬは、集光レンズ２４を介して第１検
出器としての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 ］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Ｄ
Ｓと、照射量モニタ２１Ｂによって計測される投影光学
系１３の露光領域１２Ｗ（像面）に対応するウエハ１４
の表面上でのパルス照明光ＩＬの単位面積当たりのパル
スエネルギー（露光量）［ｍＪ／ｃｍ²］との相関係数
α１は予め求められており、その相関係数α１は露光コ
ントローラ２６に接続された磁気ディスク装置等の記憶
部２６ａ内に格納されている。なお、投影光学系１３の
透過率がほぼ一定である場合には、例えば露光工程の開
始時等に求めたその相関係数α１を露光中もそのまま使
用すればよいが、本例では後述のように投影光学系１３
の透過率が短期的に変動する場合にも対処できるように
露光量制御を行うため、その相関係数α１は変数（時間
の関数）である。

【００３８】露光コントローラ２６は、ステージコント
ローラ１７からのステージ系（レチクルステージ１５及
びウエハステージ（１９，２０））の動作情報に同期し
て、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。更に、露光コントローラ
２６は、エネルギー粗調器３のＮＤフィルタを切り換え
ることによって透過率を制御し、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。

【００３９】また、ビームスプリッタ７の裏面の反射面
側で、照明光学系の瞳面と共役な位置に光電変換素子よ
りなる反射量モニタ６０が配置されている。この構成で
は、ウエハ１４で反射されたパルス照明光ＩＬ（反射
光）は、投影光学系１３から第２リレーレンズ８Ａを介
してビームスプリッタ７に戻り、ビームスプリッタ７で
反射された光が反射量モニタ６０に受光され、反射量モ
ニタ６０の検出信号ＲＳが露光コントローラ２６に供給
されている。露光中には、インテグレータセンサ２５の
検出信号より投影光学系１３に入射する光量（第１光量
とする）がモニタされ、反射量モニタ６０の検出信号よ
りウエハ１４で反射されて投影光学系１３を再び通過す
る光量（第２光量とする）がモニタできるため、その第
１光量と第２光量とを加算することによって、その投影
光学系１３を通過する全体の光量がより正確にモニタで
きる。

【００４０】また、その投影光学系１３を通過する全体
の光量の積分値に応じて、投影光学系１３のディストー
ション（倍率誤差を含む）、及びベストフォーカス位置
等の結像特性が経時的に変化する。そこで、予めその全
体の光量の積分値と、その投影光学系１３の結像特性の
変化量との関係を求めて記憶部２６ａに記憶しておき、
露光中に露光コントローラ２６はそのインテグレータセ
ンサ２５、及び反射量モニタ６０の検出結果より投影光
学系１３を通過する全体の光量の積分値を求め、この積
分値より投影光学系１３の結像特性の変化量を求める。
そして、例えばその結像特性の変化量が許容範囲を超え
る恐れのある場合には、露光コントローラ２６は、例え
ば不図示の結像特性補正装置（投影光学系１３の一部の
レンズを駆動する装置等）を介して投影光学系１３の結
像特性を補正するか、又はベストフォーカス位置の変動
量に合わせてウエハ１４のフォーカス位置を補正する。
これによって、常に最適な結像特性で露光が行われる。

【００４１】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
ＥＳが、露光コントローラ２６より供給された制御情報
ＴＳ中の１パルス当たりのエネルギーの目標値に対応し
た値となるように、高圧電源１ｅ内の電源電圧を制御
し、この電源電圧に応じてレーザ共振器１ａにおける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から射出されるレーザビーム
ＬＢの平均のパルスエネルギーが、露光コントローラ２
６で指示された値となる。

【００４２】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（連続的な微調が）できるように構成さ
れている。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。

【００４３】更に、図２において、後述の相関係数の算
出時、又は更新時には、エネルギーモニタ１ｃの出力Ｅ
Ｓに対応する処理量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、エネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳに対応す
る処理量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１ｄに送って、エキシマレーザ光源１に実質的に一定
周期で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上の各点での実際の積算露光量を間接的に求
める。そして、その各点が図１の露光領域１２Ｗを通過
した際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（目標露光量）に所定の許容範囲（精
度）で合致するように、露光コントローラ２６は後述の
ようにエネルギー粗調器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。

【００４４】さて、図１の本例の投影光学系１３として
は、石英ガラス（ＳｉＯ₂)よりなる複数枚の屈折部材と
してのレンズ、及び色収差補正用の１枚又は複数枚の蛍
石（ＣａＦ₂ ）よりなるレンズを備えた結像系が使用さ
れている。この際に、蛍石は高価であるため、その使用
量は必要最低限に抑えられている。また、その石英ガラ
スとしては、水素イオン（Ｈ⁺)のドープ量を制御して短
期的な透過率変動量を小さくした材料ではなく、短期的
な透過率変動の発生を許容して、長期的な透過率変動量
（コンパクション）を小さくした材料が使用されてい
る。これは投影光学系１３中の光学部材は交換が容易で
はないからである。

【００４５】一方、ビームスプリッタ７からコンデンサ
レンズ１０までの光学部材を含む照明光学系中の屈折部
材（レンズ等）としても石英ガラス、及び必要に応じて
蛍石が使用されているが、照明光学系中の屈折部材は交
換が容易であるため、その石英ガラスの材料としては水
素イオン（Ｈ⁺)のドープ量を制御して短期的な透過率変
動量を小さくした材料（長期的には次第に透過率が変動
する材料）が使用されている。また、照明光学系中のビ
ームスプリッタ７（計測点）からコンデンサレンズ１０
までに使用されている光学部材の枚数は投影光学系１３
中の光学部材の枚数に比べて少ないこともあって、照明
光学系に関しては透過率の短期的な変動は殆ど問題にす
る必要は無い。

【００４６】投影光学系１３中に使用されている石英ガ
ラスにおいては、シリコン原子（Ｓｉ）とその周囲の原
子やイオン（酸素（Ｏ）、シリコン（Ｓｉ）等で、以下
「Ｘ」で表す）との結合（Ｓｉ−Ｘ）が、真空紫外域の
強いパルス光の照射によって切断されて透過率が短期的
に変動し（例えば低下する）、そのパルス光の照射が中
断されると、その結合（Ｓｉ−Ｘ）が再結合されて、短
期的な緩和現象によって透過率が次第に元に戻ることが
知られている。

【００４７】そのため、図３（ａ）に示すように、時点
ｔ０〜ｔ１，ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５，…に一連のショ
ット領域への露光（露光光の照射）を行い、その間の時
点ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４，…にステップ移動（照射の
中断）を行うものとして、本例のビームスプリッタ７か
らウエハ１４までの光学系の透過率をＴとすると、その
透過率Ｔの変動量は大部分が投影光学系１３の透過率変
動に起因するため、その光学系の透過率Ｔを本発明の投
影系の透過率とみなすことができる。その光学系（主に
投影光学系１３）の透過率Ｔ（初期値をＴ（０）とす
る）は、露光光の照射中には曲線３６で示すように指数
関数的に減少し、照射の中断中には曲線３７で示すよう
に指数関数的に増大することになる。そこで、本例では
予め後述のようにその曲線３６，３７の時定数τａ、及
び変動率Ｃａを求めておき、露光中の時点ｔでは図１の
露光コントローラ２６に接続された演算部２６ｂにおい
て、その光学系の透過率Ｔの時点ｔにおける変動率δＴ
（ｔ）を算出し、これに基づいて露光コントローラ２６
が露光量制御を行う。

【００４８】なお、図１の照明光学系中でビームスプリ
ッタ７からコンデンサレンズ１０までの屈折部材として
も、短期的な透過率変動を認めて、長期的な透過率変動
の少ない材料を使用してもよい。この場合にも、ビーム
スプリッタ７からウエハ１４までの光学系の透過率Ｔを
算出すればよい。この透過率Ｔに単位変換用の係数を乗
じた値が上記の相関係数α１になる。

【００４９】上記の透過率の変動率δＴ（ｔ）の算出に
際しては、図１の可動照野絞り９Ｂによって規定される
開口率ＡＲが必要となるが、その開口率ＡＲは、図３
（ｂ）に示すように、一つのショット領域への露光（露
光光の照射）が行われる時点ｔ０〜ｔ１の間に、０と１
（１００％）との間で台形状に変化する。この場合、可
動照野絞り９Ｂは、レチクルステージ１５が走査方向
（Ｙ方向）で位置Ｙ０と位置Ｙ１との間にあるときに開
閉されるものとすると、可動照野絞り９Ｂの開口率ＡＲ
は走査方向の位置Ｙの関数とも見なすことができる。

【００５０】次に、本例の投影露光装置による露光量制
御動作の一例につき図１０及び図１１のフローチャート
を参照して詳細に説明する。先ず本例の露光対象のウエ
ハ１４では、使用されるフォトレジストに応じて目標露
光量（積算露光エネルギーの目標値）が所定の設定露光
量Ｓ０に設定されて、不図示のホストコンピュータの露
光データファイルに格納される。

【００５１】図７はその露光対象のウエハ１４を示し、
この図７において、ウエハ１４の表面の被露光領域はＸ
方向、Ｙ方向にそれぞれ所定ピッチで複数の矩形の区画
領域としてのショット領域に分割されており、そのＸ方
向にｉ番目（ｉ＝１〜６）でＹ方向にｊ番目（ｊ＝１〜
６）の位置（ｉ，ｊ）のショット領域をショット領域３
１(i,j) で表す。

【００５２】そして、図１０のステップ１０１におい
て、本例の投影露光装置のオペレータは、そのホストコ
ンピュータの露光データファイルより、ウエハに対する
設定露光量Ｓ０のデータを取り出し、露光コントローラ
２６の記憶部２６ａに記憶させる。次のステップ１０２
において、図１のエネルギー粗調器３の透過率を１００
％として、Ｚチルトステージ１９上に露光対象のウエハ
を載置しない状態で、露光コントローラ２６は、露光光
源としてのエキシマレーザ光源１の出力（パルスエネル
ギー）を可変範囲の中央値Ｅ₀ （中立値）に設定し、ス
テージコントローラ１７を介して可動照野絞り９Ｂの開
口率ＡＲを１（１００％）に設定する。

【００５３】続いてステップ１０３において、露光コン
トローラ２６はエキシマレーザ光源１に例えば数１０パ
ルス程度のテスト発光を行わせると共に、各パルス光毎
にインテグレータセンサ２５の出力ＤＳ［digit ］を取
り込み、その出力ＤＳと上記の相関係数α１とから次式
のように投影光学系１３の像面（ウエハの表面）上での
平均パルスエネルギーＰ［ｍＪ／ｃｍ² ］を算出する。

【００５４】Ｐ＝α１・ＤＳ …（１） この際に、露光コントローラ２６は、図２に示すように
各パルス光毎にエキシマレーザ光源１の内部のセンサと
してのエネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳ［ｍＪ／pulse
］を取り込み、インテグレータセンサ２５の出力ＤＳ
をエネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳに変換するための相
関係数α２を算出する（α２＝ＥＳ／ＤＳ）。この相関
係数α２も記憶部２６ａに記憶される。この相関係数α
２は、本例ではエネルギー粗調器３の透過率の切り換え
が行われる毎に、テスト発光によって算出される。

【００５５】この際に、各パルス光毎にエネルギーのば
らつきがあるため、出力ＥＳ及びＤＳの計測データは図
８（ａ）の直線５１に沿って分布する。そこで、例えば
最小自乗法によって求めたその直線５１の傾きの逆数、
又は各パルス光毎に算出される相関係数α２の平均値を
最終的に相関係数α２とする。この相関係数α２を用い
ると、露光コントローラ２６は、次式のようにインテグ
レータセンサ２５の出力ＤＳからエネルギーモニタ１ｃ
の出力ＥＳを算出することができる。

【００５６】ＥＳ＝α２・ＤＳ …（２） 従って、エキシマレーザ光源１の出力をインテグレータ
センサ２５の出力ＤＳを基準として制御することができ
る。次に、ステップ１０４において、図１の露光コント
ローラ２６は、設定露光量Ｓ０に対するウエハ上の１点
当たりの露光パルス数Ｎを算出する。即ち、関数round
(ｘ）を変数ｘの小数点以下第１位の値の四捨五入を行
う関数であるとすると、Ｎは次のようになる。

【００５７】Ｎ＝round(Ｓ０／Ｐ） …（３） 次に、ステップ１０５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Ａ_E を得るために予め定
められている最小露光パルス数Ｎ_min 以上であるかどう
かを調べる。そして、Ｎ＜Ｎ_min である場合には、露光
パルス数Ｎを大きくする必要があるが、このためには
（３）式より像面上での平均パルスエネルギーＰを小さ
くすればよい。そこで、ステップ１０６に移行して、露
光コントローラ２６は、図１のエネルギー粗調器３で設
定できる複数段階の透過率の内で、Ｎ≧Ｎ_min が成立す
る範囲で最も大きい値を選択し、エネルギー粗調器３の
透過率をその値に設定する。その後に再びステップ１０
３に移行して、ステップ１０３〜１０５までの動作を繰
り返す。

【００５８】この結果、エネルギー粗調器３の更新後の
透過率のもとでの像面上の平均パルスエネルギーＰ、及
び（２）式においてインテグレータセンサ２５の出力Ｄ
Ｓをエネルギーモニタ１ｃの出力ＥＳに換算するための
相関係数α２が更新される。この場合、エネルギー粗調
器３の透過率が小さくなっているため、インテグレータ
センサ２５の出力ＤＳとエネルギーモニタ１ｃの出力Ｅ
Ｓとの関係は図８（ａ）の直線５２に沿った計測データ
のようになり、相関係数α２は大きくなる。即ち、その
相関係数α２はエネルギー粗調器３の透過率の関数であ
る。そして、ステップ１０５でＮ≧Ｎ_min が成立すると
きに、露光コントローラ２６は次式より、設定露光量Ｓ
０に対してエキシマレーザ光源１の１パルス当たりのエ
ネルギー（像面上での計測値に換算した値）の設定値Ｐ
ｔを求める。

【００５９】Ｐｔ＝Ｓ０／Ｎ …（４） 上記の相関係数α１及びα２を用いると、その設定値Ｐ
ｔはインテグレータセンサ２５での出力ＤＳ（＝Ｐｔ／
α１）に換算でき、更にこのインテグレータセンサ２５
の出力ＤＳは、次のようにエキシマレーザ光源１内のエ
ネルギーモニタ１ｃの出力（Ｅｔとする）に換算するこ
とができる。

【００６０】Ｅｔ＝（α２／α１）Ｐｔ …（５） 次に、動作はステップ１０７に移行して、オペレータ
は、図１の固定照野絞り９Ａによって規定されるレチク
ル１１上の照明領域１２Ｒの大きさ、ひいてはウエハ１
４上の露光領域１２Ｗの大きさを露光コントローラ２６
に入力する。露光領域１２Ｗの大きさとして、その走査
方向（Ｙ方向）の幅Ｗｓ、及びその非走査方向（Ｘ方
向）の幅Ｗｈが入力される。更に、露光対象のウエハ上
の各ショット領域（各チップ）のＸ方向の幅２・ＸＳ、
及びＹ方向の幅ＹＳも露光コントローラ２６に入力され
る。その固定照野絞り９Ａの開口の大きさはその露光領
域１２Ｗに対して設定される。この場合、Ｗｈ＝２・Ｘ
Ｓ が成立し、露光領域１２Ｗの中心（光軸ＡＸ）をＸ
方向の原点とすると、その露光領域１２ＷのＸ方向の下
限は−ＸＳ、上限は＋ＸＳとなる。

【００６１】次に、レチクル１１の透過率計測を行うた
めに、ステップ１０８に移行して、図１において、ＸＹ
ステージ２０を駆動して露光領域１２Ｗの全体を照射量
モニタ２１Ｂの受光部内に収める。そして、予めレチク
ル１１をレチクルステージ１５から外した状態で、照射
量モニタ２１Ｂの検出信号Ｐ_RFとインテグレータセンサ
２５の検出信号ＤＳとを取り込み、それらの比の値とし
てレチクルが無い場合の基準透過率Ｔｓｔｄ（＝Ｐ_RF／
ＤＳ）を求めて、記憶部２６ａに記憶しておく。その基
準透過率Ｔｓｔｄは照明条件（通常照明、輪帯照明、変
形照明、小σ値照明等）毎の制御パラメータ（定数）と
して記憶されている。その基準透過率Ｔｓｔｄに、図３
（ｂ）の可動照野絞り９Ｂの開口率ＡＲを乗じて得られ
る透過率が図３（ｃ）の折れ線５７で表される。折れ線
５７は最大値（平坦部の値）がＴｓｔｄで走査方向の位
置Ｙ（Ｙ０≦Ｙ≦Ｙ１）に関して台形状に変化してい
る。また、露光領域１２Ｗの走査方向の幅（スリット
幅）がＷｓであるため、その透過率は位置Ｙ０及びＹ１
に対して幅Ｗｓの範囲で増加又は減少している。

【００６２】次に、レチクル１１をレチクルステージ１
５上に載置して、可動照野絞り９Ｂを露光時と同様に制
御（開閉）し、レチクルステージ１５を駆動してレチク
ル１１を照明領域１２Ｒに対してＹ方向に走査し、露光
コントローラ２６で照射量モニタ２１Ｂの検出信号Ｐ_RP
とインテグレータセンサ２５の検出信号ＤＳとを所定の
サンプリングレートで取り込み、それらの検出信号の比
の値（＝Ｐ_RP／ＤＳ）を、レチクルステージ１５のＹ方
向の位置（レチクル座標系）の関数Ｔｍｅｓ（Ｙ）とし
て記憶部２６ａに記憶する。この関数Ｔｍｅｓ（Ｙ）
は、図３（ｃ）の曲線５６で示すように、走査範囲（Ｙ
０≦Ｙ≦Ｙ１）において、基準透過率Ｔｓｔｄよりも小
さい値で、デバイスパターンの粗密の分布に対応して不
規則に変化している。次に、ステップ１０９において、
露光コントローラ２６は次式より照射パワー係数η
（Ｙ）を位置Ｙの関数として算出する。

【００６３】 η（Ｙ）＝Ｔｍｅｓ（Ｙ）／Ｔｓｔｄ …（６） 次に、ステップ１１０に移行して露光コントローラ２６
は、透過率変動のトラッキングを開始するにあたっての
初期値計測を行う。計測例としては、図４のようにレチ
クルステージ１５上に形成されている計測スリット２８
を用いる。この計測スリット２８の中心を照明領域１２
Ｒの中心、即ち本例では投影光学系１３の光軸ＡＸ上に
移動し、パルス照明光ＩＬの照射を開始して、図５に示
すように、その計測スリット２８の像２８Ｗをウエハス
テージ上の照度むらセンサ２１Ｐのピンホール状の受光
部２１ＰａでＸ方向（非走査方向）に走査する。そし
て、受光部２１ＰａをＸ方向に所定間隔で設定された一
連の計測点に移動させながら、各計測点で十分な再現性
を得られるようなパルス数（Ｎｍ）で照度むらセンサ２
１Ｐの検出信号Ｐ_pin 、及びインテグレータセンサ２５
の検出信号ＤＳを取り込んで演算部２６ｂに供給し、演
算部２６ｂでは各計測点でそれぞれ検出信号Ｐ _pin 及び
ＤＳの比の値（＝Ｐ_pin ／ＤＳ）の平均値を、露光領域
１２ＷでのＸ方向の透過率Ｔ１（Ｘ）として記憶（プロ
ット）する。

【００６４】図６はそのようにして得られた透過率Ｔ１
（Ｘ）を示し、この図６において、横軸は設定された露
光領域１２ＷのＸ座標、縦軸はそのＸ座標でのレチクル
１１を除いた光学系、即ち主に投影光学系１３自体の透
過率Ｔ１（Ｘ）である。図６では、露光領域１２Ｗの非
走査方向の幅を最大にして、Ｘ座標の範囲を（−ＸＳ〜
＋ＸＳ）に設定した場合を示しているが、転写対象のパ
ターンによっては、その非走査方向の領域は、（−ＸＳ
〜＋ＸＳ）内の所定の領域となることもある。

【００６５】次に、その透過率Ｔ１のＸ方向における平
均値を平均透過率＜Ｔ＞として求め、この平均透過率＜
Ｔ＞を記憶部２６ａに記憶する。次にステップ１１１に
おいて、透過率予測のトラッキングを開始する。即ち、
或る時点ｔでのビームスプリッタ７からウエハ１４まで
の光学系の透過率Ｔの変動率δＴ（ｔ）は、演算部２６
ｂによって以下の式で算出される。

【００６６】 δＴ（ｔ）＝δＴ（ｔ−△ｔ）・ｅｘｐ（−△ｔ／τａ） ＋Ｃａ・Ｗ（ｔ）・［１−ｅｘｐ（−△ｔ／τａ）］ …（７） また、（７）式のトラッキングを開始するときには、上
記の平均透過率＜Ｔ＞及び基準透過率Ｔｓｔｄを用い
て、変動率δＴ（ｔ）の初期値として以下の式を代入す
る必要がある。

【００６７】 δＴ（ｔ−Δｔ）＝＜Ｔ＞／Ｔｓｔｄ−１ …（７Ａ） ここで、（７）式の第１項は緩和項、第２項は照射項で
あり、各変数の意味は以下の通りである。 １）△ｔ：サンプリング時間。これは実際の露光時間に
比べて十分小さい時間であり、例えば数ｍｓ程度であ
る。

【００６８】２）τａ：透過率変動の時定数であり、露
光プロセス（レチクルパターンの種類、この種類の混合
比、固定照野絞り９Ａの設定、照明条件、及び露光時の
パルスエネルギー密度（フルエンス））毎に予め求めて
おく定数である。 ３）Ｃａ：透過率の変動率［％／Ｗ］であり、露光プロ
セス毎に予め求めておく定数である。

【００６９】更に、その（７）式中の関数（以下、「照
射パワー」という）Ｗ（ｔ）は次式で表すことができ
る。

【００７０】

【数１】

【００７１】この式中の照射パワー係数η（Ｙ）は、走
査方向の位置Ｙの関数であるが、位置Ｙは、透過率予測
のトラッキング開始後の時点ｔの所定の関数ｆ（ｔ）で
表すことができる。つまり、走査露光中にレチクルステ
ージ１５のＹ座標をΔｔ毎に読み取り、（６）式よりη
（Ｙ）を計算し、これを（８）式に代入して照射パワー
Ｗ（ｔ）を求めることができる。その（８）式中のその
他のパラメータは以下のように定義される。

【００７２】Ｉ（ｔ’）：時点ｔ’におけるインテグレ
ータセンサ２５の出力。 α（ｔ’−Δｔ）：時点ｔ’からΔｔだけ前の時点にお
いて、像面でのパルスエネルギーをインテグレータセン
サ２５の出力で割った相関係数α（ｔ）の値。そして、
演算部２６ｂでは（８）式より△ｔおきに照射パワーＷ
（ｔ）を算出し、このＷ（ｔ）を（７）式に代入して透
過率の変動率δＴ（ｔ）を算出する。

【００７３】そして、露光時は、ショット毎、又はΔｔ
経過する毎に、相関係数α（ｔ）の更新を行う。即ち、
（７）式の透過率の変動率δＴ（ｔ）、及び露光開始前
に露光光による照射熱の影響が無い一定温度の状態で計
測した相関係数α（ｔ）の初期値α₀ を用いて、相関係
数α（ｔ）として、以下の式の値を使用する。 α（ｔ）＝（１−δＴ（ｔ））・α₀ …（９） 次に、図１１に示す露光動作を行う。即ち、図１１のス
テップ１２１のウエハ間処理工程において、図１のＺチ
ルトステージ１９上のウエハの交換、不図示のアライメ
ントセンサのベースライン量の計測、及び交換後のウエ
ハ（ウエハ１４とする）の例えばエンハンスト・グロー
バル・アライメント（ＥＧＡ）方式によるアライメント
を行った後、ステップ１２２において、ウエハ１４の露
光対象のショット領域（チップ）を走査開始位置に移動
し、ステップ１２３において、露光光の非発光時間、又
は前に基準透過率を計測してからの経過時間が所定の時
間Ｔ_nonf（例えば３０ｓ）以下であるかどうかを判定す
る。そして、その非発光時間、又はその経過時間がＴ
_nonfより大きくなっているときには、ステップ１３０に
移行して、ステップ１１０と同様に図６に示すように基
準透過率としての平均的な透過率＜Ｔ＞を計測する。そ
して、リセット処理として、ステップ１１１における透
過率の変動率のトラッキング開始時の動作と同様に、透
過率の変動率の初期値δＴ（ｔ−Δｔ）として（７Ａ）
式を代入する。その後、動作はステップ１２４に移行す
る。

【００７４】一方、ステップ１２３でその非発光時間、
又はその経過時間がＴ_nonf以下であるときには、ステッ
プ１２４に移行して、露光開始直前での透過率の変動率
δＴ（ｔ）を次のショット露光に反映させる。即ち、前
の時点で（又はリセット処理として）計算された透過率
の変動率δＴ（ｔ−Δｔ）を（７）式に代入して、現時
点ｔでの透過率の変動率δＴ（ｔ）を算出する。そし
て、この変動率δＴ（ｔ）を上記の（９）式に代入して
相関係数α（ｔ）を算出する。

【００７５】次のステップ１２５において、露光コント
ローラ２６は、ウエハ上の次ショットの走査露光条件、
即ち設定露光量Ｓ０、ウエハ上の１点当たりの露光パル
ス数Ｎ、エキシマレーザ光源１の発光周波数ｆ、エキシ
マレーザ光源１での目標パルスエネルギーの設定値Ｅ
ｔ、ウエハの走査速度Ｖ、及びエネルギー粗調器３の透
過率の設定値Ｔ_adj を決定する。この際に、次のショッ
ト領域（チップ）を露光中の目標パルスエネルギーＥｔ
は、設定露光量Ｓ０、計算上の１点当たりの露光パルス
数Ｎ、及び（９）式のリアルタイムの相関係数α（ｔ）
を用いて次式で表される。

【００７６】 Ｅｔ＝（Ｓ０／Ｎ）／α（ｔ） （１０） そして、図７に示すように、ウエハ１４に対しては露光
領域１２Ｗを相対的に軌跡３０に沿って移動させること
によって露光を行うものとすると（実際にはウエハ１４
側が移動する）、ショット領域３１(2,1) ，３１(3,1)
，…の順に走査露光が行われる。そこで、露光コント
ローラ２６は、ウエハ１４上で次に露光を行う位置
（ｉ，ｊ）のショット領域に対する走査露光条件をエキ
シマレーザ光源１及びステージコントローラ１７に設定
する。露光中の最初は目標パルスエネルギーＥｔと、図
２のエキシマレーザ光源１中のエネルギーモニタ１ｃに
よる実際の計測値Ｅｔ’とをパルス毎に比較し、その差
分をレーザ共振器１ａにフィードバックすることによっ
て、パルスエネルギーの制御が行われる。

【００７７】その後、ステップ１２６において、エキシ
マレーザ光源１のパルス発光が開始され、図７に示すよ
うに露光領域１２Ｗに対してウエハ１４を走査方向ＳＤ
（Ｙ方向）に走査速度Ｖで走査することによって、当該
ショット領域への走査露光が行われる。この際の露光量
制御は一例として次のように行われる。即ち、図１の露
光コントローラ２６は、エキシマレーザ光源１のパルス
発光の開始前に発光パルス数ｎを計数するための内部の
レジスタよりなるパルスカウンタのリセットを行う。そ
の後、レチクル１１及びウエハ１４が同期してそれぞれ
等速走査されるようになって、ウエハ１４上の露光対象
のショット領域の端部が露光領域１２Ｗにさしかかる直
前（発光開始点）に到達してから、露光コントローラ２
６はエキシマレーザ光源１にパルス発光を開始させる。
そして、各パルス発光毎に、露光コントローラ２６はイ
ンテグレータセンサ２５を介して各パルス照明光ＩＬの
パルスエネルギーを計測する。

【００７８】本例では、エキシマレーザ光源１は、順次
発光されるパルス照明光に対して、任意の連続する最小
露光パルス数（Ｎ_min ）と同じ個数のパルス当たりの積
算エネルギーが、一定値であるＥｔ・Ｎ_min になるよう
なフィードバック制御でパルス発光を行う。このため、
ｉパルス目（ｉ＝０，１，２，…）を発光させたときに
インテグレータセンサ２５を介して計測したパルスエネ
ルギーをＰ_i とする。なお、Ｐ₀ ＝０とする。そして、
それまでに計測されたパルスエネルギーＰ_i を用いて、
露光コントローラ２６は次のように次のパルス発光時の
パルスエネルギーの目標値を算出し、この目標値をエキ
シマレーザ光源１に設定する。

【００７９】この場合、図９（ａ）に示すように、ウエ
ハ１４上の点５５に対して今までに（ｎ−１）パルスの
露光が行われ、ｎパルス目の露光を待っている状態を想
定する。図９（ａ）において、矩形の露光領域１２Ｗは
説明の便宜上非走査方向（Ｘ方向）の幅を狭く表現して
おり、露光領域１２Ｗに対するウエハ１４の走査方向を
＋Ｙ方向としている。また、図９（ｂ）の実線の折れ線
の点５４−１〜５４−（ｎ−１）は、点５５が露光領域
１２Ｗに対して移動する途中で与えられた積算露光量を
表しており、図９（ｂ）において、横軸は各露光パルス
が照射されたときの点５５のＹ座標に対応している。ま
た、図９（ｂ）の点線の直線５３は、各パルス発光が行
われる際の目標積算露光量を表しており、点５５に対す
る積算露光量をＮパルス目の露光によって設定露光量Ｓ
０に所定の許容範囲で合致させるのが露光量制御の目的
である。

【００８０】このとき、ｉパルス目にインテグレータセ
ンサ２５を介して計測されたパルスエネルギーＰ_i を、
エネルギーモニタ１ｃでの計測値に換算した値をＥ_i(＝
α２・Ｐ_i)とすると、最も簡単な制御方法として、ｎパ
ルス目の露光待ちの点５５にとっての次パルスの目標露
光量Ｅｔ（ｎ）を、次のようにすればよい。

【００８１】

【数２】

【００８２】露光コントローラ２６は、各パルス光の発
光毎にそのように算出されたパルスエネルギーＥｔ
（ｎ）をエキシマレーザ光源１に出力し、エキシマレー
ザ光源１はそれに応じた発光を行う。また、各パルス発
光毎に露光コントローラ２６は内部のパルスカウンタの
値ｎに１を加算した後、露光対象のショット領域が露光
領域１２Ｗを通過したかどうか、即ちウエハ１４が露光
終了点に到達したかどうかを判定する。これはステージ
コントローラ１７からの各ステージの位置情報等から判
定することができる。そして、露光終了点に達したとき
には、走査終了の処理、即ちパルス発光の停止を行う。

【００８３】更に、露光コントローラ２６は、露光が終
わったショット領域の間隔Ｙ_stepの各点について、イン
テグレータセンサ２５によって計測されるパルスエネル
ギーを積算して像面上での積算露光量Ｒ_k(ｋ＝１，２，
…）を算出する。図８（ｂ）はこのようにショット領域
の各点毎に算出される積算露光量Ｒ_k の一例を示し、こ
の図８（ｂ）の横軸はショット領域内の走査方向の位置
Ｙを示している。このとき、露光コントローラ２６は、
一連の積算露光量Ｒ_k の平均値Ｒ _ave 、最大値Ｒ_max 、
及び最小値Ｒ_min を求め、これらのパラメータＲ_ave ，
Ｒ _max ，Ｒ_min の値がそれぞれ許容範囲内にあるかどう
かを判別し、判別結果を不図示の主制御系に出力する。
その後、図１１のステップ１２７に移行して、ウエハ１
４上で次に露光するショット領域が有るときには、ステ
ップ１２８に移行して次のショット領域を走査開始位置
に移動してステップ１２３〜１２７の露光動作を行う。

【００８４】その後、全部のショット領域の露光が終了
したときにはステップ１２７からステップ１２９に移行
して、同一ロット内で未露光のウエハが有るかどうかを
チェックする。そして、未露光のウエハが有るときに
は、ステップ１２１〜１２８の動作が繰り返されて、次
に露光するウエハが無くなったときに露光工程を終了す
る。この露光後のウエハが、現像工程、エッチング等の
パターン形成工程、及びレジスト剥離工程等を所定回数
経た後、ダイシング、ボンディング、パッケージング等
の工程を経ることで、半導体デバイスが製造される。

【００８５】このように本例によれば、投影光学系１３
を含むビームスプリッタ７からウエハ１４までの光学系
の透過率のパルス照明光ＩＬの照射、及び照射停止によ
る変動率δＴ（ｔ）を算出し、この変動率を用いてエキ
シマレーザ光源１のパルスエネルギーを補正している。
従って、その光学系中の石英ガラスの透過率が短期的に
変動する場合でも、ウエハ１４上の各ショット領域内の
各点において積算露光量を設定露光量に対して許容範囲
内に収めることができる。

【００８６】なお、ステップ１１１において、制御定数
として用いている変動率Ｃａ、及び時定数τａは初期的
に求めておけばその後も継続して使えるわけでなく、硝
材への照射によって中長期的に変化することが本発明者
によって確かめられている。そこで、これらの制御定数
は定期的に更新することが望ましい。更に、実際には変
動率Ｃａ、及び時定数τａは、像面でのパルスエネルギ
ー（フルエンス）、（６）式の照射パワー係数η
（Ｙ）、及びレチクルの透過率分布にも依存して変化す
る。そこで、露光量制御精度を更に向上するためには、
露光中に変動率Ｃａ、及び時定数τａも更新することが
望ましい。そのためには具体的に、図１０のステップ１
０３において、像面での平均パルスエネルギーＰが算出
されたときに、演算部２６ｂでは、それまでの透過率変
動の時定数τａ及び透過率の変動率Ｃａを次式によって
新たな時定数τａ’及び変動率Ｃａ’に更新する。な
お、Ｐｓｔｄは、それまでの時定数τａ及び変動率Ｃａ
のデータ取りを行ったときに計測された像面フルエンス
であり、べき数ｋは整数又は半整数である。

【００８７】 τａ’＝τａ・｛（Ｐｓｔｄ／Ｐ）・（１／η（Ｙ））｝^k …（１２Ａ） Ｃａ’＝Ｃａ・｛（Ｐｓｔｄ／Ｐ）・（１／η（Ｙ））｝^k …（１２Ｂ） この場合には、（７）式における時定数τａ及び変動率
Ｃａの代わりにそれぞれτａ’及びＣａ’を使用すれば
よい。べき数ｋは、一例として１／２（平方根）である
が、実際には実験的に定めればよい。

【００８８】また、これを一般化すると、像面での平均
パルスエネルギーＰ、及び照射パワー係数η（Ｙ）の関
数ｇ１（Ｐ，η（Ｙ））、及びｇ２（Ｐ，η（Ｙ））を
用いて、新たな時定数τａ’及び変動率Ｃａ’は次のよ
うに表すことができる。 τａ’＝τａ・ｇ１（Ｐ，η（Ｙ）） …（１３Ａ） Ｃａ’＝Ｃａ・ｇ２（Ｐ，η（Ｙ）） …（１３Ｂ） 又は、新たな時定数τａ’及び変動率Ｃａ’は、平均パ
ルスエネルギーＰ、及び照射パワー係数η（Ｙ）に対し
てテーブルとして記憶しておいてもよい。

【００８９】更に、これまで述べてきた透過率の変動率
の予測制御において、ウエハ間処理の直後には予測精度
が落ちることが本発明者の実験より分かってきた。例え
ば、ウエハ間処理としてアライメントマークの位置計測
等のように、非発光時間が比較的長い時間継続した直後
の数個のショット領域への露光時に予測精度が低下す
る。そのような場合を考慮して、本例ではステップ１２
３において、非発光時間が所定時間Ｔ_nonfより長く経過
した直後のショット領域への露光時には、ステップ１３
０に移行して基準透過率の実測を行い、その実測値の変
動量を（７Ａ）式のようにして、トラッキングをリセッ
トしている。これによって、透過率の予測精度の低下が
防止できる。

【００９０】次に、図１１のステップ１２６における露
光量制御動作の他の例につき説明する。この例では、エ
キシマレーザ光源１は、所定の単位パルス数当たりの積
算エネルギーが一定になるようなフィードバック制御で
パルス発光を行う。即ち、最小露光パルス数Ｎ_min より
も小さい所定の発光パルス数Ｎ_unitの発光が行われる時
間を単位時間Ｔ_unit（これは発光周波数ｆｋによって変
化する）とすると、エキシマレーザ光源１は初期状態で
は、単位時間Ｔ_unit毎に出力されるパルス光のエネルギ
ーモニタ１ｃによって計測されるエネルギー積算値がＥ
ｔ・Ｎ_unitとなるようにパワーロックを行う。但し、こ
れのみでは、パルスエネルギーのばらつき、及びドリフ
トによってウエハ上での積算露光量が設定露光量Ｓ０か
ら外れる恐れがある。そこで、インテグレータセンサ２
５の計測値に基づいて、パルスエネルギーの誤差分を相
殺するように、次にエキシマレーザ光源１で発光される
パルスエネルギーの調整を行う。

【００９１】この場合、ｉパルス目（ｉ＝０，１，２，
…）を発光させたときにインテグレータセンサ２５を介
して計測したパルスエネルギーをＰ_i とする（Ｐ₀ ＝
０）。そして、それまでに計測されたパルスエネルギー
Ｐ_i を用いて、露光コントローラ２６は次のように次の
パルス発光時のパルスエネルギーの目標値を算出し、こ
の目標値をエキシマレーザ光源１に設定する。

【００９２】この場合にも、図９（ａ）に示すように、
ウエハ１４上の点５５に対して今までに（ｎ−１）パル
スの露光が行われ、ｎパルス目の露光を持っている状態
を想定する。この際のパルスエネルギーの制御は、Ｎ
_unit個の発光パルス数を単位として行われる。また、図
９（ｂ）の実線の折れ線の点５４−１〜５４−（ｎ−
１）は、点５５が露光領域１２Ｗに対して移動する途中
で与えられた積算露光量を表し、点線の直線５３は、各
パルス発光が行われる際の目標積算露光量を表してお
り、点５５に対する積算露光量をＮパルス目の露光によ
って設定露光量Ｓ０に所定の許容範囲で合致させるのが
露光量制御の目的である。

【００９３】この場合、ｉパルス目にインテグレータセ
ンサ２５を介して計測されたパルスエネルギーＰ_i を、
エネルギーモニタ１ｃでの計測値に換算した値をＥ_i(＝
α２・Ｐ_i)とすると、ｎパルス目の露光待ちの点５５に
とっての次パルスの目標露光量Ｅｔ（ｎ）を、所定の重
率（重み）Ｗ_A ，Ｗ_B ［無次元］を用いて次のようにす
る。

【００９４】

【数３】

【００９５】この（１４）式において、右辺の第２項
は、直前のパルスエネルギーの誤差（Ｅ_n-1 −Ｅｔ）に
重率Ｗ_A を乗じて得られる直前のパルスの誤差相殺項で
あり、右辺の第３項は、その前のＮ_unitパルス分のパル
スエネルギーの誤差の積分値に重率Ｗ_B を乗じて得られ
る誤差相殺項である。即ち、本例では直前のパルスエネ
ルギーの誤差、及びその前のＮ_unitパルス分のパルスエ
ネルギーの誤差に基づいて、次のパルスエネルギーがで
きるだけ目標値であるＥｔに近付くような制御を行って
おり、２つの重率Ｗ_A ，Ｗ_B の比率によって制御精度を
最適化することができる。露光コントローラ２６は、各
パルス光の発光毎にそのように算出されたパルスエネル
ギーＥｔ（ｎ）をエキシマレーザ光源１に出力し、エキ
シマレーザ光源１はそれに応じた発光を行う。この後の
動作は上記の実施の形態と同様である。

【００９６】次に、最近では、２つの異なる照明条件を
交互に用いて、それぞれ異なるレチクルを露光し、ウエ
ハ上の各ショット領域（各チップ）を露光するようない
わゆる二重露光法が使用されるようになっている。この
二重露光法を上記の実施の形態に適用する場合には、１
ロットの処理の先頭で、各照明条件毎にステップ１０７
〜１１０の制御パラメータ（制御定数）の初期値計測を
行い記憶部２６ａに記憶する。そして、光学系の透過率
の変動率δＴ（ｔ）のトラッキングは、（７）式の代わ
りにその変動量を時間に対して線形と見なした以下の式
を用いて行うものとする。

【００９７】この際に、使用中でない前の照明条件を
（ｉ−１）番目の照明条件、使用中の現在の照明条件を
ｉ番目の照明条件として、ｉ番目の照明条件での変動率
ＣａをＣａ_i 、時定数τａをτａ_i とすると、以下の式
のような線形系として扱うことができる。 δＴ（ｔ）＝｛δＴ（ｔ−△ｔ）・ｅｘｐ（−Δｔ／τａ_i-1) ＋Ｃａ_i-1 ・０・｛１−ｅｘｐ（−Δｔ／τａ_i-1)｝ ＋｛δＴ（ｔ−△ｔ）・ｅｘｐ（−Δｔ／τａ_i) ＋Ｃａ_i ・Ｗ（ｔ）・｛１−ｅｘｐ（−Δｔ／τａ_i)｝ ＝｛δＴ（ｔ−△ｔ）・ｅｘｐ（−Δｔ／τａ_i-1) ＋｛δＴ（ｔ−△ｔ）・ｅｘｐ（−Δｔ／τａ_i) ＋Ｃａ_i ・Ｗ（ｔ）・｛１−ｅｘｐ（−Δｔ／τａ_i)｝ （１５） このとき、更に図１の投影光学系１３の瞳面（レチクル
１１に対する光学的なフーリエ変換面）上で０次光同士
が非干渉な２つの照明条件（例えば輪帯照明及び小σ値
の照明）の組み合わせでの二重露光では、（１５）式を
用いても予測精度が低下することが実験により分かって
きた。このために２重露光の際、又は照明条件を切り換
える毎に確認のための透過率計測を行い、初期値のリセ
ットを行うようにしてもよい。これでもウエハ内の各シ
ョット領域での予測精度が所定のレベルに達しないこと
があり、この場合にはウエハ内の各ショット領域への露
光前にも確認のための透過率計測を行うことが望まし
い。必要となる計測頻度は、切り替えに要した時間をＴ
ｃ、現在の照明条件での平均照射パワーをＷ_PRESとする
と、ＴｃとＷ_PRESとの関数で表される。

【００９８】また、上記の実施の形態において、図６の
ように光学系の非走査方向（Ｘ方向）の透過率分布を計
測した場合に、そのばらつき、即ち照度むらの変化が所
定の許容範囲を超えると、ウエハ上の各点での積算露光
量のばらつきが大きくなって、積算露光量が目標値に対
して許容範囲内に収まらない部分が生じる恐れがある。
そこで本例では、そのような場合には、露光光の照射を
停止して緩和効果によってその透過率が均一化するまで
露光を行わないようにするか、又はレチクルを外して投
影光学系１３に一様に露光光を照射して、透過率分布を
均一化するようにしている。これによって、積算露光量
の誤差が許容範囲を超えることが防止できる。

【００９９】また、上記の実施の形態では、インテグレ
ータセンサ２５を用いて投影光学系１３を含む光学系を
通過する光量を算出しているが、より正確にその光学系
を通過する光量を算出するために、図１の反射量モニタ
６０で計測される光量をも考慮するようにしてもよい。
なお、上記の実施の形態では、石英ガラスの透過率変動
に起因する透過率の変動率を予測しているが、例えば露
光光として波長が１７０ｎｍ以下のパルス光を使用し
て、屈折部材として蛍石やフッ化マグネシウム（ＭｇＦ
₂ ）等を使用する場合にも、透過率の変動率が露光量に
影響する場合には本発明の露光量の制御方法を適用する
ことによって、露光量の制御精度を向上できる。更に、
ミラー等の反射部材の反射率が変動する場合にも本発明
が適用できる。

【０１００】また、上記の実施の形態は、ステップ・ア
ンド・スキャン方式よりなる走査露光方式の投影露光装
置で露光を行う場合に本発明を適用したものであるが、
本発明はステッパーのような一括露光型（静止露光型）
の露光装置で露光を行う場合にも適用することができ
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。

【０１０１】

【発明の効果】本発明によれば、露光ビームの光量の計
測点から第２物体までの光学系中に透過率や反射率が次
第に変動するような光学部材が使用されている場合で
も、露光対象の物体（ウエハ等の第２物体）上で高い露
光量制御精度が得られる。また、本発明によれば、パル
ス光を用いて露光を行う場合に、光学系の透過率（反射
率も含めた全体の透過率）が次第に変動しても、露光対
象の物体上で高い露光量制御精度が得られる。

【０１０２】また、本発明をデバイス製造方法に適用し
た場合には、高い露光量制御精度が得られるため、線幅
精度等に優れた高機能のデバイスを量産できる。

【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】 （ａ）は図１中のビームスプリッタ７からウ
エハ１４までの光学系の透過率の変動の一例を示す図、
（ｂ）は図１中の可動照野絞り９Ｂの開口率の変化の一
例を示す図である。

【図４】 図１のレチクルステージ１５を示す平面図で
ある。

【図５】 計測スリットの像をウエハステージ側の照度
むらセンサ２１Ｐで走査する状態を示す平面図である。

【図６】 本発明の実施の形態の光学系の非走査方向へ
の透過率分布の計測結果の一例を示す図である。

【図７】 その実施の形態で露光対象とするウエハのシ
ョットマップを示す平面図である。

【図８】 （ａ）は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の処理量との相関データの一
例を示す図、（ｂ）はウエハ上のショット領域内の一連
の複数点における積算露光量の一例を示す図である。

【図９】 ウエハ上の或る点に対してｎパルス目の露光
を行う場合の目標パルスエネルギーの算出方法の説明図
である。

【図１０】 その実施の形態の一例における走査露光の
前処理を示すフローチャートである。

【図１１】 その実施の形態の一例における走査露光時
の露光量制御動作を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…エキシマレーザ光源、１ｃ…エネルギーモニタ、１
ｄ…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、１２Ｗ…ウエハ上での矩形の露光
領域、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、１９…Ｚチ
ルトステージ、２０…ＸＹステージ、２１Ｂ…照射量モ
ニタ、２１Ｐ…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、２６ａ…記憶部、２
６ｂ…演算部、２８…計測スリット

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 露光ビームで第１物体を照明し、前記第
   １物体のパターンを経た前記露光ビームで投影系を介し
   て第２物体を露光する露光方法において、 予め前記第１物体までの光路上の計測点で検出される前
   記露光ビームの光量と前記投影系の像面上での前記露光
   ビームの光量との相関関係を求めておき、 前記第２物体の露光時に前記計測点で検出される前記露
   光ビームの光量と前記相関関係とに基づいて前記第２物
   体に対する積算露光量の制御を行うに際して、 プロセス条件及び露光経過に応じて前記投影系の透過率
   の変動量を予測し、該予測された透過率の変動量に基づ
   いて前記相関関係の更新を行うことを特徴とする露光方
   法。
2. 【請求項２】 前記露光ビームの波長は２００〜１７０
   ｎｍであり、前記投影系は石英ガラスよりなる屈折部材
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 【請求項３】 前記露光ビームはパルス光であり、 前記プロセス条件は、前記第１物体の照明条件、前記第
   １物体上のパターンの種類、前記第１物体上の照明領域
   の形状、前記露光ビームのパルスエネルギー、及び前記
   投影系を構成する光学部材の材料の累積使用期間の内の
   少なくとも一つの条件であることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の露光方法。
4. 【請求項４】 前記露光経過は、前記露光ビームの発光
   時間、及び前記露光ビームの非発光時間の少なくとも一
   つのデータによって表されることを特徴とする請求項
   １、２、又は３に記載の露光方法。
5. 【請求項５】 前記投影系の透過率の変動量を予測する
   ための制御パラメータとして、前記露光ビームの照射時
   間に対する透過率の変動率、及び透過率の変動の時定数
   を用いると共に、 前記制御パラメータを前記第１物体の照明条件毎に独立
   に保持することを特徴とする請求項１〜４の何れか一項
   に記載の露光方法。
6. 【請求項６】 前記露光ビームの非発光時間が所定時間
   を超えたときに、 前記投影系の透過率の計測を行って、前記投影系の透過
   率の変動量の予測値をリセットすることを特徴とする請
   求項１〜５の何れか一項に記載の露光方法。
7. 【請求項７】 所定の時間が経過する毎に、前記投影系
   の前記露光ビームに対する透過率分布を計測し、該透過
   率分布のばらつきが所定の許容範囲を超えた場合に、 前記露光ビームの照射を停止するか、又は照明領域の全
   体に前記露光ビームを照射することを特徴とする請求項
   １〜５の何れか一項に記載の露光方法。
8. 【請求項８】 露光ビームを発生する露光光源と、前記
   露光ビームを第１物体に照射する照明系と、前記第１物
   体のパターンを経た前記露光ビームを第２物体上に照射
   する投影系とを有する露光装置において、 前記照明系中の計測点で前記露光ビームの光量を検出す
   る第１検出器と、 前記投影系の像面上での前記露光ビームの光量を検出す
   る第２検出器と、 前記第１検出器の出力と前記第２検出器の出力との相関
   関係を記憶しておき、前記第１検出器の出力と前記相関
   関係とに基づいて前記第２物体に対する積算露光量の制
   御を行う露光量制御系と、 プロセス条件及び露光経過に応じて前記投影系の透過率
   の変動量を予測し、該予測された透過率の変動量に基づ
   いて前記相関関係の更新を行う予測制御系とを有するこ
   とを特徴とする露光装置。
9. 【請求項９】 前記照明系中に前記第１物体に対する照
   明条件を切り換える照明条件切り換え部材を設け、 前記予測制御系は、前記照明条件に応じて前記投影系の
   透過率の変動量の予測値を算出することを特徴とする請
   求項８に記載の露光装置。
10. 【請求項１０】 前記投影系の像面で前記露光ビームの
    光量分布を計測する第３検出器を設け、 該第３検出器で前記投影系の透過率分布を計測すること
    を特徴とする請求項８又は９に記載の露光装置。
11. 【請求項１１】 請求項１〜７の何れか一項に記載の露
    光方法を用いてマスクパターンをワークピースに転写す
    る工程を含むデバイス製造方法。