(57)【要約】【課題】パルス光を露光光として用いる場合に、少ないパルス数の露光で、かつ露光対象の基板上での照度むらの影響を抑制できる露光技術を提供する。【解決手段】パルス発光されるレーザ光ＬＢでレチクルＲを照明し、レーザ光ＬＢでレチクルＲ及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷを露光する露光方法において、コヒーレンシィ検出装置３０によってレーザ光ＬＢの空間コヒーレンシィを検出する第１工程と、その第１工程の検出結果に基づいて、ウエハＷ上のショット領域の各点に照射されるレーザ光ＬＢの最小パルス数を決定する第２工程とを有する。【選択図】図１
2008085266.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス発光される露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターンを介して基板を露光する露光方法において、
前記露光光のコヒーレンス情報を検出する第１工程と、
前記第１工程の検出結果に基づいて、前記基板上の被露光領域の各点に照射される前記露光光の最小パルス数を決定する第２工程とを有することを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記露光光で前記パターンを介して前記基板上の前記被露光領域の各点を、前記露光光の位相を変えながら、かつ前記最小パルス数以上のパルス数で露光する第３工程を有することを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記第１工程で検出されるコヒーレンス情報は、前記露光光の空間コヒーレンスの強さに関する情報を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
前記空間コヒーレンスの強さに関する情報は、前記露光光から分岐された光束の断面内の横モード数、及び前記分岐された光束の断面内の２点からの光によって生じる干渉縞のコントラスト情報の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３に記載の露光方法。
【請求項５】
前記空間コヒーレンスの強さに関する情報は、前記露光光から分岐された光束をオプティカル・インテグレータに通したときに生じるスペックルパターンのコントラスト情報を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の露光方法。
【請求項６】
前記基板を露光する際に、前記露光光の照射領域に対して前記パターンを所定方向に移動するのに同期して、前記パターンの露光領域に対して前記基板を対応する方向に移動し、
前記露光光のパルス発光周波数、前記パターンの前記露光領域の幅、及び前記基板の移動速度のうち少なくとも一つを制御して、前記基板上の前記被露光領域の各点に照射される前記露光光のパルス数を制御することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の露光方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の露光方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項８】
露光光をパルス発光する光源と、前記露光光でパターンを照明する照明光学系とを有し、前記露光光で前記パターンを介して基板を露光する露光装置において、
前記露光光のコヒーレンス情報を検出するコヒーレンス情報検出装置と、
前記コヒーレンス情報検出装置の検出結果に基づいて、前記基板上の被露光領域の各点に照射される前記露光光の最小パルス数を決定する演算装置とを備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項９】
前記基板上の前記被露光領域に照射される前記露光光の位相を制御する位相制御装置と、
前記位相制御装置を駆動して前記露光光で前記パターンを介して前記基板上の前記被露光領域の各点を前記露光光の位相を変えながら、かつ前記最小パルス数以上のパルス数で露光する制御装置とを備えたことを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
前記コヒーレンス情報検出装置は、前記露光光の空間コヒーレンスの強さに関する情報を検出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。
【請求項１１】
前記コヒーレンス情報検出装置は、
前記露光光から光束を分岐する光学系と、
前記分岐された光束及び前記分岐された光束の断面内の２点からの光によって生じる干渉縞の少なくとも一方の光量分布を検出する撮像装置と、
前記撮像装置によって検出される光量分布に基づいて、前記分岐された光束の断面内の横モード数、及び前記干渉縞のコントラスト情報の少なくとも一方を求める解析装置とを有することを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
【請求項１２】
前記コヒーレンス情報検出装置は、
前記露光光から光束を分岐する光学系と、
前記分岐された光束が照射されるオプティカル・インテグレータと、
前記オプティカル・インテグレータを通過した光束の光量分布を検出する撮像装置と、
前記撮像装置によって検出される光量分布に基づいて、前記オプティカル・インテグレータを通過した光束のスペックルパターンのコントラスト情報を求める解析装置とを有することを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記基板を露光する際に、前記露光光の照射領域に対して前記パターンが所定方向に移動されるのに同期して、前記パターンの露光領域に対して前記基板を対応する方向に移動する基板ステージと、
前記露光光のパルス発光周波数、前記パターンの前記露光領域の幅、及び前記基板の移動速度のうち少なくとも一つを制御して、前記基板上の前記被露光領域の各点に照射される前記露光光のパルス数を制御する露光制御装置とを備えたことを特徴とする請求項８から１２のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１４】
請求項８から１３のいずれか一項に記載の露光装置を用いることを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光光でパターンを介して基板を露光する露光技術に関し、特に露光光としてエキシマレーザ光等のようにコヒーレンシィ（コヒーレンス度）の高いパルス光を用いる場合に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子又は液晶表示素子等のデバイス（電子デバイス、マイクロデバイス等）を製造するためのフォトリソグラフィ工程では、レチクル（又はフォトマスク等）に形成された回路パターンを投影光学系を介して感光材料（フォトレジスト等）が塗布されたウエハ（半導体ウエハ）（又はガラスプレート等）上に投影露光するために、ステップ・アンド・リピート方式の静止露光型（一括露光型）の投影露光装置（いわゆるステッパ等）、及びステップ・アンド・スキャン方式の走査露光型の投影露光装置（いわゆるスキャニング・ステッパ等）等の露光装置が使用されている。斯かる露光装置では、露光光を短波長化して解像度を向上させるために、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、さらにはＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）のような遠紫外域から真空紫外域にかけてのパルスレーザ光が露光光として使用されるようになって来ている。
【０００３】
なお、レーザ光の進行方向に垂直な断面内の強度分布（光強度分布）を横モード（transverse mode)と言い、この横モードには、強度分布が中心部で最も大きく中心から離れるに従って確率分布的に小さくなる単一横モード（シングルモード）と、レーザ共振器のミラー面の回折や干渉現象のために複数の強度分布を有する多重横モード（マルチモード）とがある。個々の横モード内の光はお互いにコヒーレンス（可干渉性）の強さであるコヒーレンシィ（コヒーレンス度）が高く、異なる横モード内の光はコヒーレンシィが低いため、複数の横モードを含むレーザ光は全体としてコヒーレンシィが低くなる。エキシマレーザ光は一般に多くの横モードを含むことから、コヒーレンシィが低く、露光光として適している。
【０００４】
しかしながら、エキシマレーザ光は、完全にインコヒーレントな光ではないため、照明光学系を通過する間にスペックルパターンと呼ばれる干渉ノイズ（干渉縞）が生じ、これがレチクル及びウエハ上での照度むらになるという問題がある。なお、コヒーレンスには、時間コヒーレンスと空間コヒーレンスとがあるが、スペックルパターンの要因は主に空間コヒーレンスである。
【０００５】
そこで、静止露光型の投影露光装置において、パルス光でもあるエキシマレーザ光を露光光として使用する場合には、スペックルパターンによる照度むらを１ショットの露光の間に十分減少させるために、照明光学系中のフライアイレンズ（オプティカル・インテグレータ）の前段に振動ミラーを配置していた。そして、１ショットの露光の間に、フライアイレンズに入射するレーザ光を走査することによって、レチクル及びウエハ上に生じる干渉ノイズの位相を変えながら所定の最小パルス数以上のパルス光で露光を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
一方、走査露光型の投影露光装置においては、レチクル及びウエハの走査方向では、パルス発光間でレーザ光に対してレチクル及びウエハが移動するため、その振動ミラーを用いてレーザ光を走査方向に走査するのと同等の効果がある。そこで、その振動ミラーによるレーザ光の位相の変更をその走査方向と直交する非走査方向に対して行うことによって、効率的にウエハ上の露光領域内の露光量分布を均一にできる。これらの場合、レチクル及びウエハ上に生じるスペックルパターンのピッチは、照明光学系中のフライアイレンズの各レンズエレメントの大きさ（又はレンズエレメントの配列ピッチ）によって決定されるため、ウエハ上の露光領域の各点に露光される最小パルス数は、その照明光学系の構成に応じて計算されていた（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。また、上記の計算で求めた最小パルス数の代わりに、経験的に定めた最小パルス数が用いられる場合もある。
【特許文献１】特許第1,913,143号明細書
【特許文献２】特許第2,054,101号明細書
【特許文献３】特許第3,387,073号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エキシマレーザ光のコヒーレンシィ（特に空間コヒーレンシィ）は、実際にはレーザ共振器を構成する光学部材の劣化、その設置状態の変化、及びレーザガスチャンバー内のガスの状態や放電状態などによって、刻々変化する。そこで、従来はエキシマレーザがいかなる状態であってもスペックルパターンによる照度むらの解消が可能なように、エキシマレーザ光のコヒーレンシィが最も高いときの状態に基づいて上記の最小パルス数の計算を行っていた。また、経験的に最小パルス数を定める場合にも、照度むらが最も劣化する状態（コヒーレンシィが最も高い状態）でその最小パルス数を定めていた。そのため、エキシマレーザ光のコヒーレンシィが低い期間では、必要以上のパルス数で露光を行っていた可能性がある。
【０００８】
エキシマレーザは現状では、発振周波数に一定の上限があるため、最小パルス数によって１ショット又はウエハ上の各点の露光時間が規定され、ひいては露光装置のスループット（単位時間当たりのウエハの処理枚数）が規定される。また、少ないパルス数で１ショットの露光を行うことができれば、エキシマレーザの使用効率が向上し、露光に要するコストも低減できる。近年は、露光工程のスループットの向上は勿論のこと、露光に要するコストの低減も求められている。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑み、パルス光を露光光として用いる場合に、少ないパルス数の露光で、かつ露光対象の基板上での照度むらの影響を低減できる露光技術及びデバイス製造技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による露光方法は、パルス発光される露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターンを介して基板（Ｗ）を露光する露光方法において、その露光光のコヒーレンス情報を検出する第１工程と、その第１工程の検出結果に基づいて、その基板上の被露光領域の各点に照射されるその露光光の最小パルス数を決定する第２工程とを有するものである。
【００１１】
また、本発明による露光装置は、露光光をパルス発光する光源（１）と、その露光光でパターンを照明する照明光学系（１５）とを有し、その露光光でそのパターンを介して基板（Ｗ）を露光する露光装置において、その露光光のコヒーレンス情報を検出するコヒーレンス情報検出装置（３０）と、そのコヒーレンス情報検出装置の検出結果に基づいて、その基板上の被露光領域の各点に照射されるその露光光の最小パルス数を決定する演算装置（１７）とを備えたものである。
【００１２】
これらの本発明によれば、例えば定期的に露光光のコヒーレンス情報の検出結果に基づいて最小パルス数を更新できるため、その露光光の最新のコヒーレンス情報に応じた少ないパルス数の露光で、その基板上での照度むらの影響を抑制できる。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光方法又は露光装置を用いるものである。
【００１３】
なお、以上の本発明の所定要素に付した括弧付き符号は、本発明の一実施形態を示す図面中の部材に対応しているが、各符号は本発明を分かり易くするために本発明の要素を例示したに過ぎず、本発明をその実施形態の構成に限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図１〜図６を参照して説明する。本例は、本発明を、スキャニング・ステッパよりなる走査露光型の投影露光装置（露光装置）で露光を行う場合に適用したものである。
図１は本例の投影露光装置の概略構成を示し、この図１において、その投影露光装置は、パルス光源としてのエキシマレーザ光源１（露光光源）、エキシマレーザ光源１から発光されるレーザ光（露光光）のコヒーレンス情報を検出するコヒーレンシィ検出装置３０、照明光学系１５、転写対象のパターンが形成されたレチクルＲ（マスク）を保持して移動するレチクルステージ２８、投影光学系ＰＬ、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（半導体ウエハ）Ｗを保持して移動するウエハステージ２７、コンピュータを含み露光光の露光量の制御等を行う露光量制御系１７、及びこれらの動作を統括的に制御するコンピュータを含む主制御系１６等から構成されている。
【００１５】
エキシマレーザ光源１としては、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）が使用されている。なお、露光光源としては、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）若しくはＦ2 レーザ（波長１５７ｎｍ）のような発振段階で紫外域のレーザ光を放射するパルス光源、又は固体レーザ光源（ＹＡＧ又は半導体レーザ等）からの近赤外域のレーザ光を波長変換して得られる真空紫外域の高調波レーザ光を放射するパルス光源等も使用できる。エキシマレーザ光源１からパルス発光された遠紫外域のレーザ光ＬＢ0 は、シリンドリカルレンズを含むビーム整形光学系２に入射する。一般にエキシマレーザ光源１から射出されるレーザ光ＬＢ0 の断面形状は、水平方向（Ｈ方向）の幅が垂直方向（Ｖ方向）の幅よりかなり狭い細長い矩形であり、ビーム整形光学系２では、そのレーザ光ＬＢ0 を断面形状が縦横比１：１の正方形のビームに整形して射出する。
【００１６】
ビーム整形光学系２から射出されたレーザ光ＬＢ0 は、ミラーＭ１を経て反射率の大きい（透過率の小さい）ビームスプリッタＭ２に入射し、ビームスプリッタＭ２で上方に反射されたレーザ光ＬＢは、ビームエクスパンダ３に入射し、所定の断面寸法にまで断面形状が拡大される。ビームエクスパンダ３から射出された平行光束よりなるレーザ光ＬＢは、ミラーＭ３で反射された後、干渉縞の位相変調器としての振動ミラー４にて光路（進行方向）が折り曲げられる。振動ミラー４は、直交する２つの回動軸４ａ及び４ｂを軸として独立に振動できるように支持され、２つの回動軸４ａ及び４ｂの周りに振動ミラー４を振動させるための２つの駆動モータ（不図示）が設けられており、その２つの駆動モータの動作は主制御系１６によって制御される。本例では、回動軸４ａを軸として振動ミラー４を僅かに振ることによって、レチクルＲ（及びウエハＷ）の走査露光時の走査方向に対応する方向に、反射されるレーザ光ＬＢの進行方向を振ってその位相を変えることができ、回動軸４ｂを軸として振動ミラー４を僅かに振ることによって、レチクルＲ（及びウエハＷ）の走査方向に直交する非走査方向に対応する方向に、反射されるレーザ光ＬＢの進行方向を振ってその位相を変えることができる。
【００１７】
図１の振動ミラー４とオプティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ５との間には、図２に示すようにフィールドレンズ２１及びインプットレンズ２２（図１では不図示）が配置されており、振動ミラー４で反射されたレーザ光ＬＢは、フィールドレンズ２１及びインプットレンズ２２を介してフライアイレンズ５に入射する。図１に戻り、フライアイレンズ５は、断面形状が矩形の微小な多数のレンズエレメントを縦横に密着して配列したものであり、フライアイレンズ５の後側（レチクルＲ側）の焦点面に多数の光源像（二次光源）が形成される。それら多数の光源像から発散するレーザ光ＬＢよりなる照明光ＩＬ（露光光）が透過率の大きい（反射率の小さい）ビームスプリッタ６に入射する。
【００１８】
ビームスプリッター６を透過した照明光ＩＬは、第１リレーレンズ８によってレチクルＲのパターン形成面とほぼ共役な面上のレチクルブラインド（視野絞り）９上に集光され、レチクルブラインド９の開口部の形状によりレチクルＲ上のスリット状の照明領域１３の形状が決定される。本例では、その照明領域１３の形状は走査方向の幅Ｄの長方形とする。なお、レチクルブラインド９の近傍には、走査露光の開始時及び終了時に不要な部分の露光を防止するために照明領域１３を走査方向に開閉するとともに、照明領域１３の非走査方向の幅を制御するための可動ブラインド（不図示）も配置されている。
【００１９】
レチクルブラインド９及びその不図示の可動ブラインドの開口部を通過した照明光ＩＬは、第２リレーレンズ１０、光路折り曲げ用のミラー１１、及びメインコンデンサーレンズ１２を経て、レチクルＲのパターン形成面上の照明領域１３を照明する。即ち、フライアイレンズ５の後側焦点面の多数の光源像からの照明光ＩＬ（レーザ光ＬＢ）は、メインコンデンサーレンズ１２を介してレチクルＲ上の照明領域１３を重畳的に照明する。ビーム整形光学系２、ビームスプリッタＭ２、ビームエクスパンダ３、振動ミラー４、フィールドレンズ２１、インプットレンズ２２、フライアイレンズ５、ビームスプリッタ６、リレーレンズ８，１０、レチクルブラインド９、及びメインコンデンサーレンズ１２を含んで照明光学系１５が構成されている。
【００２０】
なお、例えば特開平１−２５９５３３号公報に開示されているように、実際にはフライアイレンズ５を光軸に沿って複数個配列することにより、ウエハＷ上での照度むら、ひいては露光量むらをより低減できるが、本例では簡単のため１個のフライアイレンズ５を用いる場合を示している。また、図１において、照明光ＩＬのうちビームスプリッタ６で反射された僅かの光が、不図示の集光光学系を介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ７に入射し、インテグレータセンサ７の検出信号が露光量制御系１７に供給されている。インテグレータセンサ７の検出信号とウエハＷ上での照明光ＩＬの照度（パルスエネルギー）との関係は予め計測されて記憶されており、露光量制御系１７は、インテグレータセンサ７の検出信号に基づいて、ウエハＷ上で適正な露光量が得られるように、エキシマレーザ光源１の発光パルスエネルギー、及び例えばビームスプリッタＭ２とビームエクスパンダ３との間に設置された可変減光器（不図示）の減光率等を制御する。さらに、主制御系１６の制御のもとで、露光量制御系１７は、エキシマレーザ光源１のパルス発振のモード（ワンパルスモード、バーストモード、待機モード等）及び走査露光時における連続発振時の発振周波数（所定の周波数範囲内での値）を制御する。
【００２１】
また、ビームスプリッタＭ２を透過したレーザ光ＬＢ１はコヒーレンシィ検出装置３０に入射し、コヒーレンシィ検出装置３０はレーザ光ＬＢ１の空間コヒーレンスの強さ（コヒーレンス情報）である空間コヒーレンシィを検出する（詳細後述）。
レチクルＲに形成された回路パターンのうち、照明光ＩＬによって照射された照明領域１３内のパターンが、両側テレセントリックで所定の投影倍率β（例えば１／４，１／５等）の投影光学系ＰＬを介してフォトレジストが塗布されたウエハＷの一つのショット領域（被露光領域）上の露光領域１４に結像投影される。投影光学系ＰＬは、図２に示すように、前群光学系２４、開口絞り２５、及び後群光学系２６から構成されているが、投影光学系ＰＬとしては、反射屈折系等も使用できる。図１において、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向に沿ってＸ軸を取り、その走査方向に直交する非走査方向に沿ってＹ軸を取って説明する。レチクルＲ上の照明領域１３及びそれに光学的に共役なウエハＷ上の露光領域１４は、非走査方向であるＹ軸に沿った方向（Ｙ方向）に細長い長方形の領域である。
【００２２】
先ず、レチクルＲは、レチクルベース（不図示）上をＸ方向に定速移動し、ＸＹ平面内で微小変位可能なレチクルステージ２８に吸着保持されている。レチクルステージ２８の移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角等）は、不図示のレーザ干渉計システムによって逐次計測され、その計測情報がステージ制御系１８及び主制御系１６に供給されている。主制御系１６の制御のもとで、ステージ制御系１８は、その計測情報に基づいてリニアモータや微動アクチュエータ等で構成される不図示の駆動系を介してレチクルステージ２８の位置及び速度を制御する。
【００２３】
一方、ウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージ２７上に保持され、ウエハステージ２７は、走査露光時に少なくともＸ方向に定速移動できるとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動できるように、不図示のウエハベース上に載置されている。ウエハステージ２７の移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角）は、不図示のレーザ干渉計システムによって逐次計測され、その計測情報がステージ制御系１８及び主制御系１６に供給されている。主制御系１６の制御のもとで、ステージ制御系１８は、その計測情報に基づいてリニアモータ等で構成される不図示の駆動系を介してウエハステージ２７の位置及び速度を制御する。さらに、ウエハステージ２７には、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）、及びＸ軸、Ｙ軸の周りの傾斜角を制御するＺレベリングステージも組み込まれている。
【００２４】
そして、ウエハＷの露光時には、図１において、不図示のアライメント系を用いてレチクルＲとウエハＷとのアライメントが行われる。その後、レチクルＲへの照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬを介した像をウエハＷ上の一つのショット領域に投影した状態で、レチクルステージ２８を介して照明領域１３に対してレチクルＲを走査方向ＳＲ（＋Ｘ方向又は−Ｘ方向）に速度ＶＲで移動する動作に同期して、ウエハステージ２７を介して露光領域１４に対してウエハＷ上のショット領域を走査方向ＳＷ（−Ｘ方向又は＋Ｘ方向）に速度β・ＶＲ（βは投影倍率）で移動する走査露光動作と、照明光ＩＬの照射を停止して、ウエハステージ２７を介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作とが繰り返される。これによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が露光される。
【００２５】
この露光に際して、本例のレーザ光ＬＢ（照明光ＩＬ）は或る程度のコヒーレンシィ（コヒーレンス度）を有するエキシマレーザ光であるため、レーザ光ＬＢが照明光学系１５を通過する間にスペックルパターンと呼ばれる干渉ノイズが生じ、これがレチクルＲの照明領域１３（及びウエハＷ上の露光領域１４）内に照度むらの要因となる干渉縞を形成する。以下では、そのスペックルパターンによる照度むらの影響を積分効果によって低減するための振動ミラー４の具体的な制御方法の一例につき説明する。この際に、照明領域１３内に形成される干渉縞はフライアイレンズ５の後側の焦点面内の光源像の配列（又はフライアイレンズ５を構成する多数のレンズエレメントの大きさ若しくは配列ピッチ）に応じたものであり、以下ではＸ方向及びＹ方向の各々に沿って干渉縞が発生しているものとして説明を行う。
【００２６】
図２は、図１の照明光学系１５中の主要部材のみを示し、この図２において、振動ミラー４を回動軸４ａの周りに駆動して、レーザ光ＬＢ（照明光ＩＬ）によってレチクルＲ上の照明領域１３内に形成される干渉縞を走査方向ＳＲ（Ｘ方向）にのみ１次元的に走査する場合を考える。このとき、レンズエレメント３ａ及び３ｂよりなるビームエクスパンダ３から射出されたレーザ光ＬＢは、回動軸４ａを中心として高速に回動される振動ミラー４に反射された後、フィールドレンズ２１により面２３上に集光され、面２３上に等価光源ＰＡが形成される。そして、等価光源ＰＡからのレーザ光ＬＢが、インプットレンズ２２を介してフライアイレンズ５に入射し、フライアイレンズ５の後側焦点面に形成された多数の光源像からのレーザ光ＬＢよりなる照明光ＩＬが、メインコンデンサーレンズ１２を介して重畳的にレチクルＲ上の照明領域１３を照明する。
【００２７】
本例では、振動ミラー４を回動軸４ａを中心として振る（回動する）、即ち振動させることにより、面２３上の等価光源ＰＡに時間平均での所定の大きさを持たせ、照明領域１３での照明光ＩＬのインコヒーレント化を達成する。エキシマレーザ光源１のようなレーザ光源は一般に指向性が高いため、等価光源ＰＡの或る時点での強度分布（光強度分布）は、或る１点でのみ鋭いピークを有するδ関数として扱うことができる。先ず、振動ミラー４が静止しているとき、レチクルＲのパターン形成面にはフライアイレンズ５の多数のレンズエレメント間の干渉により、Ｘ方向にピッチＰの干渉縞が形成される。ここで、λをレーザ光ＬＢの波長（露光波長）、Ｐｓを走査方向（Ｘ方向）のフライアイレンズ５のレンズエレメント間隔、ｆｃを図１の第１リレーレンズ８の焦点距離、αを図１のレチクルブラインド９のレチクルＲのパターン形成面に対する倍率とすると、そのスペックルパターン（干渉縞）のピッチＰは次のようになる。
【００２８】
Ｐ＝（λ・ｆｃ／Ｐｓ）α  …（１）
そのため、振動ミラー４が静止しているときには照明領域１３上に、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すような強度分布（半値全幅ｗ１で間隔ｗ２）のスペックルパターンが形成される。なお、図３（ａ），（ｂ）及び図４（ａ），（ｂ）において、横軸は照明領域１３上のＸ座標（μｍ）、縦軸はスペックルパターンの相対強度を示す。また、図３（ａ）はレーザ光ＬＢの空間的コヒーレンシィが高い場合、図４（ａ）は図３（ａ）の場合に比べて空間的コヒーレンシィが低い場合である。このようなスペックルパターンによる照度分布が照明領域１３の全域に渡って形成される。
【００２９】
このため、振動ミラー４をエキシマレーザ光源１のパルス発光と同期させて、例えばパルス毎に僅かずつその角度を変えて、反射されるレーザ光ＬＢの進行方向を変える。これによりレーザ光ＬＢのフライアイレンズ５への入射角が変わり、結果としてフライアイレンズ５からの出射角が変わるため、スペックルパターンは照明領域１３上をＸ方向に移動して積算露光後に照度分布の均一化が図られる。例えば、振動ミラー４をエキシマレーザ光源１のパルス発光毎に振動させると、照明領域１３上に積算される照明光ＩＬの照度分布（より正確には露光量分布）は、その一部を図３（ａ）及び図４（ａ）と同様に示すとそれぞれ図３（ｂ）及び図４（ｂ）の様になる。このうち図３（ｂ）は積算されるパルス数が３０の場合、図４（ｂ）は積算されるパルス数が５０の場合であり、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すように、より均一な積算後の照度分布が照明領域１３の全域に渡って形成される。このように振動ミラー４を振動させ、所定の最小パルス数以上の照射を行えば積分効果によってスペックルパターンによる照度むらの影響を低減できる。振動ミラー４が静止中のスペックルパターンが図３（ａ）のとき、例えば、図４（ｂ）の照度分布（露光量分布）を得るためには、図３（ｂ）の場合に比べ、より多くのパルス数を照射する必要があるのは明らかである。
【００３０】
同様に、図１のレチクルＲの照明領域１３上にはＹ方向（非走査方向）に沿っても、式（１）と同様のピッチのスペックルパターンによる干渉縞が形成され、その強度分布は、図３（ａ）及び図４（ａ）で横軸をＹ座標とみなしたものとなる。そこで、図１において、振動ミラー４を回動軸４ｂを中心として振動させ、パルス発光毎にスペックルパターンを照明領域１３上でＹ方向に移動させて、照明領域１３の各点でパルス数を３０及び５０としたときの積算露光後の照度分布は、それぞれ図３（ｂ）及び図４（ｂ）で横軸をＹ座標とみなしたものとなる。なお、実際には、図２のＸ方向（走査方向）には、走査露光中にレチクルＲ及びウエハＷが移動するため、振動ミラー４を回動軸４ａを中心として振動させなくとも、レチクルＲ上の各点及びウエハＷ上のショット領域の各点では、Ｘ方向のスペックルパターンの位相が変化して上記の積分効果と同様の効果が得られる。そこで、振動ミラー４は、スペックルパターンの位相を主にＹ方向（非走査方向）で変化させるために、主に回動軸４ｂを中心として振動させるだけでもよい。また、スペックルパターンの位相は、一例として０°〜３６０°の間で等間隔に数サイクル変化させればよい。
【００３１】
次に、照明光ＩＬ（レーザ光ＬＢ）のスペックルパターンによる照度むらの影響を低減するために必要な、レチクルＲ上の各点（及びウエハＷ上のショット領域の各点）に照射される照明光ＩＬの最小パルス数の決定方法につき説明する。
本例では、図１において、ビームスプリッタＭ２を透過したレーザ光ＬＢ１の空間コヒーレンシィをコヒーレンシィ検出装置３０で検出し、この検出結果を露光量制御系１７に供給している。
【００３２】
図５（ａ）は、コヒーレンシィ検出装置３０の構成を示し、この図５（ａ）において、入射するレーザ光ＬＢ１は投影レンズ３１を介して例えばＣＣＤ型の二次元撮像素子を用いた二次元カメラ３２で撮像される。このとき、投影レンズ３１は、二次元カメラ３２の撮像面にレーザ光ＬＢ１の全断面が投影されるための縮小光学系を構成するものである。この場合、二次元カメラ３２の撮像素子はレーザ光ＬＢ１（エキシマレーザ光）の波長に感度を有する必要がある。二次元カメラ３２の撮像信号は画像処理装置３４（解析装置）で処理されて、レーザ光ＬＢ１の断面内の２次元の強度分布が検出され、この検出結果から空間コヒーレンシィ（コヒーレンス情報）が求められる。
【００３３】
なお、紫外域に感度を有する撮像素子は一般に高価であるため、コヒーレンシィ検出装置３０の代わりに、図５（ｂ）に示すように、入射するレーザ光ＬＢ１の光路上に蛍光プレート３３を配置して、紫外光が照射されたことで蛍光プレート３３が発する蛍光（可視光）を安価な可視波長用の撮像素子を用いた二次元カメラ３２’を用いて検出するコヒーレンシィ検出装置３０Ａを使用してもよい。
【００３４】
図５（ａ）の二次元カメラ３２（図５（ｂ）の二次元カメラ３２’でも同様）を介して検出されるレーザ光ＬＢ１の断面内の強度分布（エネルギープロファイル）の等高線の一例を図６（ａ）に示す。一般に、図１の投影露光装置用のエキシマレーザ光源１から射出されるレーザ光ＬＢ0 （ひいてはレーザ光ＬＢ１）の断面内の強度分布には、一定方向に延びた複数の帯状のエネルギーの強い分布が観察され、各帯状の分布がそれぞれ横モードの一つを構成する。即ち、このときのレーザ光ＬＢ１は、この帯状の分布の数が多いほど空間コヒーレンシィが低く、逆に帯状の分布の数が少ないほど空間コヒーレンシィが高いと言える。図５（ａ）の画像処理装置３４は、レーザ光ＬＢ１の強度分布からこの帯状の分布の数を算出し、算出された分布の数、即ち横モードの数をこのときのレーザ光ＬＢ１の空間コヒーレンシィを表す指標として図１の露光量制御系１７に供給する。
【００３５】
また、予め投影露光装置のモデル毎に、例えば計算又は試験的な露光によって、その指標とレーザ光ＬＢのスペックルパターンによるレチクルＲ上（及びウエハＷのショット領域上）の照度むらを低減するために必要な最小パルス数との関係式、又はデータテーブルが求められており、露光量制御系１７の記憶部には、その関係式又はデータテーブルが記憶されている。
【００３６】
実際の露光動作時においては、ウエハＷ上の各ショット領域の露光開始に先立って、図５（ａ）のコヒーレンシィ検出装置３０内の画像処理装置３４は、レーザ光ＬＢ１の１パルス又は数パルスの重畳した強度分布からその空間コヒーレンシィを表す指標としての横モードの数を求めて露光量制御系１７に供給する（コヒーレンス情報計測工程）。これに応じて露光量制御系１７では、前述の関係式又はデータテーブルにその指標を当てはめて露光に必要な最小パルス数Ｎmin を得る（最小パルス数決定工程）。この最小パルス数Ｎmin は図１の主制御系１６に送出される。このとき、レチクルＲ上の照明領域１３の走査方向の幅Ｄ、レチクルＲの走査速度ＶＲ、照明光ＩＬの発振周波数ＦILを用いると、レチクルＲ上の各点（及びウエハＷのショット領域の各点）に照射される照明光ＩＬのパルス数Ｎは、次のようになる。
【００３７】
Ｎ＝（Ｄ／ＶＲ）ＦIL≧Ｎmin   …（２）
主制御系１６は、式（２）が成立するとともに、できるだけパルス数Ｎが最小パルス数Ｎmin に近くなるように、幅Ｄ、速度ＶＲ、及び発振周波数ＦILの少なくとも一つを制御して、ウエハＷ上の次のショット領域に対する走査露光を行う（最小パルス数に基づいた露光工程）。なお、式（２）中の幅Ｄ及び速度ＶＲの代わりにそれぞれウエハＷ上の露光領域１４の走査方向の幅及びウエハステージ２７の走査速度を用いてもよいことは言うまでもない。
【００３８】
また、通常、照明領域１３の幅Ｄは固定されており、エキシマレーザ光源１の安定な発振のためには発振周波数ＦILは所定の上限値近傍に固定して使用する方がよい場合があるため、レチクルＲの走査速度ＶＲ（及びウエハＷの走査速度）を主に制御してもよい。本例のエキシマレーザ光源１の空間コヒーレンシィは変動しているため、式（２）の最小パルス数Ｎmin は、所定の最大値Ｎmin1と最小値Ｎmin2との間で変動する。
【００３９】
そこで、式（２）において、エキシマレーザ光源１の発振状態等によって最小パルス数Ｎmin が小さくなった期間では、走査速度ＶＲを大きくできるため、従来のように最小パルス数Ｎmin がその最大値Ｎmin1付近に固定されている場合に比べて、露光後のウエハＷの各ショット領域での露光量分布を均一にして、スペックルパターンによる照度むらの影響を抑制した上で、全体として露光工程のスループットを向上することができる。また、エキシマレーザ光源１の寿命内で露光できるウエハの枚数が増加するため、エキシマレーザ光源１の使用効率が向上し、この点で半導体デバイスの製造コストを低減できる。
【００４０】
なお、図５（ａ）又は（ｂ）のコヒーレンシィ検出装置３０又は３０Ａ中の二次元カメラ３２又は３２’の代わりに、例えばＣＣＤ型のラインセンサを用いる一次元カメラを用いて、図６（ｂ）に示すように、図６（ａ）のレーザ光ＬＢ１の断面を横切るＡＡ’線に沿う一次元の強度分布（エネルギープロファイル）を計測してもよい。この場合、図６（ｂ）の強度分布の凹凸の数を、図６（ａ）の帯状の分布の数（横モードの数）に代わって空間コヒーレンシィを表す指標とすることができる。この構成では、コヒーレンシィ検出装置３０，３０Ａを安価に製造でき、画像処理も簡素化できる。
【００４１】
なお、本例では、ウエハＷの各ショット領域の露光毎にレーザ光ＬＢの空間コヒーレンシィを計測している。しかしながら、予め空間コヒーレンシィの変動周期が比較的長いことが分かっているような場合には、例えば１ロット毎若しくは数ロット毎、又は他の所定の時間間隔でレーザ光ＬＢの空間コヒーレンシィを計測して最小パルス数を求めるようにしてもよい。
【００４２】
次に、コヒーレンス情報の検出装置の実施形態の他の例につき図７を参照して説明する。
図５（ａ）に対応する部分に同一符号を付した図７（ａ）は、本例のコヒーレンシィ検出装置３０Ｂを示し、図７（ａ）において、入射するレーザ光ＬＢ１は、所定の間隔を隔てて開けられた２つの開口（又はスリットでもよい）を有する平板３５に垂直に照射される。平板３５の２つの開口を透過したレーザ光ＬＢ１による干渉縞が、平板３５の後方におかれてラインセンサ等を備えた一次元カメラ３６で撮像され、一次元カメラ３６の撮像信号が画像処理装置３４に供給される。なお、図５（ｂ）の実施形態と同様に、蛍光プレート３３を用いて干渉縞を可視光として撮像することも可能である。
【００４３】
図７（ｂ）は、図７（ａ）の一次元カメラ３６で得られた干渉縞の強度分布の一例を示し、図７（ｂ）の横軸は一次元カメラ３６の撮像面の座標、縦軸は干渉縞の強度を表す。画像処理装置３４は、この干渉縞の明るい部分の最大強度をImax、暗い部分の最低強度をIminとして、ビジビリティＶを次式から算出し、このビジビリティＶをこのときのレーザ光ＬＢ１の空間コヒーレンシィを表す指標として図１の露光量制御系１７に供給する。
【００４４】
Ｖ＝（Imax−Imin）／（Imax＋Imin）  …（３）
レーザ光ＬＢ１は、ビジビリティＶが大きいほど空間コヒーレンシィが高く、逆にビジビリティＶが小さいほど空間コヒーレンシィが低いと言える。そこで、予め投影露光装置のモデル毎に、計算又は試験的な露光によってこの指標とスペックルパターンによる照度むらを低減するために必要な最小パルス数との関係式、又はデータテーブルを得ておき、これらを露光量制御系１７の記憶部に記憶しておけばよい。実際の露光動作時においては、図５（ａ）の実施形態と同様に、図７（ａ）の画像処理装置３４は、ウエハの各ショット領域の露光開始に先立って（又は別の所定の間隔で）レーザ光ＬＢ１の１パルス又は数パルスの重畳した強度分布のビジビリティＶを算出し、露光量制御系１７では前述の関係式又はデータテーブルから、複数パルスの露光（積分効果）によってスペックルパターンによる照度むらの影響を抑制するために必要な最小パルス数を得ることができる。
【００４５】
次に、コヒーレンス情報の検出装置の実施形態のさらに他の例につき図８を参照して説明する。
図５（ａ）に対応する部分に同一符号を付した図８は、本例のコヒーレンシィ検出装置３０Ｃを示し、図８において、入射するレーザ光ＬＢ１は、図１のオプティカル・インテグレータとしてのフライアイレンズ５と同等に機能するフライアイレンズ３７、及びコンデンサーレンズ３８を経て、紫外域に感度を持つ二次元撮像素子を用いた二次元カメラ３２（又は一次元カメラでもよい）の撮像面を照明する。二次元カメラ３２の撮像信号が画像処理装置３４で処理される。この場合にも、図５（ｂ）の実施形態と同様に、コンデンサーレンズ３８による結像面に蛍光プレートを配置し、二次元カメラ３２の代わりに、可視光用の二次元カメラ又は一次元カメラを設置して、蛍光プレートから発する蛍光を撮像する様にしても良い。
【００４６】
図８の実施形態において、二次元カメラ３２の撮像面では、図１において振動ミラー４が静止している状態で照明領域１３に照明されるスペックルパターンと相似な強度分布（照度むら）が観察される。即ち、例えば二次元カメラ３２の代わりに一次元カメラを用いる場合は、図３（ａ）又は図４（ａ）と相似なスペックルパターンの強度分布が観察される。図３（ａ）及び図４（ａ）に関して説明した様に、このスペックルパターンの強度分布はレーザ光の空間的コヒーレンシィの高低関係を表す。従って、図８の画像処理装置３４は、例えば図３（ａ）の強度分布の半値全幅ｗ１若しくは間隔ｗ２、又はその比率ｗ１／ｗ２をレーザ光ＬＢ１の空間コヒーレンシィの指標Ｄとして算出し、この指標Ｄを図１の露光量制御系１７に供給する。
【００４７】
そして、予め投影露光装置のモデル毎に、計算又は試験的な露光によってこの指標Ｄとスペックルパターンによる照度むらを低減するために必要な最小パルス数との関係式、又はデータテーブルを得ておき、これらを露光量制御系１７の記憶部に記憶しておく。実際の露光動作時においては、図５（ａ）の実施形態と同様に、図８の画像処理装置３４は、ウエハの各ショット領域の露光開始に先立って（又は別の所定の間隔で）、レーザ光ＬＢ１の１パルス又は数パルスの重畳した強度分布の指標Ｄを算出し、露光量制御系１７では前述の関係式又はデータテーブルから露光に必要な最小パルス数を得ることができる。
【００４８】
なお、図１の実施形態において、コヒーレンシィ検出装置３０はビームスプリッタＭ２の後方に設置したが、コヒーレンシィ検出装置３０は、エキシマレーザ光源１からフライアイレンズ５までの間で、レーザ光ＬＢ0 から光束を分岐できる位置であればどこに設置してもよい。又は、エキシマレーザ光源１の内部にコヒーレンシィ検出装置３０を配置しても構わない。
【００４９】
更に、例えば特開平０５−２７５３１７号公報に開示されている、レーザ光の発散角の変化を検出するセンサの代わりに、図１のコヒーレンシィ検出装置３０を用いてもよい。この場合には、コヒーレンシィ検出装置３０の検出結果に応じて、エキシマレーザ光源１内の光学素子のうち、レーザ光のコヒーレンスを変化させる素子の位置を調整し、レーザ光自身のコヒーレンシィを抑制するようにする（コヒーレンシィ制御工程）。これによって、スペックルパターンによる照度むら自体が少なくなるため、積分効果によって均一な露光量分布を得るためにより少ないパルス数での露光が可能になり、露光工程のスループットをより高めることができる。
【００５０】
なお、上記の実施形態では、エキシマレーザ光源１から射出されるレーザ光のコヒーレンス情報として空間コヒーレンシィを表す情報を検出しているが、その代わりにレーザ光の時間的コヒーレンシィを表す情報を検出してもよい。
また、半導体デバイス等のマイクロデバイスは、マイクロデバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたマスク（レチクル）を製作するステップ、デバイスの基材である基板を製造するステップ、前述した実施形態の露光装置によりマスクのパターンを基板に露光する工程、露光した基板を現像する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程を含む）、並びに検査ステップ等を経て製造される。
【００５１】
なお、上述の実施形態においては、転写用のパターンが形成されたレチクル（マスク）を用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６，７７８，２５７号明細書に開示されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターンまたは反射パターンを形成する電子マスクを用いてもよい。この電子マスクは、可変成形マスクとも呼ばれ、例えば非発光型画像表示素子（空間光変調器）の一種であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）などを含むものである。
【００５２】
また、本発明は、レチクルとウエハとを同期移動してレチクルのパターンを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニング・ステッパ）の他に、レチクルとウエハとを静止した状態でレチクルのパターンを一括露光し、ウエハを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）で露光を行う場合にも適用することができる。また、本発明は、例えば国際公開第９９／４９５０４号パンフレット、国際公開第２００４／０１９１２８号パンフレット等に開示されている液浸型露光装置で露光を行う場合にも適用することができる。
【００５３】
さらに、本発明は、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応する米国特許第６，６１１，３１６号明細書）に開示されているように、２つのマスクのパターンを、投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置にも適用することができる。
また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置に限らず、液晶表示素子やプラズマディスプレイなどを含むディスプレイの製造に用いられる、デバイスパターンをガラスプレート上に転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられるデバイスパターンをセラミックスウエハ上に転写する露光装置、並びに撮像素子（ＣＣＤなど）、有機ＥＬ、マイクロマシーン、ＭＥＭＳ(Microelectromechanical Systems)、及びＤＮＡチップなどの製造に用いられる露光装置などにも適用することができる。また、半導体素子などのマイクロデバイスだけでなく、光露光装置及びＥＵＶ露光装置などで使用されるマスクを製造するために、ガラス基板又はシリコンウエハなどに回路パターンを転写する露光装置にも本発明を適用できる。
【００５４】
なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、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。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、パルス発光される露光光のコヒーレンス情報の計測結果に応じて露光光の最小パルス数を更新することによって、露光光のコヒーレンスに起因する照度むらの影響を抑制するために必要以上のパルス数で露光を行うことがなくなるため、露光工程のスループットを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた斜視図である。
【図２】図１の振動ミラー４の制御の説明に供するために、図２の照明光学系を簡略化して示す図である。
【図３】（ａ）はスペックルパターンによる干渉縞の強度分布の一例を示す図、（ｂ）は複数パルスの位相を変えた露光によって図３（ａ）の強度分布が均一化された照度分布（露光量分布）の一例を示す図である。
【図４】（ａ）はスペックルパターンによる干渉縞の強度分布の他の例を示す図、（ｂ）は複数パルスの位相を変えた露光によって図４（ａ）の強度分布が均一化された照度分布（露光量分布）の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は図１のコヒーレンシィ検出装置３０の構成を示す図、（ｂ）は図５（ａ）の変形例を示す図である。
【図６】（ａ）は図５（ａ）の二次元カメラ３２で観察されるレーザ光の強度分布の一例を示す図、（ｂ）は図６（ａ）のＡＡ’線に沿う強度分布を示す図である。
【図７】（ａ）は本発明の実施形態の他の例のコヒーレンシィ検出装置を示す図、（ｂ）は図７（ａ）で検出される干渉縞の強度分布の一例を示す図である。
【図８】本発明の実施形態のさらに他の例のコヒーレンシィ検出装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、１…エキシマレーザ光源、２…ビーム整形光学系、３…ビームエクスパンダ、４…振動ミラー、５，３７…フライアイレンズ、１３…照明領域、１５…照明光学系、１６…主制御系、１７…露光量制御系、３０…コヒーレンシィ検出装置、３２…二次元カメラ、３３…蛍光プレート、３４…画像処理装置
【図１】
2008085266.tif 000003
【図２】
2008085266.tif 000004
【図３】
2008085266.tif 000005
【図４】
2008085266.tif 000006
【図５】
2008085266.tif 000007
【図６】
2008085266.tif 000008
【図７】
2008085266.tif 000009
【図８】
2008085266.tif 000010