(57)【要約】【課題】レーザ光の特性を制御することで、パターン像の結像性能を制御する。【解決手段】主制御装置５０により、パターン像の結像性能に直接反映される波長幅を指標値として、レーザ装置１６（レーザ共振器１６ａ）から射出されるレーザビームＬＢの特性が制御され、そのレーザビームを用いて走査露光が行われ、レチクルＲのパターンの像が生成される。これにより、結像状態が調整されたパターン像が生成される。そして、このパターン像でウエハＷが露光されることで、ウエハＷ上にパターンが精度良く形成される。【選択図】図１
2008166612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を射出するレーザ装置であって、
前記レーザ光を発生する光源と；
前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する制御装置と；を備えるレーザ装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記強度分布の積分値が前記全積分値の９０．７％から９２．８％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を前記指標値として、前記レーザ光の特性を制御する請求項１に記載のレーザ装置。
【請求項３】
物体上にパターンを形成する露光装置であって、
請求項１又は２に記載のレーザ装置と；
前記レーザ装置から射出されるレーザ光を用いて、前記物体上にパターン像を生成するパターン像生成装置と；を備える露光装置。
【請求項４】
パターン像で物体を露光する露光装置であって、
レーザ光を射出するレーザ光源と；
前記レーザ光源から射出されるレーザ光を用いて、前記パターン像を生成するパターン像生成装置と；
前記パターン像の結像性能に直接反映される波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する制御装置と；を備える露光装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を、前記指標値として、前記レーザ光の特性を制御する請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記強度分布の積分値が前記全積分値の９０．７％から９２．８％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を、前記指標値として、前記レーザ光の特性を制御する請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記強度分布の積分値が前記全積分値の９１．５％になる波長幅を、前記指標値として、前記レーザ光の特性を制御する請求項６に記載の露光装置。
【請求項８】
パターン像で物体を露光する露光装置であって、
レーザ光を射出するレーザ光源と；
前記レーザ光源から射出されるレーザ光を用いて、前記パターン像を生成するパターン像生成装置と；
前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値に対する、設定されたパターン像生成条件に応じた割合となる波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する制御装置と；を備える露光装置。
【請求項９】
複数のパターン像生成条件について、生成条件毎の前記全積分値に対する最適な割合の波長幅が記憶された記憶装置をさらに備え、
前記制御装置は、前記記憶装置に記憶された複数の波長幅の中から、設定されたパターン像生成条件に最適な波長幅を選択し、その選択された波長幅を前記指標値として、前記レーザ光の特性を制御する請求項８に記載の露光装置。
【請求項１０】
レーザ光源から射出されるレーザ光の特性を制御する制御方法であって、
前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する工程を含む制御方法。
【請求項１１】
前記制御する工程では、前記強度分布の積分値が前記全積分値の９０．７％から９２．８％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を前記指標値として、前記レーザ光の特性が制御される請求項１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
物体上にパターンを形成する露光方法であって、
請求項１０又は１１に記載の制御方法によりレーザ光源から射出されるレーザ光の特性を制御する工程と；
特性が制御された前記レーザ光を用いて前記物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する工程と；を含む露光方法。
【請求項１３】
パターン像で物体を露光する露光方法であって、
パターン像の結像性能に直接反映される波長幅を指標値として、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性を制御する工程と；
特性が制御された前記レーザ光を用いて、パターン像を生成する工程と；を含む露光方法。
【請求項１４】
前記制御する工程では、前記指標値として、前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅が用いられる請求項１３に記載の露光方法。
【請求項１５】
前記制御する工程では、前記指標値として、前記強度分布の積分値が前記全積分値の９０．７％から９２．８％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅が用いられる請求項１４に記載の露光方法。
【請求項１６】
前記制御する工程では、前記指標値として、前記強度分布の積分値が前記全積分値の９１．５％になる波長幅が用いられる請求項１５に記載の露光方法。
【請求項１７】
パターン像で物体を露光する露光方法であって、
レーザ光源から射出されるレーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値に対する、設定されたパターン像生成条件に応じた割合となる波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する工程と；
特性が制御された前記レーザ光を用いて、パターン像を生成する工程と；を含む露光方法。
【請求項１８】
前記制御する工程では、複数の波長幅の中から選択された、設定されたパターン像生成条件に最適な波長幅が、前記指標値として用いられる請求項１７に記載の露光方法。
【請求項１９】
請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の露光方法により物体を露光するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ装置、露光装置、並びに制御方法、露光方法及びデバイス製造方法に係り、更に詳しくはレーザ光の特性を制御可能なレーザ装置、レーザ装置を露光光源とする露光装置、並びにレーザ光の特性を制御する制御方法、特性が制御されたレーザ光を用いる露光方法及び該露光方法を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ステッパやスキャニング・ステッパ（スキャナとも呼ばれる）などの逐次移動型露光装置では、光源として放電励起型のスペクトル狭帯域化パルス発振エキシマレーザが用いられている。このエキシマレーザから発振されたパルスビームが、露光装置本体の照明光学系を通り、ウエハステージ上に載置されたウエハ表面に塗布された感光剤に照射され、感光剤が感光され、ウエハが露光される。
【０００３】
レーザ光のスペクトル幅については露光装置の光学系設計、特に色収差許容量から狭帯域化が要求される。この狭帯域化品位について、従来、スペクトル幅に特定の上限値を設けることが一般的に行われ、露光装置の光源に用いられるレーザとしては、種々の要因による変動を含めて上記の特定の上限値以下にスペクトル幅を維持することが求められていた。所望されるスペクトル幅への狭帯域化は、グレーティング、エタロン（Fabry-Perot etalon）などの光学素子により達成される。
【０００４】
逐次移動型露光装置は、半導体素子などの高集積化に対応した結像対象のパターンの更なる微細化に伴い、投影光学系（投影レンズ）の開口数の増大化（高ＮＡ化）が進み、その結果レーザスペクトルの狭帯域化も極限まで進行しているのが現状である。
【０００５】
ところで、従来、レーザ光の特性を制御するための波長幅に関する指標値として、半値全幅（Full Width Half Maximum:ＦＷＨＭ）と、スペクトル幅Ｅ９５％（エネルギ純度幅Ｅ９５とも呼ばれる）とが用いられていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
ここで、ＦＷＨＭとは、レーザ光のスペクトルの強度分布曲線と、ピーク強度の半分の強度に相当にするスライスレベルとの両交点の波長幅である。また、スペクトル幅Ｅ９５％とは、レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値がスペクトル強度分布の全積分値（全エネルギ）の９５％となる波長幅である。
【０００７】
しかるに、このように２つの指標値を用いてレーザ光の特性を制御することは大変面倒であった。また、上記のＦＷＨＭ及びスペクトル幅Ｅ９５の％のいずれも、パターン像の結像性能に直接的に反映されるものではなかった。
【０００８】
一方、今日では、結像対象（解像対象）のパターンの微細化の進行に伴うデバイスルールの徹細化により、レーザ光のスペクトル変動に対する結像のセンシティビティも無視できないレベルになってきている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者は、上述の事情の下、種々のシミュレーション（この一部について後述する）を行った結果、ラインアンドスペースパターンや、孤立ラインパターンなどの多くのパターンを露光対象のパターンとする場合には、照明条件などによらず、レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値がスペクトル強度分布の全積分値（全エネルギ）に対して所定の割合となる波長幅範囲内の波長幅を指標値としてレーザ光の特性を制御すれば、パターン像の結像性能を制御できることを見出した。
【００１０】
本発明は、発明者が得た上述のような新規知見に基づいてなされたもので、第１の観点からすると、レーザ光を射出するレーザ装置であって、前記レーザ光を発生する光源と；前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する制御装置と；を備えるレーザ装置である。
【００１１】
後述するように、発明者の行ったシミュレーションの結果、レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の波長幅が、パターンの結像性能に直接反映されることが確認された。従って、本発明のレーザ装置を、例えば露光装置などの物体上にパターンを形成するパターン形成装置の光源として用いることで、パターン像の結像状態を調整することが可能になる。
【００１２】
本発明は、第２の観点からすると、物体上にパターンを形成する露光装置であって、本発明のレーザ装置と；該レーザ装置から射出されるレーザ光を用いて、前記物体上にパターン像を生成するパターン像生成装置と；を備える第１の露光装置である。
【００１３】
これによれば、パターン像生成装置は、本発明のレーザ装置から射出されるレーザ光を用いて、物体上にパターン像を生成するので、そのパターン像の物体上での結像性能の調整が可能になり、結果的に物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
【００１４】
本発明は、第３の観点からすると、パターン像で物体を露光する露光装置であって、レーザ光を射出するレーザ光源と；前記レーザ光源から射出されるレーザ光を用いて、前記パターン像を生成するパターン像生成装置と；前記パターン像の結像性能に直接反映される波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する制御装置と；を備える第２の露光装置である。
【００１５】
これによれば、制御装置により、パターン像の結像性能に直接反映される波長幅を指標値として、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性が制御され、そのレーザ光を用いてパターン像生成装置によってパターン像が生成される。これにより、結像状態が調整されたパターン像が生成される。そして、このパターン像で物体が露光されることで、物体上にパターンが精度良く形成される。
【００１６】
本発明は、第４の観点からすると、パターン像で物体を露光する露光装置であって、レーザ光を射出するレーザ光源と；前記レーザ光源から射出されるレーザ光を用いて、前記パターン像を生成するパターン像生成装置と；前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値に対する、設定されたパターン像生成条件に応じた割合となる波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する制御装置と；を備える第３の露光装置である。
【００１７】
これによれば、制御装置により、レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値がスペクトル強度分布の全積分値に対する、設定されたパターン像生成条件に応じた割合となる波長幅を指標値として、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性が制御される。これにより、パターン像生成条件に応じてレーザ光の特性が制御されることとなる。そして、パターン像生成装置により、その特性が制御されたレーザ光を用いてパターン像が生成され、該パターン像で物体が露光される。従って、パターン像生成条件に応じたレーザ光の特性制御、ひいては物体上での高精度なパターンの形成が可能となる。
【００１８】
本発明は、第５の観点からすると、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性を制御する制御方法であって、前記レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の予め定められた波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する工程を含む制御方法である。
【００１９】
前述の如く、発明者の行ったシミュレーションにより、レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値の８９．６％から９４．３％となる波長幅範囲内の波長幅が、パターンの結像性能に直接反映されることが確認された。従って、本発明の制御方法を、例えば露光装置などの物体上にパターンを形成するパターン形成装置の光源であるレーザ光源から射出されるレーザ光の制御に用いることで、そのパターン像の結像状態を調整することが可能になる。
【００２０】
本発明は、第６の観点からすると、物体上にパターンを形成する露光方法であって、本発明の制御方法によりレーザ光源から射出されるレーザ光の特性を制御する工程と；特性が制御された前記レーザ光を用いて前記物体を露光し、前記物体上にパターンを形成する工程と；を含む第１の露光方法である。
【００２１】
これによれば、本発明の制御方法により特性が制御された、レーザ光源から射出されるレーザ光を用いて物体が露光され、物体上にパターン像が形成される。このため、そのパターン像の物体上での結像性能の調整が可能になり、結果的に物体上にパターンを精度良く形成することが可能になる。
【００２２】
本発明は、第７の観点からすると、パターン像で物体を露光する露光方法であって、パターン像の結像性能に直接反映される波長幅を指標値として、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性を制御する工程と；特性が制御された前記レーザ光を用いて、パターン像を生成する工程と；を含む第２の露光方法である。
【００２３】
これによれば、パターン像の結像性能に直接反映される波長幅を指標値として、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性が制御され、そのレーザ光を用いて、パターン像が生成される。これにより、結像状態が調整されたパターン像が生成される。そして、このパターン像で物体が露光されることで、物体上にパターンが精度良く形成される。
【００２４】
本発明は、第８の観点からすると、パターン像で物体を露光する露光方法であって、レーザ光源から射出されるレーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値が前記スペクトル強度分布の全積分値に対する、設定されたパターン像生成条件に応じた割合となる波長幅を指標値として、前記レーザ光の特性を制御する工程と；特性が制御された前記レーザ光を用いて、パターン像を生成する工程と；を含む第３の露光方法である。
【００２５】
これによれば、レーザ光のスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅内の強度分布の積分値がスペクトル強度分布の全積分値に対する、設定されたパターン像生成条件に応じた割合となる波長幅を指標値として、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性が制御される。これにより、パターン像生成条件に応じてレーザ光の特性が制御されることとなる。そして、その特性が制御されたレーザ光を用いてパターン像が生成され、該パターン像で物体が露光される。従って、パターン像生成条件に応じたレーザ光の特性制御、ひいては物体上での高精度なパターンの形成が可能となる。
【００２６】
本発明は、第９の観点からすると、本発明の第１ないし第３の露光方法のいずれかにより物体を露光するリソグラフィ工程を含むデバイス製造方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
【００２８】
図１には、一実施形態に係る露光装置１０の構成が概略的に示されている。この露光装置１０は、露光用光源にレーザ装置を用いたステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置、すなわちいわゆるスキャナである。
【００２９】
この露光装置１０は、レーザ装置１６及び照明光学系１２を含む照明系、この照明系により照明されるレチクルＲを保持して所定の走査方向（ここでは図１における紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＬを含む投影ユニットＰＵ、ウエハＷを保持して水平面（ＸＹ平面）内を移動するウエハステージＷＳＴ及び液浸装置、並びにこれらを制御する制御系等を備えている。
【００３０】
前記レーザ装置１６としては、一例として、ＡｒＦエキシマレーザ（発振波長１９３ｎｍ）が用いられているものとする。なお、レーザ装置１６として、ＡｒＦエキシマレーザに代えて、ＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８．３８５ｎｍ）、Ｆ2レーザ（発振波長１５７ｎｍ）は勿論、金属蒸気レーザやＹＡＧレーザ、あるいは半導体レーザの高調波発生装置等のパルス光源を使用することも可能である。
【００３１】
レーザ装置１６は、図１に示されるように、レーザ共振器１６ａ、該レーザ共振器１６ａから射出されるレーザビームＬＢの光路上に配置された透過率が例えば９７％程度のビームスプリッタ１６ｂ、該ビームスプリッタ１６ｂの反射光路上に配置されたビームモニタ機構１６ｃ、該ビームモニタ機構１６ｃからの出力信号が入力されるレーザ制御装置１６ｅ、及び該レーザ制御装置１６ｅによって電源電圧などが制御されるレーザ電源部１６ｄ等を備えている。この図１に示されるように、レーザ装置１６の前記構成各部（１６ａ〜１６ｅなど）は、ハウジング１７内に収納されている。レーザ共振器１６ａから射出され、ビームスプリッタ１６ｂを透過したレーザビームＬＢがハウジング１７の光透過部及び不図示の送光光学系を介して照明光学系１２に入射する。
【００３２】
なお、レーザ制御装置１６ｅ及びレーザ電源部１６ｄのいずれか、あるいは両方を、ハウジング１７の外部に配置することは可能である。
【００３３】
レーザ共振器１６ａは、放電電極を含むエキシマレーザチューブ（レーザチャンバ）６４、該エキシマレーザチューブ６４の背面側（図１における紙面内左側）に配置された全反射ミラー（リアミラー）６６、エキシマレーザチューブ６４の前面側（図１における紙面内右側）に配置された低反射率ミラー（フロントミラー）６８、並びにエキシマレーザチューブ６４とフロントミラー６８との間に配置された狭帯域化モジュール７０等を含む。この場合、リアミラー６６とフロントミラー６８とによって、共振器が構成され、コヒーレンシを少し高めるようにされている。
【００３４】
狭帯域化モジュール７０は、一例としてエキシマレーザチューブ６４とフロントミラー６８との間のレーザビームＬＢの光路上に順次配置される固定のファブリ・ぺロー・エタロン（Fabry-Perot etalon）（以下、「エタロン」と略称する）と可変傾角のエタロンとを含む。エタロンは、２枚の石英板を所定の空隙（エアーギャップ）を空けて平行に対向させたもので、一種のバンドパスフィルタとして働く。固定のエタロンは粗調用で、可変傾角のエタロンは微調用である。これらのエタロンは、レーザ共振器１６ａから射出されるレーザビームＬＢのスペクトル幅を、ここでは自然発振スペクトル幅の約１／１００〜１／３００程度に狭めて出力する。また、可変傾角のエタロンの傾角を調整することにより、レーザ共振器１６ａから射出されるレーザビームＬＢの波長（中心波長）を所定範囲でシフトできる。
【００３５】
この他、例えば上記の粗調用のエタロンを取り去り、リアミラー６６の代りに波長選択素子としての反射型の回折格子（グレーティング）を傾斜可能に設けることにより、レーザ共振器を構成しても良い。この場合、グレーティングとフロントミラー６８とによって共振器が構成される。また、グレーティングと微調用のエタロンとによって前述と同様の機能の狭帯域化モジュールが構成される。この場合、グレーティングは波長設定時の粗調に用いられ、エタロンは微調に用いられる。レーザ装置１６には、可変傾角のエタロン（又はグレーティング及び可変傾角のエタロン、あるいはグレーティングやプリズム）等の分光素子を駆動するための駆動機構１９が設けられている。駆動機構１９によって、エタロン及びグレーティングのうちいずれかの傾斜角を変更すれば、レーザ共振器１６ａから射出されるレーザビームＬＢの波長（発振波長）を所定範囲で変化させることができる。なお、狭帯域化モジュールを、例えばプリズムと回折格子（グレーティング）とを組み合わせたものによって構成することも可能である。
【００３６】
エキシマレーザチューブ６４内には、所定の混合比のレーザガス（これは媒体ガスであるアルゴンＡｒ、フッ素Ｆ2及びバッファガスであるヘリウムＨｅから成る）が充填されている。このエキシマレーザチューブ６４には、不図示の排気バルブを介して例えばフレキシブルな排気管が接続されている。この排気管には、フッ素を卜ラップする除害用フィルタや排気用ポンプなどが設けられている。これは、フッ素の毒性を考慮し、除外用フィルタにより排気ガスを無害化した後排気用ポンプにより装置の外部ヘ排出することにしたものである。
【００３７】
また、エキシマレーザチューブ６４には、不図示の給気バルブを介してフレキシブルなガス供給管の一端が接続され、このガス供給管の他端はＡｒ、Ｆ2、Ｈｅなどのガスボンベ（図示省略）に接続されている。上記各バルブは、主制御装置５０によって開閉制御される。主制御装置５０は、例えばガス交換の際等に、エキシマレーザチューブ６４内のレーザガスが所定の混合比及び圧力になるように調整する。また、エキシマレーザチューブ６４内部では、レーザの発振時には、不図示のファンによって常時レーザガスが循環されている。
【００３８】
前記ビームモニタ機構１６ｃは、不図示ではあるが、その内部にエネルギモニタとビームモニタ（スペクトルモニタ）とを含む。エネルギモニタは、例えばビームスプリッタ１６ｂの反射光路上に配置された不図示のハーフミラーの反射光路上に配置されている。このエネルギモニタとしては、例えば高い応答周波数を有するＰＩＮ型フォトダイオードなどの受光素子が用いられる。このエネルギモニタからの光電変換信号（光量信号）はレーザ制御装置１６ｅに出力される。
【００３９】
ビームモニタとしては、例えばビームスプリッタ１６ｂの反射光路上に順次配置された集光レンズ、コリメータレンズ、エタロン、テレメータレンズ及びラインセンサ等を含むファブリ・ペロー干渉計が用いられている。この場合、エタロンにレーザビームＬＢが入射すると、部分反射面での回折光（ホイヘンスの原理による二次波）はエアーギャップ間で反射と透過を繰り返す。この時、次式（１）を満たす入射角θの方向の光のみがエタロンを透過して強め合い、これにより、テレメータレンズの焦点面に干渉縞（フリンジパターン）が形成され、該フリンジパターンがラインセンサによって検出される。
【００４０】
２・ｎ・ｄ・ｃｏｓθ＝ｍλ                    ……（１）
【００４１】
ここで、ｄはエアーギャップであり、ｎはエアーギャップの屈折率、ｍは次数を示す整数である。式（１）より、ｎ、ｄ、ｍが一定とすれば、波長λの違いによって焦点面に形成されるフリンジパターンが異なることがわかる。ラインセンサで検出される光強度の分布は、焦点面におけるラインセンサ長手方向に関して所定間隔で干渉縞に対応する山の形のレーザビームＬＢのスペクトルの強度分布波形となる。
【００４２】
図２には、このスペクトル強度分布波形の一例が示されている。この図２において、横軸は波長、縦軸は光強度である。また、レーザビームＬＢのスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルＳＬとの両交点Ｂ,Ｃ間の波長幅ＷＤ内の強度分布の積分値（すなわち、斜線部の面積）が、スペクトル強度分布の全積分値（すなわち、スペクトル強度分布曲線と横軸とで囲まれる全面積：全エネルギ値に対応）のｘ％になるときの波長幅ＷＤを、スペクトル幅Ｅｘ％と呼ぶ。本実施形態では、スペクトル幅Ｅ８９．６％〜スペクトル幅Ｅ９４．３％となる波長幅範囲の波長幅のうち、予め定められた値、例えばスペクトル幅Ｅ９１．５％が、レーザビームＬＢの特性を制御するための波長幅に関する指令値として用いられる。この理由は、発明者の行ったシミュレーションの結果、スペクトル幅Ｅ８９．６％〜Ｅ９４．３％の波長幅範囲内の波長幅が、パターンの結像性能に直接反映されることが確認されたためである。なお、この点については、シミュレーションの結果とともに、後に詳述する。
【００４３】
また、各光強度分布の山のピークに対応するラインセンサ長手方向の位置は、中心波長に応じて定まる。すなわち、前述のフリンジパターンは、入射光の中心波長、波長幅（スペク卜ル幅）に対応したものとなっており、ビームモニタ機構１６ｃ内部のビームモニタからこのフリンジパターンの撮像信号がレーザ制御装置１６ｅに出力される。
【００４４】
前記レーザ電源部１６ｄは、高圧電源と、この高圧電源を用いてエキシマレーザチューブ６４内部の不図示の放電電極を所定のタイミングで放電させるパルス圧縮回路（スイッチング回路）等を含む。
【００４５】
前記レーザ制御装置１６ｅは、前述のフリンジパターンの撮像信号及びエネルギモニタの出力信号に所定の信号処理を施す画像処理回路（ＡＤコンバータやピークホールド回路などを含む）及び所定の演算を行うマイクロコンピュータなどを含む。レーザ制御装置１６ｅは、フリンジパターンの撮像信号に所定の信号処理を施すことにより、ビームモニタ機構１６ｃに対する入射光（レーザビーム）ＬＢの特性に関する情報、例えば中心波長（又は重心波長）λ、スペクトル幅（波長幅）などの情報を得る。
【００４６】
また、レーザ制御装置１６ｅは、上記のスペクトル幅とスペクトル幅の基準値、例えば初期のスペクトル幅との差に基づいてスペクトル幅の変動量を演算する。また、レーザ制御装置１６ｅは、通常の露光時には、前記エネルギモニタの出力に基づいて検出したエネルギパワーに基づいて、レーザ共振器１６ａから出力されるレーザビームＬＢの１パルスあたりのエネルギが、主制御装置５０からの制御情報により与えられる１パルスあたりのエネルギの目標値に対応した値となるように、レーザ電源部１６ｄ内部の高圧電源での電源電圧をフィードバック制御する。さらに、レーザ制御装置１６ｅは、主制御装置５０からの制御情報に基づきレーザ電源部１６ｄ内部のパルス圧縮回路に対するトリガ信号の印加タイミングあるいは印加間隔を制御することにより、ウエハＷ上のショット領域に対する露光中のパルス数あるいはパルス発振の繰り返し周波数（発振周波数）をも制御する。
【００４７】
この他、レーザ装置１６のハウジング１７内におけるビームスプリッタ１６ｂの照明光学系側には、主制御装置５０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１６ｆも配置されている。
【００４８】
前記照明光学系１２は、ビーム整形光学系１８、成形光学系２０、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ、内面反射型インテグレータ、又は回折光学素子などであり、図１ではフライアイレンズを用いているので、以下では「フライアイレンズ」とも呼ぶ）２２、照明系開口絞り板２４、ビームスプリッタ２６、第１リレーレンズ２８Ａ、第２リレーレンズ２８Ｂ、固定レチクルブラインド３０Ａ、可動レチクルブラインド３０Ｂ、光路折り曲げ用のミラーＭ及びコンデンサレンズ３２等を備えている。
【００４９】
成形光学系２０は、レーザ装置１６からのレーザビームＬＢを整形するビーム整形光学系１８の後方に配置されている。この成形光学系２０は、例えば特開２００６−３４５００５号公報（対応する米国特許出願公開第２００６／０１７０９０１号明細書）などに開示されるように、例えばズーム光学系、可動のアキシコン（円錐プリズム）、及び交換可能な回折光学素子を含む。
【００５０】
成形光学系２０に続くレーザビームＬＢの光路上にフライアイレンズ２２を介して照明系開口絞り板２４が配置されている。この照明系開口絞り板２４には、等角度間隔で、例えば通常照明用の円形開口を有する開口絞り、小さな円形開口を有しコヒーレンスファクタ（σ値）が小さい小σ用の開口絞り、輪帯照明用の輪帯状の開口絞り、及び変形光源法用に複数の開口を偏心させて配置して成る変形開口絞り（図１ではこのうちの２種類の開口絞りのみが図示されている）等が配置されている。照明系開口絞り板２４は、フライアイレンズ２２の射出面近傍、すなわち本実施形態では照明光学系の瞳面とほぼ一致する面に配置されている。
【００５１】
照明系開口絞り板２４は、主制御装置５０により制御されるモータ等の駆動装置４０により回転され、いずれかの開口絞りが照明光ＩＬの光路上に選択的に設定され、かつ前述の成形光学系２０内部のズーム光学系、可動のアキシコン（円錐プリズム）、及び交換可能な回折光学素子が設定される。これにより、フライアイレンズ２２によって照明光学系１２の瞳面に形成される多数の点光源から成る面光源、すなわち２次光源の形状及び／又は大きさが自在に変更される。なお、本実施形態においては、成形光学系２０と照明系開口絞り板２４とを組み合わせて、照明光学系１２の瞳面上での照明光ＩＬの強度分布、すなわち照明条件を変更しているが、照明系開口絞り板２４は必ずしも設けなくても良い。また、照明系開口絞り板２４が備える各種開口絞りとして開口形状（大きさを含む）が可変の開口絞りを用いる場合には、成形光学系２０は必ずしも設けなくても良い。
【００５２】
照明系開口絞り板２４から射出されるレーザビームＬＢ、すなわち照明光ＩＬの光路上に、透過率の大きなビームスプリッタ２６が配置され、これに続く照明光ＩＬの光路上に、固定レチクルブラインド３０Ａ及び可動レチクルブラインド３０Ｂを介在させて第１リレーレンズ２８Ａ及び第２リレーレンズ２８Ｂを含むリレー光学系が配置されている。
【００５３】
固定レチクルブラインド３０Ａは、レチクルＲのパターン面に対する共役面から僅かにデフォーカスした面に配置され、レチクルＲ上の照明領域ＩＡＲを規定する矩形開口が形成されている。また、この固定レチクルブラインド３０Ａの近傍に可変の開口部を有する可動レチクルブラインド３０Ｂが配置され、走査露光の開始時及び終了時にその可動レチクルブラインド３０Ｂを介して照明領域ＩＡＲを更に制限することによって、不要な露光が防止される。
【００５４】
第２リレーレンズ２８Ｂから射出された照明光ＩＬは、光路折り曲げミラーＭ及びコンデンサレンズ３２を介してレチクルＲを照明する。一方、ビームスプリッタ２６で反射された照明光ＩＬは、集光レンズ４４を介して光電検出器より成るインテグレータセンサ４６で受光され、インテグレータセンサ４６の光電変換信号が、不図示のホールド回路及びＡ／Ｄ変換器などを介して出力ＤＳ（digit/pulse）として主制御装置５０に供給される。
【００５５】
前記レチクルステージＲＳＴ上には、レチクルＲが不図示のバキュームチャック等を使って吸着保持されている。レチクルステージＲＳＴは、例えばリニアモータ方式のレチクルステージ駆動系４８によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能であるとともに、走査方向（ここでは図１の紙面内左右方向であるＹ軸方向とする）に所定ストローク範囲で走査される。レチクルステージＲＳＴの位置は、レチクルステージＲＳＴの鏡面加工された側面（反射面）を使ってレチクルレーザ干渉計５４Ｒによって計測され、このレチクルレーザ干渉計５４Ｒの計測値が主制御装置５０に供給される。
【００５６】
前記投影ユニットＰＵは、図１に示されるように、レチクルステージＲＳＴの下方に配置されている。投影ユニットＰＵは、鏡筒１４０と、該鏡筒１４０内に所定の位置関係で保持された複数の光学素子を有する投影光学系ＰＬとを含む。本実施形態では、前記投影光学系ＰＬとしては、反射屈折系（カタディ・オプトリック系）が用いられている。
【００５７】
本実施形態の露光装置１０では、液浸法を適用した露光が行われるため、開口数（ＮＡ）が実質的に増大することに伴いレチクル側の開口が大きくなる。このため、レンズのみで構成する屈折光学系においては、ペッツヴァルの条件を満足することが困難となり、投影光学系が大型化する傾向にある。かかる投影光学系の大型化を避けるために、投影光学系ＰＬとして反射屈折系を採用したものである。
【００５８】
露光装置１０では、投影光学系ＰＬと後述する液体Ｌｑとで、実質的な投影光学系が構成され、その投影光学系の開口数（ＮＡ）は１．３０で、投影倍率はβ倍（βは例えば１／４、１／５又は１／８）となっている。従って、照明光ＩＬによって、レチクルＲが照明されると、照明領域ＩＡＲ内のレチクルＲのパターンの縮小像が投影光学系によってウエハＷ上の投影領域（すなわち、照明領域ＩＡＲに共役な露光領域）ＩＡに投影される。
【００５９】
本実施形態では、投影光学系ＰＬの複数のレンズのうちの少なくとも１つは、主制御装置５０からの指令に基づいて、結像特性補正コントローラ（不図示）によって駆動され、投影光学系ＰＬを含む光学系の光学特性（結像特性を含む）、例えば倍率、ディストーション、コマ収差、及び像面湾曲（像面傾斜を含む）などを調整できるようになっている。
【００６０】
図１に示されるように、前記ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＬの下方で不図示のベースの上方に配置され、リニアモータ等を含むウエハステージ駆動系５６によって、ＸＹ面内（θｚ回転を含む）で自在に移動される。また、ウエハステージＷＳＴは、ウエハステージ駆動系５６の一部であるアクチュエータによって、Ｚ軸方向、及びＸＹ面に対する傾斜方向（Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向））へ微小移動される。なお、ウエハステージ駆動系５６はＺ軸方向及びＸＹ平面に対する傾斜方向に加えて、ウエハステージＷＳＴをＸＹ面内で微小移動させるアクチュエータを備えていても良い。ウエハステージＷＳＴ上に、ウエハＷが、ウエハホルダ（不図示）を介して真空吸着等により保持されている。
【００６１】
ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内での位置、及び回転（ヨーイング（Ｚ軸回りの回転であるθｚ回転）、ピッチング（Ｘ軸回りの回転であるθｘ回転）、ローリング（Ｙ軸回りの回転であるθｙ回転））は、ウエハステージＷＳＴに設けられた反射面を使って、ウエハレーザ干渉計５４によって常時検出されている。
【００６２】
ウエハステージＷＳＴの位置情報（又は速度情報）は主制御装置５０に供給される。主制御装置５０は、ウエハステージＷＳＴの上記位置情報（又は速度情報）に基づき、ウエハステージ駆動系５６を介してウエハステージＷＳＴを制御する。
【００６３】
ウエハステージＷＳＴ上の所定位置には、複数の基準マークが形成された基準マーク板ＦＭが固定されている。基準マーク板ＦＭの表面は、ウエハステージＷＳＴ上に保持されたウエハＷ表面と面一になっている。
【００６４】
前記投影ユニットＰＵの近傍（例えば＋Ｙ側）には、ウエハＷ上のアライメントマークなどの検出対象マークを光学的に検出するオフアクシス方式のアライメント系（不図示）が設けられている。このアライメント系としては、各種方式のセンサを用いることができるが、本実施形態においては、例えば例えば特開平４−６５６０３号公報などに開示される画像処理方式のセンサが用いられている。アライメント系からの撮像信号は、主制御装置５０に供給される。
【００６５】
また、不図示であるが、レチクルＲの上方には、投影光学系ＰＬを介してレチクルＲ上の一対のレチクルアライメントマークとこれらに対応する前述の基準マーク板ＦＭ上に形成された一対の基準マークとの位置関係を露光波長の光を用いて検出する一対のＴＴＲ（Through The Reticle）方式のレチクルアライメント系がＸ軸方向に所定距離隔てて設けられている。レチクルアライメント系としては、例えば特開平７−１７６４６８号公報（対応する米国特許第５，６４６，４１３号）などに開示されるものと同様の構成のものが用いられている。
【００６６】
前記液浸装置は、液体供給ユニット８０、液体回収ユニット８２及びノズル部材９０、並びにこれら各部に接続された配管系等を備えている。
【００６７】
前記ノズル部材９０は、投影光学系ＰＬを構成する最も像面側（ウエハＷ側）の光学素子、ここではレンズ（以下、「先端レンズ」ともいう）１９１を保持する鏡筒１４０の下端部周囲を取り囲むように設けられた環状部材である。このノズル部材９０は、液体Ｌｑの供給口及び回収口と、ウエハＷが対向して配置され、かつ回収口が設けられる下面と、液体供給管８４及び液体回収管８６とそれぞれ接続される供給流路及び回収流路とを備えている。
【００６８】
前記液体供給ユニット８０は、液体供給管８４を介してノズル部材９０に接続されている。液体供給ユニット８０は、液体Ｌｑを収容するタンク、供給する液体Ｌｑの温度を調整する温度調整装置、液体Ｌｑ中の異物を除去するフィルタ装置、及び加圧ポンプ、並びに供給する液体Ｌｑの流量を制御する流量制御弁等を含む。液体供給ユニット８０は、主制御装置５０によって制御される。
【００６９】
前記液体回収ユニット８２は、液体回収管８６を介してノズル部材９０に接続されている。液体回収ユニット８２は、例えば真空ポンプ等の真空系（吸引装置）、回収された液体Ｌｑと気体とを分離する気液分離器、及び回収した液体Ｌｑを収容するタンク、回収される液体の流量を制御するための流量制御弁等を含む。液体回収ユニット８２は、主制御装置５０によって制御される。
【００７０】
本実施形態においては、後述する露光時などに液体供給管８４、供給流路、及び供給口を介して、液体供給ユニット８０から先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体Ｌｑが供給されるとともに、回収口、回収流路、及び液体回収管８６を介して、液体回収ユニット８２によって、先端レンズ１９１とウエハＷとの間から液体Ｌｑが回収されることにより、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に、一定量の液体Ｌｑ（図１参照）が保持される。この場合、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に保持された液体Ｌｑは、常に入れ替わっている。
【００７１】
なお、露光装置１０の液体供給ユニット８０に、タンク、温度調整装置、フィルタ装置、加圧ポンプのすべてを設けずに、それらの少なくとも一部を露光装置１０が設置される工場などの設備で代用しても良い。また、露光装置１０に真空系、気液分離器、タンク、流量制御弁のすべてを設けずに、それらの少なくとも一部を露光装置１０が配置される工場の設備で代用しても良い。
【００７２】
液体Ｌｑとしては、本実施形態では、波長１９３ｎｍの照明光（ＡｒＦエキシマレーザ光）ＩＬに対する屈折率が１．４４の純水で満たされている。純水はＡｒＦエキシマレーザ光のみならず、例えば水銀ランプから射出される紫外域の輝線（ｇ線、ｉ線など）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）も透過可能である。
【００７３】
なお、液浸装置（ノズル部材９０、液体供給ユニット８０、液体回収ユニット８２など）の構造および配置は、上述のものに限られず、照明光ＩＬの光路中の所定空間を液体で満たすことができれば、いろいろな形態の液浸装置を適用することができる。
【００７４】
制御系は、図１中、主制御装置５０を含み、主制御装置５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等から成るいわゆるマイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）を含み、装置全体を統括的に制御する。主制御装置５０は、露光動作が的確に行われるように、例えばレチクルＲとウエハＷの同期走査、ウエハＷのステッピング、露光タイミング等を統括して制御する。
【００７５】
具体的には、主制御装置５０は、例えば走査露光時には、レチクルＲがレチクルステージＲＳＴを介して＋Ｙ方向（又は−Ｙ方向）に速度ＶR＝Ｖで走査されるのに同期して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷが露光領域ＩＡに対して−Ｙ方向（又は＋Ｙ方向）に速度ＶW＝β・Ｖ（βはレチクルＲからウエハＷに対する投影倍率）で走査されるように、レーザ干渉計５４Ｒ、５４Ｗの計測値に基づいてレチクルステージ駆動系４９、ウエハステージ駆動系５６をそれぞれ介してレチクルステージＲＳＴ、ウエハステージＷＳＴの位置及び速度をそれぞれ制御する。また、ステッピングの際には、主制御装置５０はレーザ干渉計５４Ｗの計測値に基づいてウエハステージ駆動系５６を介してウエハステージＷＳＴの位置を制御する。
【００７６】
また、主制御装置５０では、制御情報をレーザ装置１６に供給することによって、前述の如く、レーザ装置１６の発光タイミング、及び発光パワー等を制御する。また、主制御装置５０は、成形光学系２０、及び駆動装置４０を介して照明系開口絞り板２４を制御し、更にステージ系の動作情報に同期して可動レチクルブラインド３０Ｂの開閉動作を制御する。
【００７７】
主制御装置５０には、図１に示されるように、記憶装置としてのメモリ５１及び入出力装置６２が、併設されている。メモリ５１内には、インテグレータセンサ４６の出力ＤＳとウエハＷの表面上での照明光ＩＬの照度（強度）との相関係数（又は相関関数）や、エネルギモニタの出力とインテグレータセンサ４６の出力ＤＳとの相関係数（又は相関関数）などの情報などや、レーザビームＬＢの特性、例えばスペクトル特性の制御のために用いられる種々の情報、例えば露光条件に応じた指標値などが記憶されている。
【００７８】
ここで、上記の指標値を得るために、発明者が行ったシミュレーションについて、説明する。
【００７９】
第１の露光条件（パターン形成条件）として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を露光用照明光とし、コヒーレンスファクタ（σ値）が０．２５の輪帯照明条件で、開口数（ＮＡ）１．３０かつ等倍の反射屈折系を投影光学系として用い、透過率６％のハーフトーンマスク上の第１パターン（線幅４０ｎｍかつピッチ１１０ｎｍのラインアンドスペースパターン（Ｌ／Ｓパターン））の像を、ウエハ上で線幅３２ｎｍのＬ／Ｓパターン像として形成する露光条件を設定した。
【００８０】
また、第２の露光条件（パターン形成条件）として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を露光用照明光とし、コヒーレンスファクタ（σ値）が０．２５の輪帯照明条件で、開口数（ＮＡ）１．３０かつ等倍の反射屈折系を投影光学系として用い、透過率６％のハーフトーンマスク上の第２パターン（線幅４０ｎｍピッチ４００ｎｍのＬ／Ｓパターン）の像を、ウエハ上で線幅３２ｎｍのＬ／Ｓパターン像として形成する露光条件を設定した。
【００８１】
また、第３の露光条件（パターン形成条件）として、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を露光用照明光とし、瞳面における２次光源の形状が、光軸から偏心した４つの円形領域となり、その４つの円形領域の外接円の直径が最大径の０．８５倍、内接円の直径が最大径の０．５５倍となる４重極照明条件で、ＮＡ１．３０かつ等倍の反射屈折系を投影光学系として用い、透過率６％のハーフトーンマスク上の第３パターン（直径７０ｎｍかつピッチ１４０ｎｍのコンタクトホールパターン（Ｃ／Ｈパターン））の像を、ウエハ上で直径７０ｎｍで形成する露光条件を設定した。
【００８２】
そして、上記第１ないし第３の露光条件について、前述したＡｒＦエキシマレーザ光の、波長幅の指標値であるスペクトル幅Ｅｘ％を、Ｅ９５％〜Ｅ８９％の範囲内で段階的に変化させ、それに応じて、ウエハ上のパターン像の線幅がどのように変化するかのデータを取得する、シミュレーションを行った。
【００８３】
図３〜図１０には、上記のシミュレーションの結果が示されている。これらの図において、横軸はスペクトル幅Ｅｘ％を示し、左側の縦軸は第３パターンの像の直径を示し、右の縦軸は第１、第２パターンの像の線幅を示す。
【００８４】
図３〜図１０を見ると明らかなように、図７のスペクトル幅Ｅ９１．５％を指標値とする場合が、指標値の変化とパターン像の線幅又は直径の変化との間に、最も、直接的な対応関係があることがわかる。
【００８５】
この場合、第１パターン、第２パターン、第３パターンのいずれも、線幅の変化が２次曲線にほぼフィットすることが確認されたので、線幅（直径）変化∝（Ｅ９１．５％）2の関係が成り立つ。例えば、第１パターン、第２パターンの線幅の変化は、次式（２）、（３）でそれぞれ表される２次曲線にフィットした。
【００８６】
ｙ＝−２．０２２１ｘ2−０．００４２ｘ＋３２        ……（２）
ｙ＝１．３７６７ｘ2−０．００５６ｘ＋３２          ……（３）
図１１には、スペクトル幅Ｅｘ％（エネルギ純度幅）が変化した場合に予想される線幅ばらつきが示されている。この図１１において、横軸は、スペクトル幅Ｅｘ％、縦軸は線幅ばらつきδＣＤである。
【００８７】
この図１１から、線幅ばらつきを０．２ｎｍまで許容すると、スペクトル幅Ｅ８９．６％〜Ｅ９４．３％ぐらいまでが、指標値として採用可能なスペクトル幅となり、線幅ばらつきを０．１ｎｍまで許容すると、スペクトル幅Ｅ９０．７％〜Ｅ９２．８％ぐらいまでが、指標値として採用可能なスペクトル幅となることがわかる。
【００８８】
そこで、本実施形態では、上述した第１ないし第３の露光条件での露光に際しては、スペクトル幅Ｅ９０．７％〜Ｅ９２．８％の範囲内の値、例えばスペクトル幅Ｅ９１．５％を、レーザビームＬＢの特性を制御する際に用いる指標値として、メモリ５１内に記憶している。
【００８９】
また、図示は省略されているが、発明者は、上記と同様のシミュレーションを、その他の露光条件（パターン形成条件）についても行った。その結果、前述の第３の露光条件において、第３パターンに代えて、直径７０ｎｍかつピッチ１４０ｎｍのＣ／Ｈパターンを用いる第４の露光条件で、スペクトル幅Ｅ８９％を指標値とする場合が、指標値の変化とパターン像の直径の変化との間に、最も、直接的な対応関係があることがわかった。
【００９０】
本実施形態では、上記第１ないし第４の露光条件（ただし、実際に使用が想定されるのは、投影光学系の投影倍率がβ倍の場合である）の使用が想定されているものとし、これらの露光条件のそれぞれについて、最適なスペクト幅Ｅｘ％が、各露光条件と対応づけてメモリ５１に記憶されている。
【００９１】
本実施形態の露光装置１０では、デバイスの製造に際し、通常のスキャニング・ステッパ（スキャナ）と同様、露光条件設定ファイルで指定された露光条件に基づき、主制御装置５０によって、照明条件の設定、目標パターンが形成されたレチクルＲのレチクルステージＲＳＴ上へのロード、ウエハステージＷＳＴ上へのウエハのロードなどが行われ、これに続いて、不図示のレチクルアライメント系、基準マーク板ＦＭ、及び不図示のアライメント系などを用いて、レチクルアライメント（これは、先端レンズ１９１と基準マーク板ＦＭとの間に液体Ｌｑを保持した状態で行われる。）及びアライメント系のベースライン計測、ウエハアライメント（例えば特開昭６１−４４４２９号公報に開示されるエンハンスト・グローバル・アライメント（ＥＧＡ）など）が行われる。このような準備作業の終了後、先端レンズ１９１とウエハＷとの間に液体Ｌｑを保持した状態でレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとの同期移動を行う走査露光動作と、ウエハステージＷＳＴをショット領域の露光終了後、次ショット領域の露光のための加速開始位置に移動するショット間移動（ステッピング）動作と、を交互に繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の露光動作が行われ、ウエハＷ上の複数のショット領域にレチクルＲのパターンの像がそれぞれ形成される。
【００９２】
上記の走査露光に際し、主制御装置５０により、そのとき設定されている露光条件に応じたスペクト幅Ｅｘ％が、メモリ５１から読み出され、レーザ制御装置１６ｅに与えられる。そして、レーザ制御装置１６ｅにより、その与えられたスペクト幅Ｅｘ％を指標値として、レーザビームＬＢの特性が制御される。
【００９３】
例えば、露光条件として第１〜第３条件のいずれかが設定されている場合には、主制御装置５０により、スペクト幅Ｅ９１．５％が、メモリ５１から読み出され、レーザ制御装置１６ｅに与えられる。一方、露光条件として第４条件が設定されている場合には、主制御装置５０により、スペクト幅Ｅ８９％が、メモリ５１から読み出され、レーザ制御装置１６ｅに与えられる。そして、いずれの場合も、レーザ制御装置１６ｅは、与えられたスペクト幅を指標値として、走査露光中のレーザビームＬＢの特性を制御する。これにより、設定された露光条件に応じて、スペクトル幅が最適に調整された照明光（露光光）ＩＬを用いた、液浸露光かつ走査露光が行われ、ウエハＷ上に所望の線幅のパターンが形成される。
【００９４】
以上説明したように、本実施形態に係る露光装置１０によると、少なくとも前述の第１ないし第３露光条件では、発明者が行ったシミュレーションの結果、Ｌ／Ｓパターンなどの密集パターンの結像性能に最も対応することが確認された、スペクトル幅Ｅ９１．５％を指標値として、レーザ制御装置１６ｅにより、走査露光時にレーザ装置１６（レーザ共振器１６ａ）から射出されるレーザビームＬＢの特性が制御され、そのレーザビームＬＢ、すなわち照明光ＩＬを用いてレチクルＲ上のパターンの像がウエハＷ上に形成（生成）される。この場合、パターンの結像状態を調整することが可能である。すなわち、結像状態が調整されたパターン像が生成される。そして、このパターン像でウエハＷが露光されることで、ウエハＷ上にパターンが精度良く形成される。
【００９５】
また、本実施形態によると、レーザ制御装置１６ｅにより、レーザビームＬＢのスペクトル強度分布曲線と所定のスライスレベルとの両交点間の波長幅（ＷＤ）内の強度分布の積分値がスペクトル強度分布の全積分値に対する、設定された露光条件（パターン像生成条件）に応じた割合となる波長幅、Ｅｘ％を指標値として、レーザ共振器１６ａ（レーザ装置１６）から射出されるレーザビームＬＢ（照明光ＩＬ）の特性が制御される。換言すると、設定された露光条件（パターン像生成条件）に応じて、露光条件に応じてレーザビームＬＢ（照明光ＩＬ）の特性が制御される。そして、主制御装置５０によりレチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを走査方向に同期移動してレーザビームＬＢ（照明光ＩＬ）を用いて走査露光を行うことで、レチクルステージＲＳＴに保持されたレチクルＲのパターン像が投影光学系（投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑ）を介して生成され、該パターン像でウエハＷ上のショット領域が露光される。従って、露光条件（パターン像生成条件）に応じたレーザビームの特性制御、ひいてはウエハＷ上での高精度なパターンの形成が可能となる。
【００９６】
また、露光装置１０では、上述の走査露光が、投影光学系ＰＬ及び液体Ｌｑを介してレチクルＲのパターンの像をウエハＷ上に形成する、液浸露光によって行われるので、解像力の高い露光が可能になる。
【００９７】
なお、上記実施形態では、レーザビームＬＢの特性を制御する際の指標値として、前述の第１露光条件から第３露光条件では、スペクトル幅Ｅ９５％を用い、第４露光条件では、スペクトル幅Ｅ８９％を用いるものとしたが、本発明がこれに限定されるものではない。前述の図１１のグラフからもわかるように、少なくとも第１露光条件ないし第３露光条件のように、露光対象のパターンが密集パターンである場合には、好ましくはスペクトル幅Ｅ８９．６％〜Ｅ９４．３％の波長幅範囲内の波長幅、より好ましくは、スペクトル幅Ｅ９０．７％からＥ９２．８％の波長幅範囲内の波長幅を、レーザビームの特性を制御する際の指標値として用いることができる。
【００９８】
また、上記実施形態において、第１〜第４露光条件に加え、さらに多くの露光条件（照明条件、及び投影光学系のＮＡ、並びに露光対象のパターンの組み合わせ）のそれぞれについて、前述と同様のシミュレーションを、Ｅｘ％の設定幅をより細かく設定して行って、パターン像の結像性能に最も対応するスペクトル幅Ｅｘ％を求めて、露光条件毎にメモリ５１に記憶しておいても良い。そして、デバイスの製造に際し、主制御装置５０が設定された露光条件、あるいは設定された露光条件に最も近い露光条件に対応するスペクトル幅Ｅｘ％をメモリ５１から読み出してレーザ制御装置１６ｅに与えるようにしても良い。なお、設定された露光条件に対応するスペクトル幅Ｅｘ％がメモリ５１に記憶されていない場合に、上述の如く、その露光条件に最も近い露光条件に対応するＥｘ％を、レーザビーム（レーザ光）の特性を制御するための指標値として用いても良いが、これに限らず、例えば、主制御装置５０が、設定された露光条件に近い複数の露光条件にそれぞれ対応するＥｘ％を用いて、補間演算その他の演算により、設定された露光条件に対応するスペクトル幅Ｅｘ％を求め、レーザ光の特性を制御するための指標値として用いても良い。
【００９９】
なお、上記実施形態では、主制御装置５０が、設定された露光条件に対応するスペクトル幅Ｅｘ％を、メモリ５１から読み出し、レーザ制御装置１６ｅに与えるものとしたが、主制御装置５０が、読み出したＥｘ％を指標値としてレーザ光の特性を制御するものとしても良い。また、上述のシミュレーションに代えて、前述の第１ないし第４露光条件で、実際に露光をそれぞれ行い、ウエハＷ上に形成されたパターン像（レジスト像）を、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）などで計測して、スペクトル幅Ｅｘ％とパターン像の線幅との関係を求めておき、この結果得られた露光条件毎の最適なスペクトル幅Ｅｘ％の情報をメモリ５１に記憶しておいても良い。
【０１００】
これまでは、投影光学系のＮＡが１．０を超える液浸露光装置に本発明が適用された場合について説明したが、本発明の適用範囲が液浸露光装置に限定されるものではない。
【０１０１】
図１２〜図１４には、いわゆる液浸露光ではない露光条件（通常露光条件）である第５の露光条件、第６の露光条件についての、シミュレーション結果の一例が示されている。
【０１０２】
第５の露光条件（パターン形成条件）は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を露光用照明光とし、照明条件として瞳面における２次光源の形状が、光軸から偏心した４つの円形領域となり、その４つの円形領域の外接円の直径が最大径の０．９０倍、内接円の直径が最大径の０．７５倍となる４重極照明条件で、ＮＡ０．９２かつ等倍の屈折系を投影光学系として用い、透過率６％のハーフトーンマスク上の第５パターン（直径１００ｎｍかつピッチ２７０ｎｍのＣ／Ｈパターン）の像を、ウエハ上で直径１００ｎｍで形成する露光条件である。
【０１０３】
また、第６の露光条件（パターン形成条件）は、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を露光用照明光とし、照明条件として瞳面における２次光源の形状が、光軸から偏心した４つの円形領域となり、その４つの円形領域の外接円の直径が最大径の０．９０倍、内接円の直径が最大径の０．７５倍となる４重極照明条件で、ＮＡ０．９２かつ等倍の屈折系を投影光学系として用い、透過率６％のハーフトーンマスク上の第６パターン（直径１００ｎｍかつピッチ９００ｎｍのＣ／Ｈパターン）の像を、ウエハ上で直径１００ｎｍで形成する露光条件である。
【０１０４】
図１２〜図１４を見るとわかるように、第５の露光条件では、図１３に示されるスペクトル幅Ｅ８７％を変化させる場合が、線幅変化との対応が最も高いことが確認できる。また、第６の露光条件では、図１４に示されるスペクトル幅Ｅ９０％を変化させる場合が、線幅変化との対応が最も高いことが確認できる。従って、第５の露光条件で露光を行う場合には、スペクトル幅Ｅ８７％を指標値として、レーザ光の特性を制御することで、第５パターンの結像性能を調整することができる。また、第６の露光条件で露光を行う場合には、スペクトル幅Ｅ９０％を指標値として、レーザ光の特性を制御することで、第６パターンの結像性能を調整することができる。
【０１０５】
また、上記各実施形態において、照明光ＩＬとして、例えば国際公開第１９９９／４６８３５号パンフレット及び対応する米国特許第７,０２３,６１０号明細書などに開示されているように、ＤＦＢ半導体レーザ又はファイバーレーザから発振される赤外域、又は可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（又はエルビウムとイッテルビウムの両方）がドープされたファイバーアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換した高調波を用いても良い。
【０１０６】
また、光源としては、波長１４６ｎｍのＫｒ2レーザ光、波長１２６ｎｍのＡｒ2レーザ光などの真空紫外光を発生する光源、あるいはｇ線、ｉ線などの輝線を発生する水銀ランプなどを使用しても良い。
【０１０７】
また、投影光学系の倍率は縮小系のみならず等倍及び拡大系のいずれでも良い。投影光学系は反射屈折系のみならず、反射系及び屈折系のいずれでも良いし、その投影像は倒立像及び正立像のいずれでも良い。
【０１０８】
なお、上記実施形態では、本発明がステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置かつ液浸露光装置に適用された場合について説明したが、これに限らず、液浸か非液浸かを問わず、静止露光型、例えばステップ・アンド・リピート方式あるいはステップ・アンド・スティッチ方式の露光装置は勿論、プロキシミティー方式の露光装置、ミラープロジェクション・アライナーなどにも、本発明を適用することができる。さらに、例えば国際公開第２００１／０３５１６８号パンフレットに開示されているように、干渉縞をウエハ上に形成することによって、ウエハ上にＬ／Ｓパターンを形成する露光装置、例えば特表２００４−５１９８５０号公報（対応米国特許第６，６１１，３１６号）に開示されているように、２つのレチクルパターンを投影光学系を介してウエハ上で合成し、１回の走査露光によってウエハ上の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などにも本発明を適用することができる。
【０１０９】
また、上記実施形態の露光装置は、例えば特開平１０−２１４７８３号公報、及び国際公開第９８／４０７９１号パンフレットなどに開示されているように、投影光学系を介してレチクルパターンの転写が行われる露光位置と、ウエハアライメント系によるマーク検出が行われる計測位置（アライメント位置）とにそれぞれウエハステージを配置して、露光動作と計測動作とをほぼ並行して実行可能なツイン・ウエハステージタイプでも良い。さらに、例えば特開平１１−１３５４００号公報、特開２０００−１６４５０４号公報等に開示されているように、ウエハステージとは独立に可動で、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージを備えた露光装置にも本発明を適用することができる。
【０１１０】
なお、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスク（レチクル）を用いたが、このレチクルに代えて、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、透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する電子マスク（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）を用いても良い。
【０１１１】
また、露光装置の用途としては半導体製造用の露光装置に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレート等に形成される液晶表示素子などのディスプレイを製造するための露光装置、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン及びＤＮＡチップなどを製造するための露光装置にも広く適用できる。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、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクル又は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。なお、露光対象となる物体はウエハに限られるものでなく、例えばガラスプレート、セラミック基板、フィルム部材、あるいはマスクブランクスなどでも良いし、その形状も円形に限らず矩形などでも良い。
【０１１２】
半導体デバイスは、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レチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態の露光装置により前述の露光方法を実行し、レチクルのパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、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）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態の露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
以上説明したように、本発明のレーザ装置は、露光装置などのパターン形成装置の光源として適している。また、本発明の制御方法は、レーザ光源から射出されるレーザ光の特性を制御するのに適している。また、本発明の露光装置及び露光方法、並びにデバイス製造方法は、半導体デバイスなどの製造に適している。
【図面の簡単な説明】
【０１１４】
【図１】一実施形態に係る露光装置１０の構成を概略的に示す図である。
【図２】スペクトル強度分布波形の一例を示す図である。
【図３】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９５％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図４】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９４％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図５】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９３％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図６】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９２％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図７】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９１．５％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図８】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９１％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図９】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９０％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１０】第１〜第３の露光条件について、スペクトル幅Ｅ８９％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１１】エネルギ幅（スペクトル幅Ｅｘ％）と、予想される線幅ばらつきとの関係を示すグラフである。
【図１２】第５、第６の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９１．５％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１３】第５、第６の露光条件について、スペクトル幅Ｅ８７％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【図１４】第５、第６の露光条件について、スペクトル幅Ｅ９０％とパターン像の線幅との関係を示すシミュレーション結果の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１５】
１０…露光装置、１２…照明光学系、１６…レーザ装置、１６ａ…レーザ共振器、１６ｅ…レーザ制御装置、５０…主制御装置、ＬＢ…レーザビーム、Ｗ…ウエハ、ＲＳＴ…レチクルステージ、ＷＳＴ…ウエハステージ、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｌｑ…液体、ＩＬ…照明光。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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