(57)【要約】【課題】  スペクトル幅を安定化させて高品位な露光を達成することが可能なレーザ装置、及びこれを使用する露光装置及び方法、並びに、デバイス製造方法を提供する。【解決手段】  中心波長を含み、第１の変動幅で変動する第１の波長スペクトラムからなるレーザ光を出力可能なレーザ装置において、前記中心波長と前記第１の波長スペクトラムを決定する波長選択素子と、当該波長選択素子を駆動して前記レーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光が、前記中心波長と同一又は近傍を含み、前記第１の変動幅よりも小さい第２の変動幅で変動する、前記第１の波長スペクトラムよりも広い第２の波長スペクトラムを有するようにする駆動部とを有することを特徴とするレーザ装置を提供する。【選択図】  図１
2005191503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長スペクトラムのレーザを発振するレーザ装置において、
前記第１の波長スペクトラムを決定する波長選択素子と、
前記波長選択素子を所定の周期で駆動する駆動機構とを有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
前記駆動機構が前記波長選択素子を駆動することにより、前記レーザの前記所定の周期内での積算された波長スペクトラムが前記所定の周期で変化することを特徴とする請求項１記載のレーザ装置。
【請求項３】
前記波長選択素子を駆動することにより前記レーザの前記所定の周期内での積算された波長スペクトラムを第２の波長スペクトラムとするとき、前記第２の波長スペクトラムの半値幅が、前記第１の波長スペクトラムの半値幅より広いことを特徴とする請求項１又は２記載のレーザ装置。
【請求項４】
前記波長選択素子を駆動することにより前記レーザの前記所定の周期内での積算された波長スペクトラムを第２の波長スペクトラムとするとき、前記第２の波長スペクトラムにおいてレーザの９５％が入る波長領域の幅が、前記第１の波長スペクトラムにおいてレーザの９５％が入る波長領域の幅よりも広いことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれかに記載のレーザ装置。
【請求項５】
マスクのパターンと被露光体とを相対的に走査しながら、前記パターンを前記被露光体に露光する露光装置であって、
請求項１乃至４のうちいずれかに記載のレーザ装置からのレーザ光を用いて前記パターンを照明する照明光学系を有することを特徴とする露光装置。
【請求項６】
マスクのパターンと被露光体とを相対的に走査しながら、前記パターンを前記被露光体に露光する露光装置であって、
請求項１乃至４のうちいずれかに記載のレーザ装置からのレーザ光を用いて前記パターンを照明する照明光学系を有しており、
前記被露光体の１点に前記レーザ光が照射される時間が、前記所定の周期の実質的に整数倍であることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
マスクのパターンと被露光体とを相対的に走査しながら、前記パターンを前記被露光体に露光する露光装置であって、
請求項１乃至４いずれかに記載のレーザ装置からのレーザ光を用いて前記パターンを照明する照明光学系を有しており、
前記被露光体の１点に前記レーザ光が照射される時間をＴ１、前記所定の周期をＴ２とするとき、
（ｎ−０.１）Ｔ２＜Ｔ１＜（ｎ＋０.１）Ｔ２（ｎ：自然数）
を満足することを特徴とする露光装置。
【請求項８】
中心波長を含み、第１の変動幅で変動する第１の波長スペクトラムからなるレーザ光を出力可能なレーザ装置において、
前記中心波長と前記第１の波長スペクトラムを決定する波長選択素子と、
当該波長選択素子を駆動して前記レーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光が、前記中心波長と同一又は近傍を含み、前記第１の変動幅よりも小さい第２の変動幅で変動する、前記第１の波長スペクトラムよりも広い第２の波長スペクトラムを有するようにする駆動部とを有することを特徴とするレーザ装置。
【請求項９】
前記駆動部は圧電素子を使用することを特徴とする請求項８記載のレーザ装置。
【請求項１０】
請求項８記載のレーザ装置と、
当該レーザ装置から射出される前記レーザ光を露光光として利用して、マスクに形成されたパターンを被露光体上に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置。
【請求項１１】
中心波長を含む第１の波長スペクトラムからなり、第１の変動幅で変動するレーザ光を露光光として利用して、マスクに形成されたパターンを被露光体上に投影する露光方法であって、
前記レーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光が、前記中心波長と同一又は近傍を含み、前記第１の変動幅よりも小さい第２の変動幅で変動する、前記第１の波長スペクトラムよりも広い第２の波長スペクトラムを有するようにするステップと、
前記揺動ステップの周期を前記パターンを被露光体上に投影する周期に制御する制御ステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１２】
前記露光方法は、前記パターンを前記被露光体に投影する露光装置を使用し、
前記第２の波長スペクトラムは、前記露光装置が前記中心波長に対して最適化が可能な範囲内にあることを特徴とする請求項１１記載の露光方法。
【請求項１３】
前記露光方法は、前記パターンを前記被露光体に投影する露光装置を使用し、前記パターンは、前記マスクには同一寸法で形成された、異なる種類の第１及び第２のパターンを含み、
前記露光装置は、前記第２の変動幅を有する積算レーザ光を使用した場合に前記第１及び第２のパターンを許容範囲内の寸法で解像するが、前記第１の変動幅を有する前記レーザ光を使用した場合に前記第１及び第２のパターンの一方の解像寸法は許容範囲外になることを特徴とする請求項１１記載の露光方法。
【請求項１４】
マスクに形成されたパターンを露光光を利用して被露光体上に投影光学系を介して投影すると共に前記被露光体上に投影される前記パターンの解像寸法を制御する露光方法であって、
中心波長を含む第１の波長スペクトラムからなり、第１の変動幅で変動するレーザ光の実効スペクトル幅を制御するステップを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１５】
前記制御ステップは、
前記レーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光が、前記中心波長と同一又は近傍を含み、前記第１の変動幅よりも小さい第２の変動幅で変動する、前記第１の波長スペクトラムよりも広い前記実効スペクトル幅を有する第２の波長スペクトラムを有するようにするステップと、
前記第２の波長スペクトラムを、前記投影光学系の性能から算出するステップとを有することを特徴とする露光方法。
【請求項１６】
前記パターンは、前記マスクには同一寸法で形成された、異なる種類の第１及び第２のパターンを含み、
前記性能は、前記第１及び第２のパターンの線幅の差と、前記中心波長に関するスペクトル幅との関係であることを特徴とする請求項１５記載の露光方法。
【請求項１７】
前記パターンは、前記マスクには同一寸法で形成された、異なる種類の第１及び第２のパターンを含み、
前記制御ステップは、前記被露光体上に投影される前記第１及び第２のパターンの解像線幅に差を持たせることを特徴とする請求項１５記載の露光方法。
【請求項１８】
請求項５乃至７及び１０のうちいずれか一項記載の露光装置を用いて前記被露光体を露光するステップと、
露光された前記被露光体を現像するステップとを有す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、レーザ装置、それを光源に使用する露光装置及び方法、並びに、かかる露光装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レチクル（マスク）に描画されたパターンを投影光学系によってウェハ等のパターンに転写する投影露光装置は従来から使用されている。近年では、半導体素子の微細化への要請に伴い、高解像度で高品位な露光の要請がますます高まっている。高解像度化の一手段として露光光の短波長化が進み、露光光源はＫｒＦレーザ（波長約２４８ｎｍ）からＡｒＦレーザ（波長約１９３ｎｍ）へと変化し、Ｆ２レーザ（波長約１５７ｎｍ）の実用化も検討されている。
【０００３】
レーザは、ある波長を中心とした広がり（スペクトラム）を有し、スペクトラムが広すぎると色収差が発生して高品位な露光を達成できない。このため、従来から色収差の低減（又はコントラスト確保）のためにレーザの波長スペクトラムの狭帯域化がなされている。通常、露光ではある露光光の中心波長とスペクトル幅に対して最適化され、そのスペクトル幅の範囲内であれば解像するパターンの線幅は所期の（即ち、許容範囲内の）線幅になるように設計されている。一方、現在の光源メーカーの努力により、狭帯域化されたスペクトル幅は、最適化可能なスペクトル幅よりもはるかに小さくなっている。換言すれば、狭帯域化されたスペクトル幅が多少大きくなっても依然として露光装置が最適化可能な範囲内に入るほどになっている。
【０００４】
ここで、レーザ発振装置（光源装置）から発振するレーザの波長を狭帯域化したり、変更したりする手段が、特許文献１〜５等に記載されている。
【特許文献１】特開２００１−３０７９９７号公報
【特許文献２】特開２００３−２０４１０４号公報
【特許文献３】特開２０００−３３２３２２号公報
【特許文献４】特開２００１−１４４３５５号公報
【特許文献５】特開平１１−１２１８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高品位な露光のためには、スペクトル幅の狭帯域化のみならずスペクトル幅が露光中に変動しないこと、即ち、スペクトル幅の安定性が更に必要となる。しかし、従来は、スペクトル幅の変動は制御することができず、それによる影響を無視せざるを得なかった。ところが、高解像度化が進んで線幅が細くなるにつれて、露光装置側で許容可能な変動幅は次第に小さくなり以前のように無視可能な因子ではなくなってきた。スペクトル幅は、一般に、瞬間的ではなく漸次的に変動する。スペクトル幅が最適化可能な範囲内であってもその変動が露光装置の許容量を越えると、例えば、ラインアンドスペースのパターンの線幅と孤立したパターンの線幅が異なるなど高品位な露光の要請を達成できないという問題を生じる。また、スペクトル幅の変動を一定以下に抑えることができれば、その分焦点深度を大きく取れるなどの自由度を与えることができるというメリットもある。
【０００６】
そこで、本発明は、スペクトル幅を安定化させて高品位な露光を達成することが可能なレーザ装置、及びこれを使用する露光装置及び方法、並びに、デバイス製造方法を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面としてのレーザ装置は、第１の波長スペクトラムのレーザを発振するレーザ装置において、前記第１の波長スペクトラムを決定する波長選択素子と、前記波長選択素子を所定の周期で駆動する駆動機構とを有することを特徴とする。前記駆動機構が前記波長選択素子を駆動することにより、前記レーザの前記所定の周期内での積算された波長スペクトラムが前記所定の周期で変化させてもよい。前記波長選択素子を駆動することにより前記レーザの前記所定の周期内での積算された波長スペクトラムを第２の波長スペクトラムとするとき、前記第２の波長スペクトラムの半値幅が、前記第１の波長スペクトラムの半値幅より広くてもよい。前記波長選択素子を駆動することにより前記レーザの前記所定の周期内での積算された波長スペクトラムを第２の波長スペクトラムとするとき、前記第２の波長スペクトラムにおいてレーザの９５％が入る波長領域の幅が、前記第１の波長スペクトラムにおいてレーザの９５％が入る波長領域の幅よりも広くてもよい。
【０００８】
本発明の別の側面としての露光装置は、マスクのパターンと被露光体とを相対的に走査しながら、前記パターンを前記被露光体に露光する露光装置であって、上述のレーザ装置からのレーザ光を用いて前記パターンを照明する照明光学系を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、マスクのパターンと被露光体とを相対的に走査しながら、前記パターンを前記被露光体に露光する露光装置であって、上述のレーザ装置からのレーザ光を用いて前記パターンを照明する照明光学系を有しており、前記被露光体の１点に前記レーザ光が照射される時間が、前記所定の周期の実質的に整数倍であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、マスクのパターンと被露光体とを相対的に走査しながら、前記パターンを前記被露光体に露光する露光装置であって、上述のレーザ装置からのレーザ光を用いて前記パターンを照明する照明光学系を有しており、前記被露光体の１点に前記レーザ光が照射される時間をＴ１、前記所定の周期をＴ２とするとき、（ｎ−０.１）Ｔ２＜Ｔ１＜（ｎ＋０.１）Ｔ２  （ｎ：自然数）を満足することを特徴とする。
【００１１】
本発明の一側面としてのレーザ装置は、中心波長を含み、第１の変動幅で変動する第１の波長スペクトラムからなるレーザ光を出力可能なレーザ装置において、前記中心波長と前記第１の波長スペクトラムを決定する波長選択素子と、当該波長選択素子を駆動して前記レーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光が、前記中心波長と同一又は近傍を含み、前記第１の変動幅よりも小さい第２の変動幅で変動する、前記第１の波長スペクトラムよりも広い第２の波長スペクトラムを有するようにする駆動部とを有することを特徴とする。前記駆動部は、例えば、圧電素子を使用する。
【００１２】
上述のレーザ装置と、当該レーザ装置から射出される前記レーザ光を露光光として利用して、マスクに形成されたパターンを被露光体上に投影する投影光学系とを有することを特徴とする露光装置も本発明の別の側面を構成する。
【００１３】
本発明の別の側面としての露光方法は、中心波長を含む第１の波長スペクトラムからなり、第１の変動幅で変動するレーザ光を露光光として利用して、マスクに形成されたパターンを被露光体上に投影する露光方法であって、前記レーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光が、前記中心波長と同一又は近傍を含み、前記第１の変動幅よりも小さい第２の変動幅で変動する、前記第１の波長スペクトラムよりも広い第２の波長スペクトラムを有するようにするステップと、前記揺動ステップの周期を前記パターンを被露光体上に投影する周期に制御する制御ステップとを有することを特徴とする。
【００１４】
前記露光方法は、前記パターンを前記被露光体に投影する露光装置を使用し、前記第２の波長スペクトラムは、前記露光装置が前記中心波長に対して最適化が可能な範囲内にあることが好ましい。前記露光方法は、前記パターンを前記被露光体に投影する露光装置を使用し、前記パターンは、前記マスクには同一寸法で形成された、異なる種類の第１及び第２のパターンを含み、前記露光装置は、前記第２の変動幅を有する積算レーザ光を使用した場合に前記第１及び第２のパターンを許容範囲内の寸法で解像するが、前記第１の変動幅を有する前記レーザ光を使用した場合に前記第１及び第２のパターンの一方の解像寸法は許容範囲外になってもよい。
【００１５】
本発明の更に別の側面としての露光方法は、マスクに形成されたパターンを露光光を利用して被露光体上に投影光学系を介して投影すると共に前記被露光体上に投影される前記パターンの解像寸法を制御する露光方法であって、中心波長を含む第１の波長スペクトラムからなり、第１の変動幅で変動するレーザ光の実効スペクトル幅を制御するステップを有することを特徴とする。前記制御ステップは、前記レーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光が、前記中心波長と同一又は近傍を含み、前記第１の変動幅よりも小さい第２の変動幅で変動する、前記第１の波長スペクトラムよりも広い前記実効スペクトル幅を有する第２の波長スペクトラムを有するようにするステップと、前記第２の波長スペクトラムを、前記投影光学系の性能から算出するステップとを有してもよい。前記パターンは、前記マスクには同一寸法で形成された、異なる種類の第１及び第２のパターンを含み、前記性能は、前記第１及び第２のパターンの線幅の差と、前記中心波長に関するスペクトル幅との関係であってもよい。
【００１６】
前記パターンは、前記マスクには同一寸法で形成された、異なる種類の第１及び第２のパターンを含み、前記制御ステップは、前記被露光体上に投影される前記第１及び第２のパターンの解像線幅に差を持たせてもよい。
【００１７】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて前記被露光体を露光するステップと、前記露光された前記被露光体を現像するステップとを有する。上述の露光装置の作用と同様の作用を奏するデバイス製造方法の請求項は、中間及び最終結果物であるデバイス自体にもその効力が及ぶ。また、かかるデバイスは、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００１８】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされるであろう。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スペクトル幅を安定化させて高品位な露光を達成することが可能なレーザ装置、及びこれを使用する露光装置及び方法、並びに、デバイス製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の露光装置１００を詳細に説明する。ここで、図１は、露光装置の概略ブロック図である。同図において、１は、一般にステッパ（又はスキャナ）と呼ばれる周知のステップアンドリピート（又はスキャン）タイプの露光装置本体部、２はレーザ装置の一例としての希ガスハライドエキシマレーザ（いわゆるエキシマレーザ）を利用したレーザ光源であり、エキシマレーザとしては例えばＫｒＦ（波長２４８ｎｍ）エキシマレーザ、ＡｒＦ（波長１９３ｎｍ）エキシマレーザ等を適用することができる。
【００２１】
露光装置本体部１は、レーザ装置２からレーザ光（ビーム）の光路に沿って、光源２からのレーザ光の断面を所望の形状にするためのビーム整形光学系３、レーザ光の強度を調整するための可変ＮＤフィルタ４、レチクル１２面上での照度を均一化させるためにレーザ光を分割して重ねるオプティカルインテグレータ５、オプティカルインテグレータ５を介したレーザ光を集光するコンデンサレンズ６、コンデンサレンズ６からのレーザ光の一部を光検出器に導くためのビームスプリッタ７、コンデンサレンズ６によってレーザ光が集光される位置の近傍に配置され、レチクル１２面上でレーザ光が照射される範囲を規制するマスキングブレード９、マスキングブレード９の像をレチクル１２上に結像する結像レンズ１０、レーザ光の光路を投影レンズ１３の方向に向けるためのミラー１１を有する。
【００２２】
かかる光学要素を含む照明光学系を通過してきたレーザ装置２からのレーザ光によってレチクル１２は照明され、これによりレチクル１２上のパターンは、投影光学系としての投影レンズ１３を介して基板としての半導体ウェハ１４上の複数のショット領域の一つに例えば１／２乃至１／１０に縮小されて投影露光（転写）される。ウェハ１４は不図示の移動ステージによって投影レンズ１３の光軸に垂直な面に沿って２次元的に移動され、あるショット領域の露光が終了する毎に次のショット領域が投影レンズ１３によってレチクル１２のパターンが投影される位置に移動される。
【００２３】
１５は気圧計で、ある所定の時間間隔で露光装置内部の気圧を計測する。その計測値は露光装置本体部１の主制御部１６に送信される。主制御部１６は、そのときに最適なレーザ光の発振波長を計算し、例えば、あるショット領域の露光が終了して次のショット領域を露光する前のタイミングなど所望のタイミングでレーザ装置２に波長指令値を送信する。また、主制御部１６は、レーザ装置２に発光させるためのトリガ信号を送信すると共に、光検出器８で光電変換されたレーザ光の強度に応じた光電変換信号の処理を行い、該光電変換信号を積算することにより露光量の制御のための信号を発生し、これをレーザ装置２に送信する。レーザ装置２は、これら波長指令値の信号や露光量制御の信号に基づいてレーザ装置２内のユニットを制御する。
【００２４】
図２は、レーザ装置２の概略ブロック図である。主制御部１６から送信されたトリガ信号や波長指令値、露光量制御などの信号はレーザ制御部２０１で受信される。レーザ制御部２０１は高電圧信号を高圧電源２０２に送信すると共にレーザを発光させるタイミングでトリガ信号を圧縮回路２０３に送信する。またレーザ制御部２０１は波長指令値の信号を波長制御部２０４に送信する。
【００２５】
レーザチャンバ２０５内には放電電極２０５Ａ、２０５Ｂが設けられており、圧縮回路２０３により１０乃至３０ｋＶ程度の高電圧が印可されると放電電極２０５Ａ、２０５Ｂ間で放電が発生し、レーザチャンバ２０５内に封入されているレーザガスを励起することでレーザ光を発振する。レーザチャンバ２０５の光射出部には不図示の出力ミラーが取り付けられている。レーザチャンバ２０５から発振されたレーザ光はビームスプリッタ２０６を透過してシャッタ２０７を通って図１のビーム整形光学系３へ出射されると共に、一部のレーザ光はビームスプリッタ２０６で反射して光モニタ部２０８へ導入される。レーザ制御部２０１は図１中の主制御部１６からの命令に従ってシャッタ２０７の開閉を行う。
【００２６】
光モニタ部２０８は、レーザ光のパルスエネルギー、発振波長を常時モニタし、計測されたパルスエネルギーが目標値に対して所定の範囲にあるか否かを判断し、パルスエネルギーが所望の値よりも低い場合はレーザ制御部２０１は放電電極２０５Ａ、２０５Ｂへの印可電圧を上昇させ、高い場合は印可電圧を降下させる指令を高圧電源回路２０３に送信する。
【００２７】
波長制御部２０４はレーザ制御部２０１から送信された波長指令値と光モニタ部２０８にて計測された波長を比較し、計測された波長が波長指令値に対して所定の範囲にあるか否かを判断する。光モニタ部２０８内部には気圧計や温度計といった光モニタ部２０８内の環境を計測する光モニタ部内環境計測手段２１０が載置してあり、光モニタ部２０８内部の空気の屈折率などを計測することが可能である。
【００２８】
狭帯域化モジュール２１１はレーザチャンバ２０５の光射出部にある不図示の出力ミラーと対になってレーザ共振器を構成しており、レーザ光のスペクトル幅を半値全幅で約０．５ｐｍ程度に狭帯域化すると共に、付随するステッピングモータ２１２を駆動させることによって狭帯域化モジュール２１１内部に内蔵されているグレーティングもしくはエタロンなどの波長選択素子２１１ａを駆動（揺動）し、発振波長を変更させることが可能である。波長選択素子２１１ａの駆動部は圧電素子を使用してもよい。
【００２９】
波長制御部２０４は、レーザ制御部２０１から送信された波長指令値と光モニタ部２０８で計測された波長値とを比較して、レーザ光の波長が許容範囲（即ち、露光装置が当該波長で最適化を行うことができる範囲）内になるようステッピングモータ２１２に信号を送信しながら常時波長を制御する。更に、光モニタ部２０８で計測されたスペクトル幅が設定値に対して細い場合、その差分に相当するばらつきを与えるように目標値を周期的に動かすことで、実効的スペクトル幅を目標値に合せる。その周期は、露光装置における露光量制御周期（即ち、パターンを投影する周期）に合わせる。また発振波長の目標値が変更された場合には、波長制御部２０４はステッピングモータを駆動して発振波長が目標波長と一致するように調整する。
【００３０】
狭帯域化モジュール２１１は、図３（ａ）左側に示すように、中心波長ＷＬ１と半値幅Ｗ１を有する波長スペクトラムＳ１からなるレーザ光の出力を可能にする。波長選択素子２１１ａは、中心波長ＷＬ１と波長スペクトラムＳ１を決定する。
【００３１】
波長スペクトラムＳ１はある変動幅Ｆ１で変動するが、かかる変動幅Ｆ１が露光装置本体部１の（特に、投影レンズ１３）が担保可能な範囲内でない場合がある。この場合、例えば、マスク１２には同一の寸法で形成された２種類の異なるラインアンドスペース（Ｌ＆Ｓ）パターン５２と孤立パターン５４があった場合に、解像されたそれぞれのパターンの線幅（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＣＤ）は同一にならず、図３（ａ）右側に示すように、Ｌ＆Ｓパターン５２を構成する要素の線幅ＣＤ１と孤立パターン５４の線幅ＣＤ２はＣＤ１＞ＣＤ２のようになってしまう。
【００３２】
一方、図３（ｂ）の左側に示す波長スペクトラムＳ２は、波長選択素子２１１ａを駆動して図３（ａ）に示す波長スペクトラムＳ１を有するレーザ光を揺動させ、揺動中に積算されるレーザ光の中心波長ＷＬ２が中心波長ＷＬ１と同一又は近傍であり、変動幅Ｆ１よりも小さい変動幅Ｆ２（好ましくは、Ｆ２は０）で変動するように構成され、第１の波長スペクトラムＳ１よりも広いスペクトラムである。この場合、変動幅Ｆ２は露光装置本体部１（特に、投影レンズ１３）が担保可能な範囲内であるため、図３（ｂ）右側に示すように、Ｌ＆Ｓパターン５２を構成する要素の線幅ＣＤ２と孤立パターン５４の線幅ＣＤ２は等しいかその差は許容範囲内である。
【００３３】
本発明者は、図３（ａ）に示すレーザ光を図３（ｂ）に示す積算レーザ光に変更するにあたって、狭帯域化された波長スペクトラムＳ１のスペクトル幅Ｗ１は、多少大きくなっても依然として露光装置本体部１が最適化可能な範囲内に入っていることを利用している。従って、本実施形態では、波長スペクトラムＳ２の半値幅Ｗ２も露光装置本体部１が所定のコントラストを確保することができる範囲内である。波長スペクトラムＳ２の半値幅Ｗ２は、予め図６に示すような中心波長σとスペクトル幅（半値幅Ｗ２）との関係を設定しておけばよい。図６に示すグラフは、投影レンズ１３がある中心波長σに対して最適化可能なスペクトル幅をシミュレーションによって求めたものである。本実施形態は、スペクトル幅をＷ１からＷ２に増加することが目的ではなく、波長スペクトラムの変動幅をＦ１からＦ２に減少して、波長スペクトラムを安定化することを目的としている。
【００３４】
以下、図４を参照して、本実施形態のスペクトル幅安定化方法について説明する。まず、主制御部１６は、露光パラメータを決定する（ステップ１００２）。これによって、平滑化パルス数が決定される。次に、主制御部１６は、制御周期パルスと計測積算パルスを設定する（ステップ１００４）。
【００３５】
次に、主制御部１６は、露光を開始し、図１に示す気圧計１５の計測結果を考慮してレーザ装置２に発信指令を送信する（ステップ１００６）。ステップ１００６において、図１に示すレーザ装置２から発せられた光束は、ビーム成形光学系３によりそのビーム形状が所望のものに成形され、可変ＮＤフィルタ４によってその強度が調整され、オプティカルインテグレータ５に導入する。オプティカルインテグレータ５は照明光を均一化し、コンデンサレンズ６はそれをマスク１２と共役なマスキングブレード９に集光する。また、主制御部１６は、光検出器８からの検出結果に基づいてレーザ装置２が射出する光強度を制御する。マスキングブレード９は、照明領域を画定した後で、結像レンズ１０及びミラー１１を介してマスク１２を最適な照明条件で照明する。マスク１２を通過した光束は投影レンズ（投影光学系）１３によって、ウェハ１４上に所定倍率で縮小投影される。ステップアンドスキャン方式の露光装置であれば、光源２と投影光学系１３は固定して、マスク１２とウェハ１４を同期走査してショット全体を露光する。更に、図示しないウェハステージをステップして、次のショットに移り、新しいスキャンオペレーションがなされる。このスキャンとステップを繰り返し、ウェハ１４上に多数のショットを露光転写する。なお、露光装置がステップアンドリピート方式を採用すれば、マスク１２とウェハ１４を静止させた状態で露光を行う。
【００３６】
次に、主制御部１６の命令を受けて波長制御部２０４は、スペクトル幅を光モニタ部２０８で計測する（ステップ１００８）。次に、波長制御部２０４は、計測されたスペクトル幅が露光装置１００が最適化可能な範囲内の目標スペクトル幅であるかどうかを判断する（ステップ１０１０）。波長制御部２４０が許容範囲内であると判断すれば（ステップ１０１０）、レーザ主制御部２０１は、主制御部１６が発信停止指令を送信するまで発光を継続する（ステップ１０１２、ステップ１００８のループ）。その後、主制御部１６は露光を終了する（ステップ１０１４）。
【００３７】
一方、波長制御部２４０が許容範囲内ではないと判断すれば（ステップ１０１０）、波長制御部２４０は、計測されたスペクトル幅が目標スペクトル幅より細いかどうかを判断して（ステップ１０１６）、細くないと判断した場合にはスペクトル幅を増加することができないので主制御部１６は露光を中止してエラー処理を行う（ステップ１０１８）。
【００３８】
一方、波長制御部２４０は、計測されたスペクトル幅が目標スペクトル幅よりも細いと判断した場合には（ステップ１０１６）、評価関数により中心波長揺動幅に変換する（ステップ１０２０）。また、波長制御部２４０は、中心波長制御に加算し、中心波長制御を行う（ステップ１０２２）ステップ１０２２の後は手順はステップ１０１２に移行する。
【００３９】
露光装置１００は、変動幅が許容範囲に抑えられた（積算された）レーザ光を使用するので、Ｌ＆Ｓパターンや孤立パターンなど多種多様なパターンの解像寸法を制御し、レジストへのパターン転写を高精度に行って高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００４０】
本発明は、露光装置本体部１が変動幅Ｆ１を担保できない場合に限定されない。担保できる場合であっても変動幅を低減すれば、その分、焦点深度を大きく取れるなどプロセスの自由度を大きくするために好ましい。これにより、プロセスが容易になったり、例えば、より安価なウェハを使用できたりする場合がある。
【００４１】
図５に示すように、波長制御部２０４は揺動周期を主制御部１６によるパターンを投影するタイミングとしての制御周期に設定している。図５において、縦軸の目標中心波長はＷＬ２であり、横軸の制御周期は投影レンズ１３によって定まるものである。揺動周期のｎ倍が制御周期であれば足りる。
【００４２】
本実施例の波長スペクトラム変更方法は、上述したように、例えば、Ｌ＆Ｓパターン５２の要素の線幅と孤立パターン５４の線幅を略等しくするのに有効であるが、それに限定されず、両者の線分に積極的に差を持たせようとする場合にも有効である。例えば、図７に示すように、両者の線分に差ＷＤを持たせようとする場合、それに対応したスペクトル幅を選択することができる。両者の線分に積極的に差を持たせようとする場合とは、例えば、本来予定されたウェハやレジストを使用しない場合などである。
【００４３】
本実施例のようなマスクのパターンと被露光体とを相対的に走査しながら、前記パターンを前記被露光体に露光する露光装置において、波長スペクトラムを変更する際には、ウェハ等の被露光体の１点にレーザ光が照射される時間が、波長選択素子を駆動（揺動）する周期（所定の周期）の実質的に整数倍であることが好ましい。たとえば、被露光体の１点にレーザ光が照射される時間をＴ１、波長選択素子を駆動する周期をＴ２とするとき、以下の条件を満足することが好ましい。
【００４４】
【数１】
2005191503.tif 000003
【００４５】
以下の条件を満足することが好ましい。
【００４６】
【数２】
2005191503.tif 000004
【００４７】
次に、図８及び図９を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図８は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。ステップ２（マスク製作）では、設計した回路パターンを形成したマスクを製作する。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなどの材料を用いてウェハを製造する。ステップ４（ウェハプロセス）は、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて本発明のリソグラフィー技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の工程を含む。ステップ６（検査）では、ステップ５で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００４８】
図９は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）では、ウェハ上に電極を蒸着などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。本発明のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、本発明のリソグラフィー技術を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。また、本発明は、かかるデバイス製造方法の中間及び最終結果物であるデバイス自体もカバーする趣旨である。また、かかるデバイスは、例えば、ＬＳＩやＶＬＳＩなどの半導体チップ、ＣＣＤ、ＬＣＤ、磁気センサ、薄膜磁気ヘッドなどを含む。
【００４９】
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施形態としての露光装置の概略ブロック図である。
【図２】図１に示す露光装置のレーザ装置の概略ブロック図である。
【図３】図２に示すレーザ装置による波長スペクトラムの変更を説明するための図である。
【図４】スペクトル幅安定化方法を用いた露光方法を説明するフローチャートである。
【図５】図３に示す揺動周期の設定を説明するための波形図である。
【図６】図３に示す波長スペクトラムの幅の設定方法を説明するためのグラフである。
【図７】図２に示す露光方法の充填ステップの第３の実施例のフローチャートである。
【図８】図１に示す露光装置を使用してデバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図９】図８に示すステップ４の詳細なフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１                  露光装置本体部
２                  レーザ装置
１２                マスク
１３                投影レンズ（投影光学系）
１４                ウェハ
１６                主制御部  
１００              露光装置
２０１              レーザ主制御部
２０４              波長制御部
２０８              光モニタ部
２１１              狭帯域化モジュール
２１２              ステッピングモータ
【図１】
2005191503.tif 000005
【図２】
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【図３】
2005191503.tif 000007
【図４】
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【図５】
2005191503.tif 000009
【図６】
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【図７】
2005191503.tif 000011
【図８】
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【図９】
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