(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過率が時間とともに変化する光学系を介して、前記露光光で照明されたパターンを感光性基板上に投影する投影露光方法において、
前記露光光と略同じ波長の光に対する前記光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、
前記測定された複数の透過率に基づいて、前記光学系の透過率の時間変化特性を予測して、その予測結果に基づいて前記感光性基板に前記パターンを投影することを特徴とする投影露光方法。
【請求項２】
請求項１に記載の投影露光方法において、
前記露光光と略同じ波長の光は前記露光光を発する光源から射出されることを特徴とする投影露光方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の投影露光方法において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光と略同じ波長の光を前記光学系に照射する前の時点、および前記露光光と略同じ波長の光を前記光学系に所定時間照射した後の時点を含み、前記両時点は前記パターンを前記感光性基板に投影する前の時点であることを特徴とする投影露光方法。
【請求項４】
請求項２に記載の投影露光方法において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板に投影する前の時点、および前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板に投影した後の時点を含むことを特徴とする投影露光方法。
【請求項５】
請求項２に記載の投影露光方法において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光で照明された前記パターンを一枚の前記感光性基板に投影する前の時点、前記露光光で照明された前記パターンを一枚の前記感光性基板に投影した後の時点を含むことを特徴とする投影露光方法。
【請求項６】
請求項２に記載の投影露光方法において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板上の所定領域に投影する前の時点、前記露光光で照明された前記パターンを前記所定領域に投影した後の時点を含むことを特徴とする投影露光方法。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の投影露光方法において、
前記光学系は、前記露光光で前記パターンを照明する照明光学系の一部と、前記照明光学系により照明された前記パターンを前記感光性基板上に投影する投影光学系とを有することを特徴とする投影露光方法。
【請求項８】
請求項１〜６に記載の投影露光方法において、
前記光学系は、前記露光光で前記パターンを照明する照明光学系を有し、
前記照明光学系の透過率の変動が前記光学系の透過率の変動に寄与する場合、前記露光光と略同じ波長の光に対する前記照明光学系の透過率を複数の異なる時点で測定して前記光学系の透過率の時間変化特性を予測することを特徴とする投影露光方法。
【請求項９】
請求項１〜６に記載の投影露光方法において、
前記光学系は、前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板上に投影する投影光学系を有し、
前記投影光学系の透過率の変動が前記光学系の透過率の変動に寄与する場合、  前記露光光と略同じ波長の光に対する前記投影光学系の透過率を複数の異なる時点で測定して前記光学系の透過率の時間変化特性を予測することを特徴とする投影露光方法。
【請求項１０】
請求項１〜９の投影露光方法において、
前記予測された透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板上に照射される露光光の積算光量を前記感光性基板の感度に応じた適正値に制御することを特徴とする投影露光方法。
【請求項１１】
請求項１〜９の投影露光方法において、
前記予測された透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板上に照射される露光光の強度を調整することを特徴とする投影露光方法。
【請求項１２】
請求項７又は９の投影露光方法において、
前記露光用光源からパルスビームの露光光を出射して前記感光性基板上に前記パターンを投影する際、前記露光光に対して前記パターンが形成されたマスクを相対移動するのに同期して、前記マスクを介して前記投影光学系を通過する露光光に対して前記感光性基板を相対移動する場合には、前記透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板に入射する露光光の強度と、前記感光性基板の移動方向に関する前記感光性基板上での前記露光光の幅と、前記移動方向に関する前記感光性基板の移動速度と、前記露光用光源の発振周波数との少なくとも１つを調整して前記露光光の積算光量を前記感光性基板の感度に応じた適正値に制御することを特徴とする投影露光方法。
【請求項１３】
請求項１〜１２の投影露光方法において、
前記露光用光源から射出される露光光の照度と、前記感光性基板上での前記露光光の照度との比率に基づいて算出された複数個の透過率からその時間変化特性を算出することを特徴とする投影露光方法。
【請求項１４】
露光用光源からの露光光で照明されたパターンを感光性基板上に投影する光学系を備え、前記光学系の透過率が時間とともに変化する投影露光装置において、
前記露光光と略同じ波長の光に対する前記光学系の透過率を複数の異なる時点で測定する測定手段と、
前記測定された複数の透過率に基づいて、前記光学系の透過率の時間変化特性を予測する予測手段とを具備することを特徴とする投影露光装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の投影露光装置において、
前記露光光と略同じ波長の光は前記露光用光源から射出される露光光であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載の投影露光装置において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光と略同じ波長の光を前記光学系に照射する前の時点、および前記露光光と略同じ波長の光を前記光学系に所定時間照射した後の時点を含み、前記両時点は前記パターンを前記感光性基板に投影する前の時点であることを特徴とする投影露光装置。
【請求項１７】
請求項１５に記載の投影露光装置において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板に投影する前の時点、および前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板に投影した後の時点を含むことを特徴とする投影露光装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の投影露光装置において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光で照明された前記パターンを一枚の前記感光性基板に投影する前の時点、前記露光光で照明された前記パターンを一枚の前記感光性基板に投影した後の時点を含むことを特徴とする投影露光装置。
【請求項１９】
請求項１５に記載の投影露光装置において、
前記複数の異なる時点は、
前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板上の所定領域に投影する前の時点、前記露光光で照明された前記パターンを前記所定領域に投影した後の時点を含むことを特徴とする投影露光装置。
【請求項２０】
請求項１４〜１９に記載の投影露光装置において、
前記光学系は、前記露光光で前記パターンを照明する照明光学系の一部と、前記照明光学系により照明された前記パターンを前記感光性基板上に投影する投影光学系とを有することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２１】
請求項１４〜１９に記載の投影露光装置において、
前記光学系は、前記露光光で前記パターンを照明する照明光学系を有し、
前記照明光学系の透過率の変動が前記光学系の透過率の変動に寄与する場合、前記測定手段は、前記露光光と略同じ波長の光に対する前記照明光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、前記予測手段はその複数回の測定結果に基づいて前記光学系の透過率の時間変化特性を予測することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２２】
請求項１４〜１９に記載の投影露光装置において、
前記光学系は、前記露光光で照明された前記パターンを前記感光性基板上に投影する投影光学系を有し、
前記投影光学系の透過率の変動が前記光学系の透過率の変動に寄与する場合、  前記測定手段は、前記露光光と略同じ波長の光に対する前記投影光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、前記予測手段はその複数回の測定結果に基づいて前記光学系の透過率の時間変化特性を予測することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２３】
請求項１４〜２２の投影露光装置において、
前記予測された透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板上に照射される露光光の積算光量を前記感光性基板の感度に応じた適正値に制御する積算露光量制御手段を具備することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２４】
請求項１４〜２２の投影露光装置において、
前記予測された透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板上に照射される露光光の強度を調整する露光光強度調整手段を具備することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２５】
請求項２０又は２２の投影露光装置において、
露光用光源からパルスビームの露光光を出射して前記感光性基板上に前記パターンを投影する際、前記露光光に対して前記パターンが形成されたマスクを相対移動するのに同期して、前記マスクを介して前記投影光学系を通過する露光光に対して前記感光性基板を相対移動する場合には、前記透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板に入射する露光光の強度と、前記感光性基板の移動方向に関する前記感光性基板上での前記露光光の幅と、前記移動方向に関する前記感光性基板の移動速度と、前記露光用光源の発振周波数との少なくとも１つを調整して前記露光光の積算光量を前記感光性基板の感度に応じた適正値に制御する制御手段を具備することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２６】
請求項１４〜２５の投影露光装置において、
前記予測手段は、前記露光用光源から射出される露光光の照度と、前記感光性基板上での前記露光光の照度との比率に基づいて算出された複数個の透過率に基づいて前記透過率の時間変化特性を算出することを特徴とする投影露光装置。
【請求項２７】
露光用光源からの露光光で照明されたパターンを感光性基板上に投影する光学系を備え、前記光学系の透過率が時間とともに変化する投影露光装置で半導体デバイスを製造する方法において、
前記露光光と略同じ波長の光に対する前記光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、
前記測定された複数の透過率に基づいて前記光学系の透過率の時間変化特性を予測し、
その予測結果に基づいて前記感光性基板に前記パターンを投影して製造することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２８】
透過率が時間とともに変化する光学系を介して、前記露光光で照明されたパターンを感光性基板上に投影する光学系の光洗浄方法において、
前記露光光と略同じ波長の光に対する前記光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、
前記測定された複数の透過率に基づいて、前記光学系の透過率の時間変化特性を予測しながら前記光学系を光洗浄することを特徴とする光学系の光洗浄方法。
【請求項２９】
請求項２８の光洗浄方法において、
前記複数の異なる時点は、前記露光光と略同じ波長の光を前記光学系に照射する前の時点、および前記露光光と略同じ波長の光を前記光学系に所定時間照射した後の時点を含み、前記両時点は前記パターンを前記感光性基板に投影する前の時点であることを特徴とする光学系の光洗浄方法。
【請求項３０】
所定のパターンが形成された原版に露光用光源から出射される露光光を照明する照明光学系と、この照明光学系により照明された前記原版のパターンを感光性基板に投影する投影光学系とを備え、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方における透過率が時間とともに変化する投影露光装置において、
前記露光用光源から前記原版に照射される露光光の照度を検出する原版照度検出器と、
前記感光性基板上における露光光の照度を検出する基板照度検出器と、
前記原版照度検出器で検出された原版に照射される露光光の照度と前記基板照度検出器で検出された前記基板に照射される露光光の照度との比率を複数回算出して、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方における透過率の時間変化特性を予測する予測手段と、
前記予測された時間変化特性と前記両照度の比率に基づいて、前記感光性基板に入射する露光光の積算光量を調節する制御装置とを備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３１】
所定のパターンが形成された原版に露光用パルス光源から出射される露光光を照明する照明光学系と、この照明光学系により照明された前記原版のパターンを感光性基板に投影する投影光学系とを備え、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方における透過率が時間とともに変化する投影露光装置において、
前記露光用光源から前記原版に照射される露光光の照度を検出する原版照度検出器と、
前記感光性基板上における露光光の照度を検出する基板照度検出器と、
前記原版照度検出器で検出された原版に照射される露光光の照度と前記基板照度検出器で検出された前記基板に照射される露光光の照度との比率を複数回算出して、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方における透過率の時間変化特性を予測する予測手段と、
前記予測された時間変化特性と前記両照度の比率に基づいて、前記感光性基板に照射される露光光の積算光量が前記感光性基板に応じた適正値となるように、前記感光性基板に照射されるパルス露光光の強度とパルス数の少なくとも一方を調節する制御装置とを備えることを特徴とする投影露光装置。
【請求項３２】
所定のパターンが形成された原版に露光用パルス光源から出射される露光光を照明する照明光学系と、この照明光学系により照明された前記原版のパターンを感光性基板に投影する投影光学系とを備え、前記照明光学系と投影光学系との少なくとも一方における透過率が時間とともに変化する投影露光装置を用いた投影露光方法において、
前記露光用光源から射出される露光光の照度と、前記感光性基板上での前記露光光の照度との比率を複数回算出し、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方における透過率の時間変化特性を予測する工程と、
前記露光用光源から射出される露光光の照度と、前記感光性基板上での前記露光光の照度との比率、および前記予測された透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板に入射するパルス露光光の強度とパルス数の少なくとも一方を調節する工程とを備えることを特徴とする投影露光方法。
【請求項３３】
露光用光源から射出される露光光で所定のパターンが形成された原板を照明する照明光学系と、該照明光学系により照明された前記原板のパターンを感光性基板上に投影する投影光学系とを備え、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方における透過率が時間とともに変化する投影露光装置を用いた投影露光方法において、
前記露光用光源から射出される露光光の照度と、前記感光性基板上での前記露光光の照度との比率を複数回算出し、前記照明光学系と前記投影光学系との少なくとも一方における透過率の時間変化特性を予測する工程と、
前記露光用光源から射出される露光光の照度と、前記感光性基板上での前記露光光の照度との比率、および前記予測された透過率の時間変化特性に基づいて、前記感光性基板上に照射される露光光の強度を調整する工程とを備えることを特徴とする投影露光方法。
【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、ＬＳＩ等の半導体素子、ＣＣＤ等の撮像素子、液晶表示素子、あるいは薄膜磁気ヘッド等の半導体素子を製造するための光リソグラフィー工程でマスクもしくはレチクル（以下、マスクとする）等の原版のパターンをウエハ等の感光性基板に露光するための投影露光装置、その露光装置を用いた投影露光方法、投影露光装置の光学系光洗浄方法、および半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化に伴い、その半導体素子を製造するために重要な光リソグラフィー工程にて使用される投影露光装置も長足な進歩を遂げてきている。投影露光装置に搭載されている投影光学系の解像力は、Ｒａｙｌｅｉｇｈの式で良く知られているように、Ｒ＝ｋ×λ／ＮＡの関係で表される。ここで、Ｒは投影光学系の解像力、λは露光用の光の波長、ＮＡは投影光学系の開口数、ｋはレジストの解像力の他にプロセスによって決定される定数である。
【０００３】
半導体素子の高集積化に対応して投影光学系での必要な解像力を実現するために、上式から分かるように、露光用の光源の短波長化や投影光学系の開口数を大きくする、いわゆる、高ＮＡ化への努力が続けられている。近年では、２４８ｎｍの出力波長を持つ弗化クリプトンエキシマレーザ（ＫｒＦエキシマレーザ）を露光用光源として、投影光学系の開口数も０．６以上の露光装置が実用され、０．２５μｍにも達する微細なパターンの露光が可能となってきている。
【０００４】
特に、最近では、弗化クリプトンエキシマレーザに続く光源として、１９３ｎｍの出力波長を持つ弗化アルゴンエキシマレーザ（ＡｒＦエキシマレーザ）が注目されてきている。この弗化アルゴンエキシマレーザを露光用光源とする露光装置が実現できれば、０．１８μｍ〜０．１３μｍまで及ぶ微細加工が可能となることが期待されており、精力的な研究開発が盛んに行われている。
【０００５】
この弗化アルゴンエキシマレーザの出力波長（１９３ｎｍ）の波長域では、透過率の観点からレンズとして使用可能な材料は、現段階では合成石英ガラス、弗化カルシウム（蛍石）の２つに限定されているので、この種の露光装置用の光学材料として、十分な透過率と、内部均一性を有する材料の開発が引き続き精力的に行われている。合成石英ガラスでは内部透過率が０．９９５／ｃｍ以上、弗化カルシウムでは内部吸収が無視できるレベルにまで到達している。
【０００６】
光学材料の表面にコートされる反射防止膜用の材料も弗化クリプトンエキシマレーザの出力波長（２４８ｎｍ）の波長域のものと比べて選択範囲が非常に狭く、設計上の自由度に大きな制約を受ける。しかしながら、精力的な開発努力によりその問題も克服されつつあり、各レンズ面での損失が０．００５以下というレベルまで実現されてきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＫｒＦエキシマレーザ光の波長よりも短い波長域においては、投影露光装置中の光学系（照明光学系、投影光学系）を構成する光学素子の表面に水分や有機物が付着して光学系の透過率が低下するという問題がある。これは、複数の光学素子に挟まれた空間内の気体、または光学系を支える鏡筒の内壁等から発生する水分や有機物が光学系の表面に付着することに起因する。
【０００８】
図１２は光学系の透過率の時間変化特性を示すものである。レーザ照射中は、レーザ光源からパルスレーザ光を連続して出射させながら、レーザ光源とマスクとの間の露光光の照度とウエハ上の露光光の照度を所定期間間隔で計測し、その両照度の比である光学系透過率を計測時刻ごとに算出して表している。レーザ停止中は、適当な時間間隔でレーザを照射して同様な光学系透過率をその時間ごとに算出して表わしたものである。図１２から分かるように、レーザ光の照射後は徐々に透過率が上昇してある程度時間が経過するとほぼ飽和状態となる。このように光学系透過率が徐々に回復する現象は光学系表面に付着した水分や有機物がレーザの照射により光学系表面から取除かれるためである。このため、露光開始前に露光用レーザ光を所定時間照射することによって透過率をほぼ飽和状態にし、しかる後に露光動作を開始することが考えられるが、スループットが低下するのに加えて、露光前にレーザを長時間発振させることはレーザ光源の耐久性の低下につながり、好ましくない。その上、ウエハやマスクの交換時を含めて常に露光用レーザ光を照射し続けることは困難である。
【０００９】
本発明の第１の目的は、光学系の透過率の時間変化に拘らず感光性基板上の露光光の照度を常に目標値とすることができるようにした投影露光方法および投影露光装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、照明光学系や投影光学系の透過率が変化しても、感光性基板上での露光光の積算光量（露光ドーズ）を、常に感光性基板の感度に応じた適正値に制御することができる投影露光方法および投影露光装置を提供することである。
本発明の第３の目的は、照明光学系や投影光学系の透過率の時間変化を予測しつつ光学系を光洗浄する方法を提供することである。
本発明の第４の目的は、照明光学系や投影光学系の透過率の時間変化を予測しつつ半導体基板に回路パターンなどを露光して歩留りを向上させるようにした半導体デバイスの製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、透過率が時間とともに変化する光学系を介して、前記露光光で照明されたパターンを感光性基板上に投影する投影露光方法およびその投影露光装置に適用される。そして上述の目的は、露光光と略同じ波長の光に対する光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、測定された複数の透過率に基づいて、光学系の透過率の時間変化特性を予測して、その予測結果に基づいて感光性基板にパターンを投影することにより達成される。
露光用光源からの露光光により透過率を計測するのが好ましい。透過率の複数回の測定を、パターンを感光性基板に投影する前の時点、すなわち、露光光と略同じ波長の光を光学系に照射する前の時点、および露光光と略同じ波長の光を光学系に所定時間照射した後の時点で行なうことができる。また、透過率の複数回の測定を、露光光で照明されたパターンを感光性基板に投影する前の時点、および露光光で照明されたパターンを感光性基板に投影した後の時点としてもよい。
たとえば、複数の測定時点は、露光光で照明されたパターンを一枚の感光性基板に投影する前の時点、露光光で照明されたパターンを一枚の感光性基板に投影した後の時点である。あるいは、複数の測定時点は、露光光で照明されたパターンを感光性基板上の所定領域に投影する前の時点、露光光で照明されたパターンを所定領域に投影した後の時点である。
光学系が露光光でパターンを照明する照明光学系と、この照明光学系により照明されたパターンを感光性基板上に投影する投影光学系とを有する場合、透過率が変動する光学系についてのみ透過率時間変化を予測するのが好ましい。
【００１１】
本発明では、予測された透過率の時間変化特性に基づいて、感光性基板上に照射される露光光の強度を調整することができる。あるいは、算出された透過率時間変化特性に基づいて、感光性基板上に照射される露光光の積算光量を感光性基板の感度に応じた適正値に制御することができる。
積算光量の制御方法において、露光用光源からパルスビームの露光光を出射して感光性基板上にマスクに形成されたパターンを投影する際、露光光に対してマスクを相対移動するのに同期して、マスクから発生して投影光学系を通過する露光光に対して感光性基板を相対移動する場合には、透過率の時間変化特性に基づいて、感光性基板に入射する露光光の強度と、感光性基板の移動方向に関する感光性基板上での露光光の幅と、移動方向に関する感光性基板の移動速度と、露光用光源の発振周波数との少なくとも１つを調整して露光光の積算光量を感光性基板の感度に応じた適正値に制御することができる。
【００１２】
また本発明は、露光用光源からの露光光で照明されたパターンの像を感光性基板上に投影する光学系を備え、光学系における露光光の透過率が時間とともに変化する投影露光装置で半導体デバイスを製造する方法に適用される。そして上述の目的は、露光光と略同じ波長の光に対する光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、測定された複数の透過率に基づいて光学系の透過率の時間変化特性を予測し、その予測結果に基づいて感光性基板にパターンを投影して製造することにより達成される。
【００１３】
さらに本発明は、露光用光源からの露光光で照明されたパターンの像を感光性基板上に投影する光学系を備え、光学系における露光光の透過率が時間とともに変化する投影露光装置の光学系光洗浄方法に適用される。そして、上述した目的は、露光光と略同じ波長の光に対する光学系の透過率を複数の異なる時点で測定し、測定された複数の透過率に基づいて、光学系の透過率の時間変化特性を予測しながら光学系を光洗浄することにより達成される。
【００１４】
本発明による投影露光装置は、露光用光源から原版に照射される露光光の照度を検出する原版照度検出器と、感光性基板上における露光光の照度を検出する基板照度検出器と、記原版照度検出器で検出された原版に照射される露光光の照度と基板照度検出器で検出された基板に照射される露光光の照度との比率を複数回算出して、投影光学系における露光光透過率の時間変化特性を予測する予測手段と、予測された時間変化特性と両照度の比率に基づいて、感光性基板に入射する露光光の積算光量を調節する制御装置とを備えて構成することができる。
露光用光源がパルス光源の場合、制御装置は、予測された時間変化特性と両照度の比率に基づいて、感光性基板に照射される露光光の積算光量が感光性基板に応じた適正値となるように、感光性基板に照射されるパルス露光光の強度とパルス数の少なくとも一方を調節する制御装置でもよい。
【００１５】
本発明による投影露光方法は、露光用光源から射出される露光光の照度と、感光性基板上での露光光の照度との比率を複数回算出し、照明光学系と投影光学系との少なくとも一方における露光光の透過率の時間変化特性を予測する工程と、露光用光源から射出される露光光の照度と、感光性基板上での露光光の照度との比率、および予測された透過率の時間変化特性に基づいて、感光性基板に入射するパルス露光光の強度とパルス数の少なくとも一方を調節する工程とを備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による実施の形態について説明する。図１は本発明による投影露光装置の概略的構成を示している。図１に示すように、例えば１９３ｎｍの出力波長を持つパルス光を発振するＡｒＦエキシマレーザ光源１からほぼ平行光束としてのレーザ光が出射され、シャッタ２を介して投影露光装置の本体側の光透過窓３へ導かれる。シャッタ２は、たとえばウエハまたはレチクルの交換中に照明光路を閉じ、これにより光源１が自己発振してパルス光の中心波長、波長幅および強度の少なくとも１つを含むビーム特性を安定化（調節）する。
【００１７】
ここで、投影露光装置本体は、チャンバー１００内に収容されており、温度が一定に保たれるように制御されている。光透過窓３を通過したレーザ光は、ビーム整形光学系４で所定断面形状のレーザ光に整形され、タレット板ＴＰに設けられた互いに透過率（減光率）が異なる複数のＮＤフィルタの１つ（図１ではＮＤ１）を通過して反射ミラー５で反射して、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６に導かれる。フライアイレンズ６は、多数のレンズ素子が束ねられて構成されており、このレンズ素子の射出面側には、それを構成するレンズ素子の数に対応した多数の光源像（２次光源）が形成される。
【００１８】
本実施の形態では、ターレット板ＴＰは６つのＮＤフィルターＮＤ１〜ＮＤ６（ＮＤ１、ＮＤ２のみ図示）を保持しており、モータＭＴ１によってターレット板ＴＰを回転させることにより、６つのＮＤフィルターがそれぞれ交換可能に照明光学系内に配置されるようになっている。ここで、６つのＮＤフィルターは、ウエハ２５上のレジストの感度、光源１の発振強度のばらつき、およびウエハ２５上での露光ドーズの制御精度などによって決定され、走査露光中にウエハ２５上の１点に照射すべきパルス光の数（露光パルス数）に応じて適宜選択される。換言すれば露光パルス数とは、可変視野絞り１２によって規定されるレチクル１６上の照明領域と投影光学系２３に関して共役な領域（すなわち、照明領域内に存在するレチクル１６のパターンの一部の像が投影される領域）を、ウエハ２５上の１点がその走査方向に沿って横切る間にその１点に照射されるパルス光の数である。
【００１９】
なお、図１中のターレット板ＴＰの代わりに、例えば複数のスリットをそれぞれ有する２枚のプレートを対向して配置し、その２枚のプレートをスリットの配列方向に相対移動してパルス光の強度を調整するものでもよい。
【００２０】
また、光源１は光源制御回路４５から送出されるトリガパルスに応じてパルス光を発振するとともに、光源制御回路４５は光源１への印加電圧（充電電圧）を調整して、光源１から射出されるパルス光の強度を調整する。なお、光源制御回路４５は、投影露光装置全体を統括制御するメインコントローラ（制御回路）４０からの指令に従って光源１を制御する。
【００２１】
本実施の形態では、光源制御回路４５による光源１の発振強度の調整と、ターレット板ＴＰによるパルス光の透過率（減光率）の調整との少なくとも一方によって、レチクル１６、すなわちウエハ２５上でのパルス光の強度を調整できるようになっている。
【００２２】
また、例えば特開平７−１４２３５４号公報に開示されているように、本実施の形態ではレチクル１６とウエハ２５とを同期移動してレチクル１６のパターンの像でウエハ２５を露光している間、モータＭＴ２によってミラー５を回転（振動）させる。従って、走査露光中、可変視野絞り１２によって規定されるレチクル１６上の照明領域内でスペックルなどの干渉縞が移動し、これによりウエハ２５上でのパルス光の積算光量分布がほぼ均一される。このとき、レチクル１６上の１点がその走査方向に沿ってその照明領域を横切る間にその干渉縞を少なくとも１回移動させる。また、照明領域内で干渉縞が走査方向、およびその走査方向と直交する方向にそれぞれ移動するように反射ミラー５を振動させることが好ましい。なお、照明領域内で干渉縞をレチクル１６の走査方向に沿って移動させるときは、パルス発光間にレチクル１６が移動する距離を考慮し、レチクル１６上の１点が照明領域を横切る間にその１点と干渉縞との位置関係が変化するように、そのパルス発光間での反射ミラー５の振り角、すなわち干渉縞の移動量を決定する。
【００２３】
なお、本例ではフライアイレンズ６を１つ設けているが、たとえば特開平１−２５９５３３号公報に開示されているように、反射ミラー５とタレット板ＴＰとの間に、第２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を設けてもよく、さらにはフライアイレンズの代わりに内面反射型のロッド状の光学部材をオプティカルインテグレータとして用いてもよい。
【００２４】
また後述するが、フライアイレンズ６により形成される多数の２次光源が形成される位置において、互いに形状と大きさの少なくとも一方が異なる複数の開口絞り７ａ〜７ｈが形成されているタレット板７が配設されている。このタレット板７はモータ８で回転駆動され、ウエハ２５上に転写すべきレチクル１６のパターンに応じて、１つの開口絞りが選択されて照明光学系の光路中に挿入される。なお、タレット板７とモータ８で照明系用可変開口絞り装置が構成される。
【００２５】
フライアイレンズ６によって形成される多数の２次光源からの光束は、タレット板７の可変開口絞りを通過してビームスプリッタ９で２つの光路に分岐され、反射光はインテグレータセンサ（光電検出器）１０に導かれて照明光の照度（強度）が検出される。検出された照度に応じた信号は制御回路４０に入力される。一方、透過光はリレーレンズ１１、長方形の開口を規定する可変視野絞り１２、リレーレンズ１３を通って反射ミラー１４で反射された後、複数のレンズ等の屈折性光学素子で構成されるコンデンサ光学系１５にて集光される。これにより、可変視野絞り１２の開口によって規定されるレチクル１６上の照明領域が重畳的にほぼ均一照明される。そして投影光学系２３によってウエハ２５上にレチクル１６上の回路パターンの像が形成され、ウエハ２５上に塗布されたレジストが感光して、ウエハ２５上に回路パターン像が転写される。
【００２６】
なお、可変視野絞り１２によって規定されるレチクル１６上の照明領域は、レチクル１６の走査方向の幅がパターン領域よりも狭く、かつその走査方向と直交する方向の幅がパターン領域よりも広くなっている。さらに照明領域は、投影光学系２３の光軸ＡＸを中心とし、投影光学系２３の円形イメージフィールド内でその直径に沿って延びている。
【００２７】
また、モータＭＴ３によって可変視野絞り１２を構成する少なくとも１つのブレードを移動することにより、可変視野絞り１２の矩形開口の形状や大きさを変更できるようになっている。特に、その矩形開口の短手方向の幅を変更すると、レチクル１６上での照明領域の走査方向の幅が変化し、これにより走査露光によってウエハ２５上の１点に照射される複数のパルス光の積算光量（露光ドーズ）を調整することが可能となる。これは、投影光学系２３に関してレチクル１６上の照明領域と共役な矩形領域をウエハ２５上の１点がその走査方向に沿って横切る間にその１点に照射されるパルス光の数が変更されるためである。
【００２８】
ここで、前述したように本実施の形態では、光源制御回路４５から送出されるトリガパルスによって光源１の発振周波数を変更でき、これにより走査露光中にウエハ２５上の１点に照射される複数のパルス光の積算光量を調整することが可能となっている。さらに、ウエハ２５（およびレチクル１６）の走査速度を変更することによっても、走査露光中にウエハ２５上の１点に照射される複数のパルス光の積算光量を調整できる。これも前述と同様に、発振周波数や走査速度の変更により、レチクル１６上の照明領域と共役な投影領域をウエハ２５上の１点がその走査方向に沿って横切る間にその１点に照射されるパルス光の数が変更されるためである。
【００２９】
さて、走査型投影露光装置では、ウエハ２５上でのパルス光の強度と、走査露光中にウエハ２５上の各点にそれぞれ照射されるパルス光の数との少なくとも一方を調整し、これによりレチクル１６のパターン像で露光されるウエハ２５上の領域内の各点にそれぞれ照射される複数のパルス光の積算光量（露光ドーズ）を、ウエハ２５上のフォトレジストの感度に応じた適正値に制御している。
【００３０】
前述したように本実施の形態では、光源１の発振強度と、パルス光の透過率（減光率）とをそれぞれ変更できるようになっており、その発振強度と透過率との少なくとも一方を変更することで、ウエハ２５上でのパルス光の強度を調整でき、これにより、露光ドーズを最適化することができる。本発明では、このようなパルス光強度の調節による露光ドーズの最適化に代えて、ウエハ２５上の各点にそれぞれ照射されるパルス光の数を調整することにより露光ドーズを最適化してもよい。すなわち、この実施の形態では、前述した可変視野絞り１２の開口幅、すなわちウエハ２５上でのパルス光（前述の投影領域に対応）のその走査方向の幅と、光源１の発振周波数と、ウエハ２５の走査速度とをそれぞれ変更できるようになっており、そのパルス光の幅と発振周波数と走査速度との少なくとも１つを変更することで、ウエハ２５上の各点にそれぞれ照射されるパルス光の数を調整できる。もちろん、ウエハ２５上でのパルス光の強度と、ウエハ２５上の各点にそれぞれ照射されるパルス光の数をそれぞれ調整することによって、露光ドーズの最適化を図ることもできる。
【００３１】
すなわち本実施の形態では、光源１の発振強度、パルス光の透過率（減光率）、ウエハ２５上でのパルス光の幅、光源１の発振周波数、およびウエハ２５の走査速度の少なくとも１つを調整して、ウエハ２５上の各点での露光ドーズをその適正値に、あるいはその露光ドーズの制御精度を要求精度（例えば±１〜２％）内に設定できる。
【００３２】
なお、本例の投影光学系２３は全て屈折性のレンズ等の光学素子で構成されており、投影光学系２３の瞳（入射瞳）の位置には開口絞りＥｐが配置されている。この開口絞りＥｐは投影光学系の開口数を変更できるように、その大きさを変更できる機構になっていてもよく、この場合、投影光学系内の開口絞りＥｐと照明光学系内の可変開口絞り７ａ〜７ｈとは、光学的に共役な位置に配置される。
【００３３】
レチクル１６はレチクルホルダ１７によりレチクルステージ１８に保持固定される。レチクルステージ１８は、図１の紙面と直交する面内に沿って２次元的に移動するようにベース２２に設けられている。レチクルホルダ１７にはミラー２１が設置され、レーザ干渉計２０からのレーザ光がミラー２１で反射されてレーザ干渉計２０に入射し、レーザ干渉計２０によりレチクルステージ１８の位置が計測される。この位置情報は制御回路４０に入力され、この位置情報に基づいて制御回路４０はレチクルステージ駆動用モータ１９を駆動してレチクル１６の位置、および走査露光中のレチクル１６の速度などを制御している。
【００３４】
ウエハ２５はウエハホルダ２６によりウエハステージ２７に保持固定される。ウエハステージ２７は、図１の紙面と直交する面内に沿って２次元的に移動するように設けられている。ウエハステージ２７にはミラー３１が設置され、レーザ干渉計３０からのレーザ光がミラー３１で反射されてレーザ干渉計３０に入射し、レーザ干渉計３０によりウエハステージ２７の位置が計測される。この位置情報は制御回路４０に入力され、この位置情報に基づいて制御回路４０はウエハステージ駆動用モータ２９を駆動してウエハ２５の位置および走査中のウエハ２５の速度などを制御している。ウエハステージ２７上には照度センサ（光電検出器）２８が設けられ、ウエハ２５に照射される露光光の照度が検出される。この照度センサ２８の検出信号は制御回路４０に入力される。
【００３５】
この実施の形態の投影露光装置では、照明光学系を窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中に配設する。そのため、たとえば特開平６−２６０３８５号公報に開示されているように、図示しない照明光学系の筐体に不活性ガスを供給する不活性ガス供給装置と、筐体から汚染された不活性ガスを排出する不活性ガス排出装置とが設けられる。また、投影光学系２３を構成する複数の光学部材間に形成される複数の空間にも窒素ガスなどの不活性ガスを供給し、汚染された不活性ガスを複数の空間から排出する。そのため、不活性ガス供給装置４１と不活性ガス排出装置４２が設けられ、ガス供給装置４１はパイプ４３を介して投影光学系２３の内部へ乾燥した窒素などの不活性ガスを供給し、また排出装置４２は投影光学系２３の内部の気体をパイプ４４を介して外部へ排出する。なお、不活性ガスとしては窒素に限ることなく、ヘリウム、アルゴン等の気体を用いることも可能である。
【００３６】
次に、投影露光装置における照明光学系の開口数（すなわち２次光源の形状や大きさ）を変更する可変開口絞り装置について説明する。図１に示すように、タレット板７上の、照明光学系の光路中に挿入された開口絞りの最周縁（最外径）からの光軸ＡＸに平行な主光線Ｒｉにより決定される照明光学系の開口数をＮＡｉ（＝ｓｉｎθｉ）とし、投影光学系２３の開口絞りＥｐの最周縁（最外径）からの光軸ＡＸに平行な主光線Ｒ0により決定される投影光学系２３の照明光学系側の開口数をＮＡｏ（＝ｓｉｎθ0）とするとき、コヒーレンスファクターとしてのσ値は、次式にて定義される。
【数１】
σ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ
【００３７】
なお、投影光学系２３の瞳（入射瞳）の位置に配置される開口絞りＥｐと照明光学系のタレット板７上の可変開口絞りとは光学的に共役であり、投影光学系２３の瞳上には可変開口絞りの像（２次光源の像）が形成されるため、可変開口絞りの像の直径をＤ７とし、投影光学系２３の開口絞りＥｐの直径をＤ２３とするとき最大のコヒーレンスファクターとしてのσ値は次式で定義することができる。
【数２】
σ＝Ｄ７／Ｄ２３
【００３８】
一般的に、光リソグラフィー工程における投影露光装置のσ値は、０．３〜０．８の範囲に設定されるように構成されている。本例では、図１に示すタレット板７には、図２に示す複数の開口絞り７ａ〜７ｈが設けられ、後述するように、用途に応じていずれかの開口絞りが選択される。
【００３９】
図２に示すように、石英等の透明基板からなるタレット板７には、８つの開口絞り７ａ〜７ｈが形成されている。円形開口を持つ５つの開口絞り７ａ，７ｅ〜７ｈは、σ値を積極的に変化させるためのものであり、そのうちの３つの開口絞り７ｅ，７ｆ，７ｇは、実際の露光動作時において用いられる絞りであり、残りの２つの開口絞り７ａ，７ｈは、光洗浄動作時において用いられる開口絞りである。光洗浄とは、レーザを照射することにより、レンズ表面に付着している水分や有機物質などの汚染物質をレンズ表面から剥離させて、透過率を向上させるものである。
【００４０】
また３つの変形開口を持つ開口絞り７ｂ〜７ｄは露光動作時において用いることによって投影光学系２３の解像力（焦点深度）を向上させるためのものである。開口絞り７ｃ，７ｄは、互いに輪帯比（輪帯開口の内径と外径の比）の異なる輪帯開口を持つ絞りであり、残りの１つの開口絞り７ｂは、４つの偏心した２次光源を形成するために４つの偏心した開口を持つ絞りである。
【００４１】
８つの開口絞り７ａ〜７ｈを持つターレット板７は、図１に示すモータ８を介して回転され、８つの開口絞りのうちの１つの開口絞り、すなわち所望の開口形状を有する絞りがフライアイレンズ６の射出面に近接して配置される。換言すれば、フライアイレンズ６によって２次光源が形成される、その射出側焦点面に設定される。このモータ８の駆動は制御回路４０によって制御されている。
【００４２】
図３は、互いに異なる大きさの円形開口を持つ開口絞り７ａ、７ｅ〜７ｈの像が投影光学系２３内の開口絞りＥｐ上に形成されるときの様子を示している。それぞれの開口絞りについて詳細に（１）〜（５）により説明する。
【００４３】
（１）一番小さな円形開口を持つ開口絞り７ｅが照明光路内に設定されると、照明光学系の開口数ＮＡｉが一番小さくなり、このとき、開口径Ｄ２３ａを持つ開口絞りＥｐの内部には、開口径Ｄ７ｅの開口絞り７ｅの像が形成され、σ値が０．４に設定される。すなわち、σ＝Ｄ７ｅ／Ｄ２３ａ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝０．４の関係が成立する。したがって、開口絞り７ｅが照明光路内に設定されると、０．４のσ値のもとでレチクル１６のパターンをウエハ２５上に転写することができる。
【００４４】
（２）開口絞り７ｅよりも大きな円形開口を持つ開口絞り７ｆが照明光路内に設定されると、照明光学系の開口数ＮＡｉは、開口絞り７ｅが照明光路内に設定された時よりも大きくなる。このとき、開口径Ｄ２３ａを持つ開口絞りＥｐの内部に、開口径Ｄ７ｆの開口絞り７ｆの像が形成され、σ値が０．６に設定される。すなわち、σ＝Ｄ７ｆ／Ｄ２３ａ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝０．６の関係が成立する。したがって、開口絞り７ｆが照明光路内に設定されると、０．６のσ値のもとでレチクル１６のパターンをウエハ２５上に転写することができる。
【００４５】
（３）開口絞り７ｆよりも大きな円形開口を持つ開口絞り７ｇが照明光路内に設定されると、照明光学系の開口数ＮＡｉは、開口絞り７ｆが照明光路内に設定された時よりも大きくなる。このとき、開口径Ｄ２３ａを持つ開口絞りＥｐの内部に、開口径Ｄ７ｇの開口絞り７ｇの像が形成され、σ値が０．８に設定される。すなわち、σ＝Ｄ７ｇ／Ｄ２３ａ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝０．８の関係が成立する。したがって、開口絞り７ｇが照明光路内に設定されると、０．８のσ値のもとでレチクル１６のパターンをウエハ２５上に転写することができる。
【００４６】
（４）開口絞り７ｇよりも大きな円形開口を持つ開口絞り７ｈが照明光路内に設定されると、照明光学系の開口数ＮＡｉは、開口絞り７ｇが照明光路内に設定された時よりも大きくなる。このとき、開口絞りＥｐの開口径Ｄ２３ａと同じ大きさの開口径Ｄ７ｈを持つ開口絞り７ｈの像が形成され、σ値が１．０に設定される。すなわち、σ＝Ｄ７ｈ／Ｄ２３ａ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝１．０の関係が成立する。したがって、開口絞り７ｈが照明光路内に設定されると、照明光学系のコンデンサ光学系１５を構成する光学素子の有効径、および投影光学系２３を構成するレンズ等の光学素子の有効径、さらにはこれらの光学素子の有効径を越える部分にまで十分に照明光束を導ける。このため、これらの光学素子の表面に付着した水分や有機物等を露光用の照明光束による光洗浄効果によって消失させることができる。
【００４７】
（５）開口絞り７ｈよりも大きな円形開口を持つ開口絞り７ａが照明光路内に設定されると、照明光学系の開口数ＮＡｉは、開口絞り７ｈが照明光路内に設定された時よりも大きくなる。このとき、開口径Ｄ２３ａを持つ開口絞りＥｐを含むように、開口径Ｄ７ａの開口絞り７ａの像が形成され、σ値が１．２に設定される。すなわち、σ＝Ｄ７ａ／Ｄ２３ａ＝ＮＡｉ／ＮＡｏ＝１．２の関係が成立する。したがって、開口絞り７ａが照明光路内に設定されると、照明光学系のコンデンサ光学系１５を構成する光学素子の有効径、および投影光学系２３を構成するレンズ等の光学素子の有効径は勿論のこと、これらの光学素子の有効径を越えたレンズ周縁部にまで十分に照明光束を導ける。このため、これらの光学素子の表面に付着した水分や有機物等を光洗浄するという効果を十分に得ることができる。
【００４８】
次に本例における動作について説明する。まず、図１に示すように、乾燥した窒素等の不活性ガスをガス供給装置４１からパイプ４３を介して投影光学系２３の内部に供給し、完全に充填された後、排出装置４２により投影光学系２３の内部の気体をパイプ４４を介して外部へ排出する。照明光学系の露光光の光路全体も、投影光学系２３のように密閉構造とし、同様に乾燥した窒素等の不活性ガスを供給充填するとともに、排出装置で内部の気体を排出する。
【００４９】
なお、露光中もガス供給装置４１と排出装置４２を常時作動させ、レンズ室などの光学素子間の雰囲気を常に乾燥清浄された状態に保持するのが好ましいが、露光動作に先立ってレンズ室などの光学素子間に形成される空間の気体を清浄化した後は、供給装置４１と排出装置４２を停止させてもよい。照明光学系も同様である。
【００５０】
次いで、不図示のレチクルローディング機構により、転写の目的となるパターンの描画されたレチクル１６をレチクルステージ１８の上に搬送して載置する。このとき、そのレチクル１６が所定の位置に設置されるように、不図示のレチクルアライメント系によりそのレチクル１６の位置を計測し、その結果にしたがって、不図示のレチクル位置制御回路によってレチクル１６の位置を所定の位置に設定する。
【００５１】
次に露光工程を開始する前に、図４で符号Ｃ１で示すような投影光学系２３の透過率時間変化予測直線（透過率時間変化特性）を算出する。図４は横軸に露光時間を縦軸に透過率を取ったグラフである。この透過率はインテグレータセンサ１０へ露光光を分岐するハーフミラー９からウエハ面までの光学系（以下、この光学系を透過率計測光学系と呼ぶ）の透過率である。
【００５２】
まず、照度センサ２８を投影光学系２３の光軸上に配置し、レーザ光源１を駆動してたとえば２００００パルスの空打ちを行なう。たとえば１回目のパルスに同期してインテグレータセンサ１０と照度センサ２８でそれぞれ露光光の照度を取込む。このときのインテグレータセンサ１０の出力ＬＩと照度センサ２８の出力ＬＷの比率ＬＷ／ＬＩを算出する。これが図４における露光開始時の透過率Ｐ０である。次いで、たとえば２０００１回目のパルスに同期して、インテグレータセンサ１０と照度センサ２８でそれぞれ露光光の照度を取込む。このときのインテグレータセンサ１０の出力ＬＩと照度センサ２８の出力ＬＷの比率ＬＷ／ＬＩを算出する。これが図４における露光時間ｔ１における透過率Ｐ１である。
【００５３】
レーザパルスの空打ちによる自己洗浄効果により投影光学系２３を含む透過率計測光学系の表面に付着していた水分や有機物質がレンズ表面から剥離し、透過率計測光学系の透過率は向上して透過率Ｐ１＞Ｐ０となる。この２つの透過率Ｐ０とＰ１を直線で結んで透過率時間変化予測直線Ｃ１を算出する。
【００５４】
図５は透過率時間変化特性直線を算出しながら露光を行う手順を示すフローチャートである。ステップＳ１で照明光学系の可変開口絞りと、レチクルの種類と、投影光学系の開口数ＮＡを決定して入力する。これに基づいて、タレット板７がモータ８で回転駆動されて、その種類に対応する形状および大きさを有する２次光源を形成する開口絞りが照明光路に挿入され、投影光学系２３の開口数ＮＡが開口絞りＥｐにより調節される。また、決定されたレチクル１６がレチクルライブラリから搬送されてレチクルステージ１８にセットされる。
【００５５】
ステップＳ２では、照度センサ２８が投影光学系２３の光軸上に位置するようにウエハステージ２７を移動する。ステップＳ３では、レーザ光源１を駆動してレーザ光を出射させ（空打ちする）、インテグレータセンサ１０でミラー９から反射する露光光の照度ＬＩを検出し、照度センサ２８でウエハステージ２７上での露光光の照度ＬＷを検出する。ステップＳ４では、それらの検出結果を第１回目の検出照度として記憶保存する。ステップＳ５で２００００パルスの空打ちが終了と判定されるとステップＳ６に進む。ステップＳ６において、２０００１パルス目のパルスレーザを出射させ、インテグレータセンサ１０でミラー９から反射する露光光の照度ＬＩを検出し、照度センサ２８でウエハステージ２７上での露光光の照度ＬＷを検出する。ステップＳ７では、それらの検出結果を空打ち最後の検出照度として記憶保存する。
【００５６】
そして、ステップＳ８において、第１回目の検出照度と最後の検出照度に基づいて透過率時間変化予測直線を算出する。この予測直線は、図４に示すように、第１回目の検出照度の比ＬＷ／ＬＩによる透過率Ｐ０と、最後の検出照度の比ＬＷ／ＬＩによる透過率Ｐ１とを算出し、これらの点Ｐ０とＰ１を結んだ直線で近似される。この透過率時間変化予測直線は１次関数として記憶したり、あるいは露光時間に対する透過率のテーブルとして後述する記憶装置５７に記憶することができる。
【００５７】
このようして透過率時間変化予測直線Ｃ１が決定されたら、図５のステップＳ９において、１枚目のウエハ２５を投影光学系２３の光軸に対向させて露光を開始する。レチクル１６のパターンが転写されるウエハ２５の表面には感光材料であるレジストがあらかじめ塗布されており、その状態で不図示のウエハローディング機構によりウエハ２５が搬送されてウエハステージ２７上に設置される。ウエハ２５はウエハステージ２７上でアライメントされて保持固定される。ウエハステージ２７上に設置されたウエハ２５は第１回目のパターンの転写では、そのウエハ２５上にパターンは存在せず、ウエハステージ２７上の所定の位置に、例えばウエハ２５の外径基準で定められる位置に設置される。その後、ウエハ２５上にパターンが転写される。この転写は、レチクル１６上のパターンの一部を可変視野絞り（レチクルブラインド）１２によって選択的に照明し、レチクルステージ１８によってレチクル１６をその可変視野絞り１２によって規定される照明領域に対して相対移動し、それに同期しながらウエハ２５をウエハステージ２７によって投影光学系２３に関してその照明領域と共役な投影領域に対して相対移動する、いわゆる走査型の転写（ステップアンドスキャン方式）である。あるいは、転写したいレチクル１６上のパターン領域の全面を１度に全て照明して転写するステップアンドリピート方式でもよい。
【００５８】
図６は本発明におけるレーザ光の強度をウエハ上での目標照度にフィードバック制御するブロック図であり、たとえば制御回路４０内にソフトウエアやハードウエアの形態で設けることができる。目標値設定回路５１には、レジストの感度特性などに応じて決定されるウエハ上での目標照度が設定される。上述したとおり、インテグレータセンサ１０はフライアイレンズ６で均一化された露光光の照度に応じた検出信号ＬＩを出力し、照度センサ２８はウエハステージ２７上の露光光の照度に応じた検出信号ＬＷを出力する。そこで、露光作業を開始する前に、照度センサ２８を投影光学系２３の光軸ＡＸ上に移動して、インテグレータセンサ１０の計測値ＬＩと照度センサ２８の計測値ＬＷをサンプルホールド回路５２で保持する。インテグレータセンサ１０の検出信号ＬＩと照度センサ２８の検出信号ＬＷとの比（センサ２８の出力ＬＷ／センサ１０の出力ＬＩ）を割算器５３で算出し、ゲインα演算器５４は、ＬＷ／ＬＩに所定の係数Ｋ１を乗じてゲインαを演算する。そして露光作業中は、乗算器５５でインテグレータセンサ１０の出力信号にゲインαが乗じられ、推定実照度ＬＰＲが出力される。すなわち、推定実照度ＬＰＲは、露光開始時においてインテグレータセンサ１０の計測値が１００でウエハ上の照度が５０であるとした場合、５０／１００の比率に所定の係数Ｋ１を乗じて求めたゲインαに露光中のインテグレータセンサ１０の出力信号を乗じてウエハ上の照度を推定したものである。すなわち、このゲインαは、透過率の変動がないものとしたときに最適な値として設定される。
【００５９】
インテグレータセンサ１０の検出信号に乗算器５５でゲインαが乗じられた推定実照度ＬＰＲにはさらに乗算器５６でゲインβが乗じられて、ウエハ上での補正後の推定実照度ＬＰＲＣが演算される。ゲインβは次のようにして算出される。記憶装置５７には、上述したように予め定められた透過率時間変化予測直線が記憶されている。タイマ５８は露光開始からの経過時間を計測し、その計時時間によって記憶装置５７をアクセスして透過率を読み出す。その読み出した結果はゲインβ演算器５９に入力され、ゲインβ演算器５９は読み出された透過率に所定の係数Ｋ２を乗じてゲインβを演算する。たとえば、透過率が８０％である場合にはゲインβは０．８×Ｋ２に設定される。
【００６０】
このようにしてインテグレータセンサ１０の検出信号にゲインα、βが乗じられた信号ＬＰＲＣはウエハステージ２７上での実照度を推定した値を表し、この信号は偏差器６０に入力される。偏差器６０は、目標値設定回路５１から出力されるウエハ上の目標照度と補正後の推定実照度との偏差を計算し、この偏差をＰＩＤ演算回路６１に入力してＰＩＤ演算を行ない、その演算結果を光源制御回路４５に送って光源１を制御する、すなわちその発振強度を調節する。
【００６１】
今、図４の時点ｔ１〜ｔ２の間でウエハ２５にパターン像が投影されるとすると、ｔ１〜ｔ２の間の露光中に使用される透過率はその間の経過時間（露光時間）に基づいて予測直線Ｃ１から算出される。
【００６２】
図５のステップＳ９（図４の時点ｔ２）で１枚目のウエハ２５に対する露光が終了すると、ステップＳ１０〜Ｓ１２において、上述のステップＳ２〜Ｓ４と同様にして、時点ｔ２でのインテグレータセンサ１０と照度センサ２８の比ＬＷ／ＬＩから透過率Ｐ２を算出し、この透過率Ｐ２を記憶してステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、ステップＳ８と同様にして、時点ｔ１の透過率Ｐ１と時点ｔ２の透過率Ｐ２を結び、図４に示すように、透過率時間変化予測直線Ｃ２を算出する。
【００６３】
次いで、ステップＳ１４において、次の（２枚目）のウエハ２５の露光を開始する。２枚目の露光に際しても、１枚目と同様に予測直線Ｃ２に基づいて、時点ｔ２〜ｔ３の経過時間から透過率を算出し、この透過率から算出されるゲインβを使用して露光量が制御される。
【００６４】
なお、ウエハ２５に対する第２回目以降のパターンの転写の場合には、少なくともウエハ２５上にはパターンが存在するから、そのあらかじめ転写されたパターンに付設されるマークを不図示のウエハアライメント系により計測することによりウエハ２５上のそのパターンの位置を計測し、その結果にしたがって、ウエハ２５上に先に転写されたパターンに対して、これから転写するパターンが所定の位置関係になるように、レチクルステージ１８やウエハステージ２７の位置を制御する。
【００６５】
以上の実施の形態では、時点ｔ０〜ｔ１の間に２０００１パルスの空打ちを行うものとしたが、空打ちのパルス数は２０００１パルスに限定されない。また、時点ｔ０とｔ１、時点ｔ１とｔ２の２つの透過率をそれぞれ結んで透過率時間変化予測直線を算出して透過率を予測するようにしたが、３点以上の透過率を用いてもよい。近似方法も直線近似ではなく、算出された透過率を直接結ばない回帰直線や回帰曲線でもよい。多項式近似、累乗近似、指数近似、修正指数近似などいずれの方法でもよい。
【００６６】
ここで、上述したように３点以上の透過率に基づいて透過率時間変化予測直線を算出する方式について図７を参照して詳細に説明する。図７は図４と同様な図であり、２枚目のウエハの露光に先立って、３点の透過率に基づいて算出した透過率時間変化予測直線Ｃ１１を示す図である。２枚目のウエハの露光を開始する前に、図７に示す時点ｔ０における透過率Ｐ０と、時点ｔ１における透過率Ｐ１と、時点ｔ２における透過率Ｐ２の３つのデータ（ｔ０，Ｐ０），（ｔ１，Ｐ１），（ｔ２，Ｐ２）に基づいて、次式の最小二乗法により近似直線Ｃ１１を算出する。
【数３】
0004029200.tif 000002
【００６７】
そして、２枚目のウエハの露光終了時点ｔ３の透過率Ｐ３を上述したと同様に算出し、３枚目のウエハの露光を開始する前に、図７に示す時点ｔ１における透過率Ｐ１と、時点ｔ２における透過率Ｐ２と、時点ｔ３における透過率Ｐ３の３つのデータ（ｔ１，Ｐ１），（ｔ２，Ｐ２），（ｔ３，Ｐ３）に基づいて、次式の最小二乗法により近似直線Ｃ２１を算出する。
【数４】
0004029200.tif 000003
【００６８】
以下、同様に４枚目以降のウエハを露光する際にも同様にして最新の３つのデータ組に基づいて透過率時間変化予測直線を算出し、その透過率時間変化予測直線にしたがって露光制御を行なう。
【００６９】
さらに以上では、１枚目のウエハの露光が終了した後は、次のウエハの露光開始前に透過率を計測して透過率時間変化予測直線を算出するようにしたが、誤差が許容できる範囲内で、ウエハ２枚ごと、３枚ごとなどに予測直線を算出してもよい。すなわち、複数枚のウエハに対して共通の予測直線から算出した透過率で露光量制御をしてもよい。図８はこの様な場合の露光手順を示すフローチャートである。
【００７０】
図８は、１枚のウエハごとではなく複数枚のウエハごとに透過率時間変化予測直線を算出して露光を行なう場合の手順例を示すフローチャートである。図５と同様な箇所には同一の符号を付して相違点を主に説明する。ステップＳ８で算出した透過率時間変化予測直線は、ステップＳ２１でｍ枚のウエハに対して露光処理が行なわれるまで共通に使用される。ステップＳ２１でｍ枚のウエハに対する露光処理が終了すると判定されると、ステップＳ２２で露光処理が全て終了したか判定する。全ての処理が終了と判定されたら、図８の処理を全て終了する。ステップＳ２２が否定され、引続きウエハの露光処理を実行する場合には、ステップＳ１０〜ステップＳ１３で前回の透過率と今回の透過率により透過率時間変化予測直線を新たに算出する。その上でステップＳ９に進み、新たな透過率時間変化予測直線を用いて露光量制御をしながら露光処理が行なわれる。
【００７１】
このように図８の手順によれば、透過率の変動がそれほど大きくない場合には複数枚のウエハごとに透過率時間変化予測直線を算出するようにしたので、スループットをそれほど低下させることなく精度良く適正露光量で露光することができる。
【００７２】
透過率の変動が１枚のウエハの露光の間に許容できない程度に変動するような場合には、１チップごと、あるいは２チップごとに予測直線を算出するのが好ましい。図９はこの様な場合の露光手順を示すフローチャートである。
【００７３】
図９は、１枚のウエハごとではなく１枚のウエハ上のＮチップごとに透過率時間変化予測直線を算出して露光を行なう場合の手順例を示すフローチャートである。図５と同様な箇所には同一の符号を付して相違点を主に説明する。ステップＳ８で算出した透過率時間変化予測直線は、ステップＳ３１でＮチップに対して露光処理が行なわれるまで共通に使用される。ステップＳ３２で１枚のウエハに対する露光処理が終了したか否かを判定する。否定されるとステップＳ１０〜ステップＳ１３で前回の透過率と今回の透過率により透過率時間変化予測直線を新たに算出する。その上でステップＳ３１に進み、新たな透過率時間変化予測直線を用いて露光量制御をしながら次のＮチップに対する露光処理が行なわれる。ステップＳ３２で１枚のウエハに対する露光処理が終了したと判定されると、ステップＳ３３で露光処理が全て終了したか判定する。全ての処理が終了と判定されたら、図９の処理を全て終了する。ステップＳ３３が否定され、引続き新たなウエハの露光処理を実行する場合には、ステップＳ１０〜Ｓ１３に進んで新たに透過率時間変化予測直線を算出してステップＳ３１以降の処理を実行する。
【００７４】
このように図９の手順によれば、透過率の変動が大きい場合には１枚のウエハの中でＮ個のチップを露光するごとに透過率時間変化予測直線を算出するようにしたので、精度良く適正露光量で露光することができる。なお、共通の透過率時間変化予測直線を使用するチップ数は１以上適宜の数である。
【００７５】
さらにまた、透過率の変化が許容できる程度に小さくなったときは、透過率時間変化予測直線による露光量制御を停止してもよい。図１０はこのような場合の露光手順を示すフローチャートである。図５と同様な箇所には同一の符号を付して相違点を主に説明する。
【００７６】
図１０において、ステップＳ４１において、透過率が予め定めた基準値以上であると判定されるまではステップＳ４４に進み、直前に算出された透過率時間変化予測直線を使用してステップＳ１４で次のウエハを露光処理する。ステップＳ４１において、透過率が予め定めた基準値以上であると判定されるとステップＳ４２に進んでフラグをセットし、ステップＳ４３において、以後の透過率時間変化がないものとしてゲインβの値を決定する。たとえば、図６において説明したように、ゲインβを係数Ｋ２に透過率を乗じて求める場合には、係数Ｋ２に、ステップＳ４１で定めた所定の透過率を乗じて決定される。そしてステップＳ１４で次のウエハを露光処理し、ステップＳ１５で全ての露光処理が終了ではないと判定されると、ステップＳ４５でフラグの状態を判定し、フラグがセットされていればステップＳ１４に、セットされていなければステップＳ１０に進む。
【００７７】
このように図１０の手順によれば、透過率が所定値以上になれば透過率時間変化予測直線を算出する必要がなく、処理時間を短縮してスループットを向上できる。
【００７８】
照度センサ２８によりウエハ２５上での照度を測定する場合、次の点に注意する必要がある。レチクルの透過率はレチクル１６のパターン密度によって影響を受け、照度センサ２８でウエハ２５上の照度測定するたびにレチクルの位置が異なると正確な透過率を測定できない。そのため、照度センサ２８によりウエハ２５上で照度を測定する場合、レチクルステージ１８上でレチクル１６は同じ位置に設定する必要がある。
【００７９】
また、レチクル表面積（パターンが形成される矩形領域の面積）に対するパターン面積（遮光部（クロム）の面積）の比率が小さい、いわゆる白レチクルと呼ばれるレチクルと、レチクル表面積に対するパターン面積の比率の大きい、いわゆる黒レチクルと呼ばれるレチクルでは透過率が大きく異なる。黒レチクルは照明される露光光の透過率が小さいので、照度センサ２８に入射する光量がセンサ２８の感度以下となる場合もある。この場合、ウエハ２５上の照度の測定が事実上できないので、透過率時間変化予測直線を算出することができない。
【００８０】
そこで、図１１に示すように、レチクルパターン領域ＲＰの外側に計測用透明領域ＲＡを形成したレチクル１６を使用し、ウエハ２５上の照度を計測する場合は、透明領域ＲＡと投影光学系２３に対して共役な位置に照度センサ２８を移動してウエハステージ上の照度を計測すればよい。ＰＥはペリクル枠の配置位置を示す。透明領域の形状や数量は図１１に限定されない。なお、透明領域ＲＡを使用しなくても、レチクル１６のパターン密度の低い領域と投影光学系２３に対して共役な位置で照度センサ２８を配置してもよい。あるいはレチクルステージ１８自体に照明光の通過する開口を設けてもよい。レチクルステージ１８を照明光路から完全に退避させて照度センサ２８で計測してもよい。
【００８１】
以上の実施の形態では、インテグレータセンサ１０からウエハステージ２６までの光学系の透過率の時間変化を予測、または計測して、光源１から射出される露光光の強度を調整し、それによりウエハ上の各点にそれぞれ照射される複数のパルス光の積算光量（露光ドーズ）を適正値に制御するものとした。しかしながら、例えばパルスビームを露光光として用いる走査型投影露光装置（スキャニング・ステッパー）では、前述のように予測された透過率、またはこの透過率から求められるウエハ上での露光光の強度に応じて、走査露光によってウエハ上の１点に照射されるパルス光の数を調整する、すなわちウエハ上での露光光のその走査方向の幅、光源１の発振周波数、およびウエハの走査速度の少なくとも１つを調整し、それにより前述の露光ドーズを適正値に制御するようにしてもよい。要は、ウエハ上での露光光の強度、露光光の幅、発振周波数、および走査速度の少なくとも１つを調整して、走査露光によってウエハに与えられる露光ドーズ（露光量）を適正値に制御すればよい。このとき、ウエハ上での露光光の強度は、光源１への印加電圧を変えてその発光強度を調整する、または図１中のターレット板ＴＰを回転させてＮＤフィルターを交換する、あるいは発光強度の調整とＮＤフィルターの交換とを併用することによって調整することができる。
【００８２】
また、連続光を露光光として用いる走査型投影露光装置（スキャニング・ステッパー）では、前述した透過率予測値またはウエハ上での露光光の強度に応じて、光源の発光強度、図１中のターレット板ＴＰなどの光量調整器における透過率（減光率）、ウエハ上での露光光の幅、およびウエハの走査速度の少なくとも１つを調整して、前述の露光ドーズを適正値に制御すればよい。さらに、パルスビームを露光光として用いる、レチクルとウエハとを静止させたままレチクルのパターン像でウエハを露光する投影露光装置（ステッパー）では、ウエハ上での露光光の強度（パルス光源の発光強度など）とその数との少なくとも一方を調整すればよい。また、連続光を露光光として用いるステッパーでは、ウエハ上での露光光の強度（光源の発光強度など）とその照射時間との少なくとも一方を調整すればよい。
【００８３】
露光中は照明光学系および投影光学系の透過率の変動を無視できない場合は、露光中に前述の調整（例えばウエハ上での露光光の強度やパルス数などの調整）を行うようにしてもよいし、特にパルスビームを用いるスキャニング・ステッパーでは、走査露光中の透過率の変化量（または変化率）を更に考慮して、前述の露光パルス数を決定するようにしてもよい。
【００８４】
ところで、前述の実施の形態（図１）では、投影光学系２３はレンズなどの屈折光学素子のみから構成されているものとしたが、例えばミラーなどの反射光学素子と屈折光学素子とを組み合わせた、いわゆるカタディオプティック光学系であってもよいし、あるいは反射光学素子のみからなる光学系であってもよい。
【００８５】
さらに露光光としてＡｒＦレーザについて説明したが、さらに波長の短い軟Ｘ線などのＥＵＶＬを使用した投影露光装置にも本発明を適用できる。また、露光光を用いて複数の時点で光学系の透過率を測定して透過率時間変化予測直線を算出するようにしたが、露光光の波長と略等しい波長の光を出射する別光源を用いても良い。さらに、投影光学系の透過率の変動がない、あるいは少ない場合には、照明光学系についてのみ透過率時間変化特性を求めればよい。この場合、レチクルステージ上に照度センサを配置し、インテグレータセンサ１０とその照度センサの出力値に基づいて透過率を測定する。その反対に、照明光学系の透過率の変動がない、あるいは少ない場合には、投影光学系についてのみ透過率時間変化特性を求めればよい。この場合、照明光学系と投影光学系との間から露光光をとりだして照度を測定すればよい。投影光学系または照明光学系の一方の透過率時間変化特性を求める場合、露光光を用いてもよく、また露光光の波長と略等しい波長の光を出射する別光源を用いても良い。
【００８６】
なお、透過率時間予測特性を算出し、この予測特性に基づいて露光制御するための露光装置は、本実施の形態で説明した多数の構成要素を電気的、機械的または化学的に連結することで組み立てられる。
以上のように本実施の形態によれば、透過率時間変化予測特性を算出し、この予測特性に基づいて露光を制御するようにしたので、照明光学系や投影光学系の透過率が露光中や装置の停止中に変動しても感光性基板を適正に露光することができる。たとえば感光性基板上での照度を適正値に制御したり、感光性基板上での露光光の積算光量（露光ドーズ）を常に感光性基板の感度に応じた適正値に制御することができる。また、感光性基板を露光する条件やマスクを照明する条件などが変更されても、あるいは、投影光学系の瞳面上での露光光の強度分布、すなわち照明光学系内の２次光源の強度分布（すなわち、形状や大きさ）、感光性基板に転写すべきマスク上のパターン、および投影光学系の開口数の少なくとも１つが変更されても、露光処理中の透過率時間変化予測特性を算出するようにしたから、照明光学系や投影光学系の透過率の変化による感光性基板上での露光ドーズの変動を防止できる。さらに、露光前に露光光と略同じ波長の光を照射して透過率時間変化予測特性を算出するようにすれば、露光処理の前の光洗浄と同時に透過率時間変化予測特性を算出することができ、スループットの低下も防止される。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、透過率時間変化予測特性を算出し、この予測特性に基づいて露光を制御するようにしたので、光学系の透過率が露光中や装置の停止中に変動しても感光性基板を適正に露光することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影露光装置の概略的構成を示す図
【図２】図１に示したタレット板に形成された可変開口絞りを示す図
【図３】図１の投影露光装置内の投影光学系の瞳位置に形成される照明光学系内の可変開口絞りの様子を示す図
【図４】露光時間と透過率の関係を示すグラフ
【図５】透過率時間変化予測直線を算出しながらウエハ上にパターンを露光する手順を示すフローチャート
【図６】ウエハ上の露光光の照度目標値に制御するためのフィードバック系のブロック図
【図７】露光時間と透過率の関係を示すグラフ
【図８】透過率時間変化予測直線を算出しながらウエハ上にパターンを露光する手順の他の例を示すフローチャート
【図９】透過率時間変化予測直線を算出しながらウエハ上にパターンを露光する手順のさらに他の例を示すフローチャート
【図１０】透過率時間変化予測直線を算出しながらウエハ上にパターンを露光する手順のさらに他の例を示すフローチャート
【図１１】ペリクル付きレチクルに計測用透明領域を設けた場合のレチクルの平面図
【図１２】露光時間に応じて変動する透過率を説明する図
【符号の説明】
１  ＡｒＦエキシマレーザ光源
７  タレット板
７ａ〜７ｈ  照明光学系内の可変開口絞り
１０  インテグレータセンサ
１６  レチクル
２３  投影光学系
２５  ウエハ
２８  照度センサ
４０  制御回路
５１  照度目標値設定回路
５４  ゲインα演算器
５７  記憶装置
５８  タイマ
５９  ゲインβ演算器
Ｅｐ  投影光学系内の開口絞り
【図１】
0004029200.tif 000004
【図２】
0004029200.tif 000005
【図３】
0004029200.tif 000006
【図４】
0004029200.tif 000007
【図５】
0004029200.tif 000008
【図６】
0004029200.tif 000009
【図７】
0004029200.tif 000010
【図８】
0004029200.tif 000011
【図９】
0004029200.tif 000012
【図１０】
0004029200.tif 000013
【図１１】
0004029200.tif 000014
【図１２】
0004029200.tif 000015